Metsikön kasvatus muuttuvassa ilmastossa yleisen mallisysteemin kehittäminen ja soveltaminen mäntymetsiin

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Metsikön kasvatus muuttuvassa ilmastossa yleisen mallisysteemin kehittäminen ja soveltaminen mäntymetsiin"

Petteri Ketonen
8 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 Metsikön kasvatus muuttuvassa ilmastossa yleisen mallisysteemin kehittäminen ja soveltaminen mäntymetsiin Annikki Mäkelä ja työryhmä: Tapio Linkosalo, Sanna Härkönen, Pasi Kolari, Minna Pulkkinen, Remko Duursma, Leila Grönlund

Annikki Mäkelä ja työryhmä: Tapio Linkosalo, Sanna

2 Hankkeen tavoitteet rakentaa työkalu joka: ennustaa metsikkökuvioittain puuston kasvua muuttuvassa ympäristössä erilaisin harvennuksin ja eri kiertoajoilla soveltuu laatimaan muuttuvaa ympäristöä vastaavat kasvuja tuotosennusteet työkalu ennustaa runkopuun tuotoksen tavaralajeittain hiilivarannon lahopuun määrän hakkuujätteen määrän taloudellinen analyysi

muuttuvaa ympäristöä vastaavat kasvuja tuotosennusteet työkalu ennustaa runkopuun

3 Tausta PipeQual hiilitaseeseen perustuva kasvumalli (Mäkelä & Mäkinen 2003) mänty, kuusi kasvu ja tuotos, runkojen rakenne => tavaralajit nykyilmastossa sovellettu harvennusten ja kiertoaikojen optimointiin (Hyytiäinen et al. 2004, Tapio 2006) SPP ja Prelued metsikön fotosynteesin ja hengityksen laskentamalleja (Mäkelä et al. 2006, Mäkelä et al. 2008) sää- ja maaperätekijät CO 2 Yasso maan hiilitaseen malli (Liski et al. 2005)

4 Menetelmät GPP, NPP SPP, Prelued Kasvukausi Sää, kasvupaikka Lehtiala Biomassat Puuston tila PipeQual Puuston kasvu Karikkeet Kiertoaika Maa Yasso Kiertoaika

5 Osatehtävät OT1 Mallisysteemin ohjelmointi MOTTI-ympäristö OT2 Ilmastoskenaarioiden vaikutuksen liittäminen ohjelmistoon OT3 Testaus ja kalibrointi eri alueilla tunnetussa ilmastossa OT4 Tulosten laskenta ja tulkinta tehdään ennusteet alueille ja skenaarioille vertailu: nykyiset kasvuennusteet, aiemmat Kellomäki+Motti ennusteet OT5 Taloudellinen tarkastelu Metsätalouden kannattavuus maan eri osissa metsänomistajan näkökulma puuntuotos, hiilinielukauppa, monimuotoisuus (lahopuu)

alueille ja skenaarioille vertailu: nykyiset kasvuennusteet, aiemmat Kellomäki+Motti ennusteet OT5 Taloudellinen

6 Osatehtävät OT1 Mallisysteemin ohjelmointi MOTTI-ympäristö OT2 Ilmastoskenaarioiden vaikutuksen liittäminen ohjelmistoon OT3 Testaus ja kalibrointi eri alueilla tunnetussa ilmastossa OT4 Tulosten laskenta ja tulkinta tehdään ennusteet alueille ja skenaarioille vertailu: nykyiset kasvuennusteet, aiemmat Kellomäki+Motti ennusteet OT5 Taloudellinen tarkastelu Metsätalouden kannattavuus maan eri osissa metsänomistajan näkökulma puuntuotos, hiilinielukauppa, monimuotoisuus (lahopuu)

7 OT2 Ilmastoskenaarioiden vaikutuksen liittäminen ohjelmistoon

8 Vuotuinen fotosynteesi ja hengitys kasvumallissa Fotosynteesi GPP = P 0 (1 exp(-k LAI)) Hengitys R = f(h) GPP sää, kasvupaikka Mäkelä et al AFM 2008 GCB latvusten rakenne (ikä) Duursma & Mäkelä 2006 Tree Phys Mäkelä & Valentine 2001 Tree Phys Photosynthesis (kg C m -2 yr Foliage mass (kg / ha) Site 1 Site 2 Photosynthesis (kg m-2 yr-1) Foliage mass (kg/ha) Site 1 Site 2

2006 AFM 2008 GCB latvusten rakenne (ikä) Duursma & Mäkelä 2006 Tree Phys Mäkelä & Valentine 2001 Tree Phys

9 GPP SPP metsikön kaasunvaihto puolen tunnin aika-askelella Mäkelä et al. 2006, Agric. For. Meteor. 139: Prelued päivän aika-askel: PAR, T, VPD Mäkelä et al GCB Näistä johdetaan vuotuinen GPP => kasvun laskentaan

139:382-398 Prelued päivän aika-askel: PAR, T, VPD

10 SPP

11 PRELUED GPP k = k f APAR f L,k f S,k f D,k f W,k + e k P 0,k f APAR + e k missä = LUE (valon käytön tehokkuus) optimioloissa k = PAR-säteily latvuston päällä päivänä k f i, k = todellisen ympäristön aiheuttama alenema optimista päivänä k, f i,k [0, 1] e k = satunnaisvirhe päivänä k GPP GS = f APAR P 0,k + e k => P 0 P 0,k

päivänä k f i, k = todellisen ympäristön aiheuttama alenema optimista päivänä k,

12 PRELUED: Estimointiaineisto Sodankylä, Finland, Scots pine, yr, LAI 2.9 Hyytiälä, Finland, Scots pine, 40 yr, LAI 7.0 Norunda, Sweden, Scots pine & Norway spruce, 100 yr, LAI 11.7 Tharandt, Germany, Norway spruce, 140 yr, LAI 22.8 Bray, France, maritime pine, 30 yr, LAI 4.0

0 Norunda, Sweden, 1995-2002 Scots pine & Norway spruce, 100 yr, LAI 11.

13 PRELUED: Tuloksia päivätasolla Ekosysteemin GPP voidaan ennustaa päivittäisen lämpötilan, säteilyn, kyllästysvajauksen ja lehtialan eri maantieteellisillä alueilla ja kasvupaikkatyypeillä (Mäkelä et al. 2008, GCB)

14 PRELUED: Tuloksia vuositasolla g C / m 2 / Year Average of P 0 P y = x R 2 = Vantaa Jokioinen Jyväskylä Sodankylä Kevo Effective Temperature Sum Suomessa vuotuinen GPP määräytyy pitkälti tehollisen lämpösumman perusteella Päivittäiset tiedot säämuuttujista PAR, VPD ja T parantavat estimaatteja

8756 800 600 400 200 0 Vantaa Jokioinen Jyväskylä Sodankylä Kevo 600 400 200 0 0 500 1000 1500 2000

15 Muuttuva ilmasto PRELUED-mallista puuttuu maan vesipitoisuuden vaikutus CO 2 suora N-vaikutus Liitetty malliin johtamalla tiivistelmäyhtälöitä tarkemmista fysiologisista ja ympäristömalleista

16 Maan vesipitoisuus Veden saatavuuden vaikutus tuotokseen GPP GS = f APAR P 0,k s D,k kuivuuskerroin päivälle k, s D,k [0, 1] Duursma et al Tree Phys, Linkosalo et al

17 Lehtien typpipitoisuus Empiirisen aineiston analyysi EC-paikoilta ~20 paikkaa lehtien typpipitoisuuden suoraa vaikutusta ei voida osoittaa (Peltoniemi et al. valmisteilla)

18 CO 2 -pitoisuus Relative daily photosynthesis Relative transpiration VPD (mol/mol) VPD SPP-malliin liitetty fotosynteesin Farquhar-malli ja Ball-Berry- Leuningin ilmarakomalli Tulos: CO 2 :n ja VPD:n yhteisvaikutus (Kolari et al. 2010) Relative transpiration (E > 0.1 E max ) VPD

19 CO 2 -pitoisuus: tiivistelmämalli Ca = 700 ppm Ca = 540 ppm Ca = 380 ppm ppm, 0.5, 0.5, 380 ppm, 1 exp , a b k x C b C C C C a f C C kd f a a a a a C x a a D C (Kolari et al. 2010)

5, 380 ppm, 1 exp 0 0 0 0, a b k x C b C C C C a

20 OT3 Mallin testaaminen nykyilmastossa

21 Mallin testaaminen nykyilmastossa Kun säästä riippuva GPP-ennuste liitetään kasvumalliin, voidaan ennustaa metsiköiden vuotuisen tilavuuskasvun maantieteellistä vaihtelua G s = f NPP P 0 f APAR G s runkomassan kasvu (kg DW ha -1 yr -1 ) P 0 potentiaalinen GPP (kg C ha -1 yr -1 ) NPP: allokaatio rungon kasvuun (suhde) f NPP suhde NPP / GPP (kg DW kg -1 C) Härkönen et al ForEco

22 Mallin testaaminen nykyilmastossa 137 VMI:n pysyvää koealaa maan eteläosasta kuusi, mänty ja koivu 1985 ja 1995 Härkönen et al ForEco 22

23 Mallin testaaminen nykyilmastossa NFI y = x R 2 = y = x R 2 = Modeled SIMO Tree model chain Photosynthesis model Härkönen et al ForEco 23

24 OT4 Tulosten laskenta ja tulkinta

25 Metsien tuotoskyky P 0 (g C m -2 v -1 ) Säädata: lähde: IL 10 km 10 km hila Päivittäinen 30 vuotta tasoitettu hilaan sääasemien mittausaineiston perusteella (Linkosalo et al. 2010) 25

26 Tuloksia 1. Kuivuuspäivien lkm (maan vesi alle 10% vedenpidätyskyvystä) Soil 50mm Soil 100mm Current weather T+3C Prec +10% T+3C Prec 0% T+3C Prec -10% T+5C Prec 0% (Linkosalo et al. 2010)

27 2. potentiaalinen GPP [kg(c)/ha/a] fenologia ja vakio RH (valonsidonta 100%, rajoitteina vesi, T, PAR ja VPD) Soil 50mm Soil 110mm Current weather T+3C Prec +10% T+3C Prec 0% T+3C Prec -10% T+5C Prec 0% (Linkosalo et al. 2010)

28 Potentiaalinen GPP (g C m -2 yr -1 ): Keskimääräisellä kasvupaikalla jonka vedenpidätys = 110 mm

29 Potentiaalinen GPP (g C m -2 yr -1 ): Keskimääräisellä kasvupaikalla jonka vedenpidätys = 50 mm

30 Vaikutukset puuston kasvuun ja käsittelyihin Esimerkki kasvun lisäyksen vaikutuksesta eteläsuomalaisen männikön käsittelyiden ajoittumiseen PipeQual-mallin mukaan. Käsittelyt Tapion ohjeilla. kasvatus 1: viitetaso, kasvatus 2: NPP kasvaa 10%.

31 Vaikutukset puuston kasvuun ja käsittelyihin taloudellinen tarkastelu Käynnissä olevissa rinnakkaishankkeissa SusEn, Olli Tahvonen ja Heljä-Sisko Helmisaari - kokopuunkorjuun kannattavuus kuusikoissa CC-TAME, Raisa Mäkipää ja Maarit Kallio - ilmastonmuutoksen vaikutus puuntuotokseen EU:ssa ja sen politiikkavaikutukset Carb-Bal, Aleksi Lehtonen, IL, SYKE, VTT - metsäaluiden hiilensidonta Näissä hankkeissa mukana myös maan hiilen ja ravinteisuuden tarkastelu (Yasso ja ROMUL)

32 Esimerkki mallin sovelluksesta metsänkäsittelyiden taloudelliseen optimointiin eri tavoitteilla ja muuttuvassa ilmastossa 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. in press, Japan. J For

33 Yhteenveto ja jatkotutkimustarpeet

34 Yhteenveto Mitä saatiin aikaan tässä hankkeessa? ilmastotekijöiden vaikutuksen liittäminen kasvumalliin testi nykyilmastossa esimerkkilaskelmia potentiaalisesta tuotoksesta ja käsittelyistä Arviointia modulaarisuus => läpinäkyvyys ja testattavuus prosessitiedon hyödyntäminen syöttötiedot saatavilla epävarmuuksia silti paljon työ edelleen kesken

35 Tutkimustarpeet Hankkeen näkökulmasta Tulosten hyödyntäminen alkuperäisen suunnitelman mukaan taloudellisessa analyysissa ja käsittelyiden vertailussa Yleensä Vaikutustutkimusta tarvitaan yhä - puulajit - riskit: kuivuus, bioottiset ja tuulituhot - metsien rooli hiilen globaalissa kierrossa Metsän parhaat käsittelyt eri tavoitteilla ja eri ympäristöissä 35

36 Sopeutumistarpeet Joustavuus järjestelmissä!

37 Kiitokset Tapio Linkosalo, Sanna Härkönen, Pasi Kolari, Minna Pulkkinen, Remko Duursma, Leila Grönlund Eero Nikinmaa, Raisa Mäkipää, Olli Tahvonen

Samankaltaiset tiedostot

Ravinteisuuden vaikutus kasvupotentiaaliin muuttuvassa ilmastossa Annikki Mäkelä Mikko Peltoniemi, Tuomo Kalliokoski

Ravinteisuuden vaikutus kasvupotentiaaliin muuttuvassa ilmastossa Annikki Mäkelä Mikko Peltoniemi, Tuomo Kalliokoski LIFE09 ENV/FI/000571 Climate change induced drought effects on forest growth and vulnerability