Dynamiikkaa ja optimointia metsän kasvussa ja kasvatuksessa Annikki Mäkelä Hans Blombergin oppilaat Brändö

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Dynamiikkaa ja optimointia metsän kasvussa ja kasvatuksessa Annikki Mäkelä Hans Blombergin oppilaat Brändö"

Marika Aaltonen
7 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 Dynamiikkaa ja optimointia metsän kasvussa ja kasvatuksessa Annikki Mäkelä Hans Blombergin oppilaat Brändö

2 Sisältö Henkilöhistoriaa Metsän kasvumallit miksi ja miten? Sovelluksia Biologia, systeemiteoria ja insinööriajattelu? Hans Blombergin oppilaat Gullvivan AM

3 Viitekehys: mallit metsäntutkimuksessa Climate-sensitive Site and climate Management- Sensitive Runs with accessible input data Initial state State of stand - dynamics Management regime Allows for quantification of ecosystem services Ecosystem services Value

4 Biologinen kasvumalli N CO 2 Vesi Ainetaseet Hiili Ravinteet Vesi Puusto populaationa Vuorovaikutukset kilpailu N Vesi Hans Blombergin oppilaat Gullvivan AM

5 Ainetaseet differentiaaliyhtälöinä Foliage Fine roots Wood dw dt dw dt f r dw dt w W f G T W rg T r r W wg T f f w w G T i i biomass production (kg C ha allocation longevity (yr -1 ) -1 yr -1 )

6 Mittaukset: parametrisointi ja testaus Analyysi Mittaus T CO 2 H 2 O Testi Ennuste Daily photosynthesis (g C m -2 day -1 ) C Julian day

7 Hierarkia Kuukausi m 2 Sekunti cm 2 CO 2 Vuosi ha 7 AM

8 Säätely AM Kuvat: Petteri Vanninen

9 Rakenteen muodostuminen: Evolutiivinen optimointitehtävä Määriteltävä TAVOITE: lajin eloonjäämisen kannalta keskeinen optimoitava suure OHJAUS: ominaisuudet, jotka vaikuttavat optimoitavan suureen arvoon ja joihin kohdistuu luonnonvalintaa RAJOITTEET: muut lajin toimintaa rajoittavat tekijät Ratkaisu kertoo, miten eliöt toimisivat, jos ne olisivat luonnonvalinnassa kehittyneet optimaalisiksi Biologisesti ratkaisu on testattavissa oleva hypoteesi eliön toiminnasta Hans Blombergin oppilaat Gullvivan AM

10 Latvuksen rakenne itsevarjostusta vähentävänä optimistrategiana Kokonaiskasvu Vähän lehtiä Paljon lehtiä Pitkät oksat Lyhyet oksat Harva latvus Tiheä latvus Suuri kustannus Tehokkaat lehdet Tehottomat lehdet Pieni kustannus Hans Blombergin oppilaat Gullvivan AM

11 Latvuksen rakenne itsevarjostusta vähentävänä optimistrategiana TAVOITE: maksimoi puun elinikäisen yhteyttämistuotoksen odote OHJAUS: latvuksen koko ajan funktiona RAJOITTEET: kasvumalli jossa mukana - yhteytys - kasvun jako - itsevarjostus (Mäkelä ja Sievänen 1992, J. Theor. Biol., Duursma et al. 2010) Hans Blombergin oppilaat Gullvivan AM

12 Latvuksen rakenne itsevarjostusta vähentävänä optimistrategiana Latvuksen pinnan, A C, ja lehtimassan, W F, välillä epälineaarinen (allometrinen) riippuvuus W F = b 0 A C z/2 Oksien ja rungon pituuskasvu siten, että allometria säilyy Lehtimassan tiheys pintayksikköä kohti kasvaa, kun latvus kasvaa Oksien massa kasvaa nopeammin kuin lehtien massa Optimal foliage biomass kg Hans Blombergin oppilaat Gullvivan AM Optimal crown surface area m 2

13 Pituuskasvu evolutiivisena ongelmana Hans Blombergin oppilaat Gullvivan AM

14 Pituuskasvu evolutiivisena ongelmana Hans Blombergin oppilaat Gullvivan AM

15 Evolutiivinen peli Optimointitehtävä on peli, kun jokin ominaisuus vaikuttaa myös muiden populaation yksilöiden eloonjäämiseen. Evolutiivinen tasapainostrategia (ESS): siitä poikkeaminen ei hyödytä ketään, jos kaikki muut populaation jäsenet noudattavat samaa strategiaa. Tasapainostrategia ei välttämättä ole koko populaation kannalta paras strategia Hans Blombergin oppilaat Gullvivan AM

16 Pituuskasvun evolutiivisesti stabiili strategia TAVOITE: maksimoi puun koko iässä, jossa käpyjen tuotto alkaa OHJAUS: pituuskasvu ajan funktiona RAJOITTEET: puut kasvavat yhteyttämistuotteista tuotteet jaetaan neulasten, juurten ja puuaineen kesken puut varjostavat toisiaan iso runko kuluttaa paljon yhteyttämistuotteita (Mäkelä 1985, Theor. Pop. Biol.) Hans Blombergin oppilaat Gullvivan AM

17 Pituuskasvun evolutiivisesti stabiili strategia Tulokset: Aluksi pituuskasvu on niin nopeaa kuin fysikaalisesti on mahdollista Lopuksi pituuskasvu pysähtyy Loppupituus riippuu puuaineen ominaisuuksista, lehtien varjonsiedosta ja yhteyttämistehosta Luonnonvalinta suosii nopeutuvaa pituuskasvua ja suurempaa loppupituutta: ESS muuttuu sopivien mutaatioiden ilmaantuessa Hans Blombergin oppilaat Gullvivan AM (Mäkelä 1985, Theor. Pop. Biol.)

18 Malleja ja sovelluksia

19 Applications to ecosystem services 1/3 What is the optimum treatment chain for the forest owner when considering revenue from roundwood sails? Economic optimization Prof Olli Tahvonen s group, UHe Yields management recommendations Harvest time and intensity Rotation length Results Pine (Hyytiäinen et al. ForEco 2004) Spruce (Niinimäki et al. ForEco 2012)

20 Applications to ecosystem services 2/3 What is the optimum treatment chain for the forest owner when considering revenue from roundwood and carbon sequestration under carbon trading? Economic optimization Prof Olli Tahvonen s group, UHe Yields management recommendations Longer rotations Results in progress

21 Economic considerations in changing climate Carbon stock at age of 80 years, (kg/ha) Current recommendation, current climate Current recommendation, A2 scenario foliage branch Branch heartwood stem stem heartwood dry branch coarse root & stump fine root Economical optimum, current climate Economical optimum, A2 scenario No management, current climate No management, A2 scenario Mäkipää et al. 2011, Japan. J For

22 Applications to ecosystem services 3/3 What is the stakeholder acceptability and feasibility of management scenarios yielding alternative ecosystem services? Wood production Bioenergy production Carbon sequestration Analysis of stakeholder preferences HENVI social science, in progress Interviews, stakeholder workshops Yields information for policy makers Need of policy instruments Feasibility of alternatives

23 On-going work Interaction between carbon assimilation and water relations Interaction between carbon assimilation and N availability Structure formation in deciduous trees Large-scale mapping of gas exchange processes

24 Alueellinen tuottavuuden ja kuivuuspäivien laskenta Hans Blombergin oppilaat Gullvivan AM

25 Metsän kasvu ja insinööriajattelu? Ratkaisukeskeisyys Monitieteisen tutkimusryhmän roolit Hans Blombergin oppilaat Gullvivan AM

Samankaltaiset tiedostot

PURO Osahanke 3 Annikki Mäkelä, HY Anu Kantola Harri Mäkinen Edistyminen -mallin adaptointi kuuselle mittaukset kuusen yleisestä rakenteesta, kilpailun vaikutus siihen Anu Kantola kuusen oksamittaukset