Etelä-Pohjanmaan metsien kasvihuonekaasutase

Etelä-Pohjanmaan metsien kasvihuonekaasutase Pro gradu -tutkielma maatalous- ja metsätieteiden maisterin tutkintoa varten Helsingin yliopisto, metsätieteiden laitos Tammikuu 2012 Jaakko Hautanen

HELSINGIN YLIOPISTO HELSINGFORS UNIVERSITET UNIVERSITY OF HELSINKI Tiedekunta/Osasto Fakultet/Sektion Faculty Maatalous- metsätieteellinen tiedekunta Laitos Institution Department Metsätieteiden laitos Tekijä Författare Author Hautanen, Jaakko Työn nimi Arbetets titel Title Etelä-Pohjanmaan metsien kasvihuonekaasutase Oppiaine Läroämne Subject Metsäekologia Työn laji Arbetets art Level Maisterin tutkielma Tiivistelmä Referat Abstract Aika Datum Month and year Tammikuu 2012 Sivumäärä Sidoantal Number of pages 65 sivua. Maapallon lämpötila nousee nopeammin kuin luonnollisesti olisi mahdollista. Lämpenemisen aiheuttavat kasvihuonekaasut. Tärkeimmät ilmastonmuutokseen vaikuttavat kasvihuonekaasut, joiden määrä ilmakehässä on lisääntynyt ihmistoiminnan seurauksena, ovat CO 2, CH 4 ja N 2 O. Ilmastosopimuksen allekirjoittaneet valtiot ovat sitoutuneet vähentämään päästöjään ja raportoimaan niistä. Suomessa on ryhdytty kartoittamaan myös alueellisia kasvihuonekaasutaseita osana ilmastostrategioita. Tämän työn tarkoituksena oli selvittää metsäkeskus Etelä-Pohjanmaan sekä Seinäjoen kaupunkiseudun metsien kasvihuonekaasutase. Lisäksi selvitettiin maanmuokkauksen, hakkuutähteiden korjuun ja lannoituksen vaikutus Etelä-Pohjanmaan metsien kasvihuonekaasutaseeseen. Puusto- ja pinta-alatiedot saatiin VMI-tiedoista sekä Etelä- Pohjanmaan metsäkeskuksen aluesuunnitelmista. Laskentoihin käytetyt kasvihuonekaasujen päästökertoimet otettiin kasvihuonekaasututkimuksista. Metsänhoitotöiden kokonaisvaikutus kasvihuonekaasutaseeseen saatiin laskemalla yhteen maaperästä hävinnyt hiili sekä puuston kasvuun sitoutuneen hiilen massan muutos. Etelä-Pohjanmaan metsäkeskusalueen maaperän ja puuston yhteenlaskettu kasvihuonekaasutase oli -4 Tg CO 2 - ekv./v, eli kasvihuonekaasuja sitoutui metsään enemmän kuin niitä vapautui ilmakehään. Ojitettujen soiden maaperä oli kasvihuonekaasujen lähde, puusto ja kivennäismaan maaperä olivat nieluja. Seinäjoen kaupunkiseudulla kasvihuonekaasutase oli suhteessa pienempi, koska puuston poistuma oli lähempänä kasvua kuin Etelä-Pohjanmaan metsäkeskuksen alueella. Suuren poistuman aiheutti hakkuiden suuri määrä. Ojitettujen soiden päästöistä suurimmat olivat N 2 O sekä huuhtoutunut hiili. Metsänhoitotöiden vaikutus kasvihuonekaasutaseeseen oli Etelä-Pohjanmaan metsäkeskusalueella -107 Gg CO 2 - ekv./v. Maanmuokkaus ja lannoitus synnyttivät kasvihuonekaasujen nielun. Hakkuutähteiden korjuu aiheutti pienen päästön. Maanmuokkaus ja lannoitus kasvattivat puuston kasvuun sitoutuneen hiilen massaa moninkertaisesti verrattuna maaperästä hävinneeseen hiileen. Hakkuutähteiden korjuu aiheutti sekä maaperän hiilivaraston vähenemistä että kasvun heikkenemistä. Hakkuutähteiden korjuun vaikutus oli pieni verrattuna maanmuokkaukseen ja lannoitukseen. Etelä-Pohjanmaan ja Seinäjoen kaupunkiseudun metsiin ja metsien kasvihuonekaasutaseeseen on vaikutettu voimakkaasti metsänparannustoimilla. Ojitettujen soiden maaperä oli kasvihuonekaasujen lähde, mutta puuston nielu oli moninkertainen verrattuna maaperän päästöihin. Metsänhoitotöiden vaikutus kasvihuonekaasutaseeseen arvioitiin vain metsän osalta, jolloin kaikkia vaikutuksia ei huomioitu. Lisäksi niiden vaikutuksien arvioinnissa havaittiin suurta epävarmuutta. Avainsanat Nyckelord Keywords ilmastonmuutos, kasvihuonekaasu, metsätalousmaa, metsänhoitotyö Säilytyspaikka Förvaringsställe Where deposited Helsingin yliopisto, Viikin kampuskirjasto Muita tietoja Övriga uppgifter Further information 2

Alkusanat Tämä on Helsingin yliopiston maatalous- ja metsätieteellisessä tiedekunnassa metsätieteiden laitoksella tehty pro gradu -tutkielma. Työ tehtiin Seinäjoen seudun ilmastostrategian toimeksiantona. Ilmastostrategian työtä koordinoi Lapuan kaupunki. Pro gradun tarkastajina toimivat professori Annikki Mäkelä Helsingin yliopistosta sekä vanhempi tutkija Aleksi Lehtonen Metsäntutkimuslaitokselta. Ohjaajina toimivat Paavo Ojanen Helsingin yliopistosta sekä Mika Yli- Petäys Lapuan kaupungilta. Tietoja laskentoja varten antoivat Jarmo Sinko ja Juha Viirimäki (Etelä-Pohjanmaan metsäkeskus) sekä Sakari Tuominen, Antti Ihalainen ja Elina Mäki-Simola (Metsäntutkimuslaitos). Suuret kiitokset ohjaajilleni Paavolle ja Mikalle tuesta ja avusta työn aikana. Kiitokset myös kaikille tietoja luovuttaneille, sekä neuvoja ja arvokkaita kommentteja laskentoihin ja tiedonhakuun antaneille. Kiitos perheelle ja ystäville tuesta opiskelujeni aikana. Helsingissä tammikuussa 2012 Jaakko Hautanen 3

Sisältö Käsitelista... 6 1 Johdanto... 7 1.1 Työn tausta... 7 1.2 Työn tarkoitus... 9 1.3 Työn rajaus... 10 1.3.1 Etelä-Pohjanmaan metsäkeskus... 10 1.3.2 Seinäjoen kaupunkiseutu... 11 1.3.3 Laskennan rajaus... 12 2 Kasvihuonekaasut metsämaassa ja puustossa... 13 2.1 Hiilen kierto... 13 2.2 Typen kierto... 16 3 Metsänhoitotöiden vaikutus... 18 3.1 Maanmuokkaus... 18 3.2 Hakkuutähteiden korjuu... 18 3.3 Lannoitus... 19 4 Aineistot ja menetelmät... 20 4.1 Metsien kasvihuonekaasutase... 20 4.1.1 Laskennan perusteet... 20 4.1.2 Puusto... 21 4.1.3 Kivennäismaan maaperä... 22 4.1.4 Ojitettujen soiden maaperä... 22 4.2 Metsänhoitotöiden vaikutus... 25 4.2.1 Yleistä laskelmista... 25 4.2.2 Maanmuokkaus... 25 4.2.3 Hakkuutähteiden korjuu... 25 4.2.4 Lannoitus... 26 4

5 Tulokset... 27 5.1 Pinta-alat ja puuston tilavuus... 27 5.2 Metsien kasvihuonekaasutase... 30 5.2.1 Puusto... 30 5.2.2 Kivennäismaan maaperä... 32 5.2.3 Ojitettujen soiden maaperä... 33 5.2.4 Kokonaistase... 37 5.3 Metsänhoitotöiden vaikutus... 38 5.3.1 Metsänhoitotöiden kokonaisvaikutus... 38 5.3.2 Maanmuokkaus... 41 5.3.3 Hakkuutähteiden korjuu... 41 5.3.4 Lannoitus... 42 6 Tulosten tarkastelu... 43 6.1 Etelä-Pohjanmaan metsien kasvihuonekaasutase... 43 6.2 Metsänhoitotöiden vaikutus kasvihuonekaasutaseeseen... 44 6.3 Laskennan epävarmuustekijät... 46 7 Johtopäätökset... 47 Kirjallisuus... 48 Liitteet... 55 5

Käsitelista BEF CH 4 CO 2 Biomass expansion factor, biomassan muuntokerroin. Kertoo, kuinka suurta biomassaa yksi kuutio runkopuuta vastaa (Mg/m 3 ). Metaani, CO 2 :n ja N 2 O:n ohella merkittävin kasvihuonekaasu. Hiilidioksidi CO 2 -ekv. Hiilidioksidiekvivalentti, mittayksikkö eri kasvihuonevaikutusten yhteismitallistamiseen. Ekvivalentti saadaan kertomalla kaasun massa GWP:lla. Gg GWP Gigagramma, tuhat tonnia, 10 9 g Global warming potential; kasvihuonekaasun globaali lämmityspotentiaali. Kertoo, mikä on kasvihuonekaasun ilmastoa lämmittävä vaikutus verrattuna CO 2 :een. CO 2 :n GWP=1. IPCC Intergovernmental Panel on Climate Chance, hallitusten välinen ilmastonmuutospaneeli. KHK-tase LULUCF Mg N 2 O Pg Päästö UNFCCC Tg Kasvihuonekaasutase = Kasvihuonekaasujen nielujen ja lähteiden CO 2 -ekvivalenteiksi muutettu summa. Land Use, Land Use Change and Forestry; maankäyttö, maankäytön muutos ja metsätaloussektori kansallisessa kasvihuonekaasujen inventaariossa. Megagramma, tonni, 10 6 g Typpioksiduuli Petagramma, miljardi tonnia, 10 15 g Kaasun lähde ilmakehään. Yleensä päästöllä tarkoitetaan ihmistoiminnan aiheuttamaa lähdettä. United Nations Framework Convention on Climate Change; YK:n ilmastonmuutosta koskeva puitesopimus. Teragramma, miljoona tonnia, 10 12 g 6

1 Johdanto 1.1 Työn tausta Maapallon lämpötila nousee tällä hetkellä nopeammin kuin olisi luonnollisesti mahdollista. Hallitustenvälisen ilmastopaneelin (IPCC) uusimman arviointiraportin mukaan maapallon keskilämpötila on kohonnut 0,74 astetta viimeisimmän sadan vuoden aikana ja samalla esimerkiksi merenpinta on noussut ja jää- ja lumipeitteet ovat vähentyneet (IPCC 2007). Kasvihuoneilmiö on luonnollinen ilmiö, jota ilman maapallon keskimääräinen pintalämpötila olisi noin -18 astetta nykyisen +15 asteen sijaan (Hakala & Välimäki 2003). Ihmisen toiminta on kuitenkin voimistanut kasvihuoneilmiötä. Kasvihuonekaasut aiheuttavat kasvihuoneilmiön päästämällä lävitseen lyhytaaltoista auringonvaloa ja pidättämällä maanpinnasta säteilevää pitkäaaltoista lämpösäteilyä. Ihmisen toiminnasta aiheutuvista kaasuista merkittävimpiä ovat Hakalan ja Välimäen (2003) mukaan hiilidioksidi (CO 2 ), metaani (CH 4 ) sekä typpioksiduuli (N 2 O). Kasvihuonekaasuille on määritetty lämmittävyyskertoimet (GWP) niiden eliniän ilmakehässä ja lämpösäteilyn pidättävyyskyvyn mukaan (Taulukko 1). Esimerkiksi metaanin GWP 100 25, mikä kertoo sen, että sadan vuoden kuluessa päästöstä sama massa metaania on lämmityspotentiaaliltaan 25 kertaa voimakkaampi kasvihuonekaasu kuin hiilidioksidi. Samalla luvulla 25 kerrottuna metaanin massa muutetaan CO 2 -ekvivalentiksi, jolloin voidaan vertailla metaanin ja hiilidioksidin määrää samassa yksikössä (esim. Tg CO 2 ). Ilmastonmuutoksen kannalta on 100 vuotta pidetty yleensä tarkoituksenmukaisimpana tarkasteluajanjaksona kasvihuonekaasujen ja niiden ilmakehässä aiheuttamien muutoksien tarkasteluun (IPCC 2007). Ilmastosopimuksen allekirjoittaneet maat sopivat Kiotossa 1997 kasvihuonekaasujen päästövähennysvelvoitteista vuosille 2008 2012. Ilmastosopimusta täsmentävä Kioton pöytäkirja tuli voimaan 16.2.2005 (Statistics Finland 2010). Sopimuksen mukaan teollisuusmaiden kasvihuonekaasupäästöjä vähennetään 5,2 %:lla vuoteen 1990 verrattuna (Ilvesniemi 2010). Suomella on UNFCCC:n ja EU:n jäsenenä raportointivelvollisuus kasvihuonekaasutaseestaan. Suomessa raportoinnista vastaa Tilastokeskus (Statistics Finland 2010). Eri sektorien nielujen ja päästöjen laskennassa sitä avustavat valtion tutkimuslaitokset. Metsätalouden ja maankäytön muutoksen vaikutuksia tutkii Metsäntutkimuslaitos (Kasvihuonekaasujen laskenta 2011). 7

Metsillä on Suomen kasvihuonekaasutaseeseen suuri merkitys nieluna. Metsien nieluilla voitaisiin kompensoida muualta tulevia päästöjä. Tätä nielua ei kuitenkaan päästä päästölaskennassa hyödyntämään. Durbanissa solmittu uusi ilmastosopimus ei anna mahdollisuutta Suomelle kompensoida metsän pinta-alan pienentymisestä aiheutunutta päästöä puuston hiilinielun kasvulla (YLE 2011). Taulukko 1. Kasvihuonekaasujen elinikä ja lämmityspotentiaali (GWP) 20, 100 ja 500 vuoden aikana päästöstä (IPCC 2007). Hiilidioksidin potentiaali on aina yksi, koska muiden kaasujen potentiaaleja verrataan hiilidioksidiin. Kaasu Elinikä (vuosia) GWP 20 vuotta GWP 100 vuotta GWP 500 vuotta Hiilidioksidi CO 2 50 200 1 1 1 Metaani CH 4 12 72 25 7,6 Typpioksiduuli N 2 O 114 289 298 153 8

1.2 Työn tarkoitus Kasvihuonekaasutaseita on tarkasteltu kansainvälisellä ja kansallisella tasolla myös metsämaiden osalta kattavasti. Maakunnallisella tasolla tehdyt selvitykset ovat tähän asti keskittyneet raportoimaan maakuntien kaikki päästöt ja nielut. Niissä on käytetty kansainvälisten ja kansallisten päästöraporttien kertoimia, joten on vaikea arvioida, kuinka totuudenmukaisia arvoja on saatu tietylle maakunnalle. Myöskään taseisiin vaikuttavia tekijöitä, kuten metsänhoitotoimenpiteet, ei ole selvityksissä juurikaan tarkasteltu. Selvityksiä on tehty maakunnista ja kaupunkiseuduista riippuen hieman erilaisilla tarkastelunäkökulmilla, kuten Seinäjoen kaupungin maankäytön kasvihuonevaikutuksia koskeva selvitys (Koski 2008) ja Keski-Suomessa tehty selvitys luonnon kasvihuonekaasulähteistä ja -nieluista (Lakanen 2011). Myös Pohjois-Pohjanmaalla ja Pohjois- Karjalassa on tehty selvitykset kasvihuonekaasutaseesta (Bionova Engineering 2009, Lohilahti ym. 2009). Lahden kaupungin metsien hiilitaseen selvityksen (Indufor & Simosol Oy 2011) yhteydessä oli tarkasteltu myös kaupunkimetsien hoidon vaikutusta hiilitaseeseen. Tämä pro gradu-tutkielma on osa Seinäjoen kaupunkiseudulle tehtävää ilmastostrategiaa (Seinäjoen kaupunkiseutu 2011). Ilmastostrategian tavoitteena on laatia päästövähennysesityksiä eri aloille taselaskelmien avulla (Lapuan kaupunki 2010). Tässä työssä selvitetään metsien kasvihuonekaasunielut ja -lähteet, eli mikä on Etelä-Pohjanmaan metsien kasvihuonekaasutase. Tase koostuu kasvihuonekaasujen lähteiden ja nielujen summasta. Tase voi olla joko positiivinen (päästöt suuremmat kuin nielu) tai negatiivinen (nielu suurempi kuin päästöt). Kasvihuonekaasutaseen lisäksi mielenkiinto kohdistuu ihmisen mahdollisuuksiin vähentää päästöjä. Talousmetsissä ihminen vaikuttaa päästöihin hakkuilla ja metsänhoitotöillä. Hakkuut lasketaan kasvihuonekaasutaseeseen lähteenä hakatun biomassan mukaan. Metsänhoitotöiden vaikutus kasvihuonekaasujen nieluihin ja lähteisiin metsissä on kuitenkin monimutkaisempi asia, koska metsänhoitotöillä on monenlaisia vaikutuksia maaperään ja puustoon. Tässä työssä on kaksi tutkimuskysymystä: 1. Mikä on Etelä-Pohjanmaan metsien kasvihuonekaasutase? 2. Miten metsänhoitotyöt vaikuttavat kasvihuonekaasutaseeseen? 9

Etelä-Pohjanmaan metsien kasvihuonekaasutase saadaan vähentämällä nielut päästöistä. Pinta-alaja puustotiedot laskentoihin saadaan Metsäntutkimuslaitoksen valtakunnan metsien inventoinnista (VMI). Uusimmat metsävaratiedot perustuvat 10. arviointiin, jonka maastotyöt on suoritettu vuosina 2004 2008 (Valtakunnan metsien 2011). Seinäjoen kaupunkiseudun taseen tarkasteluun kuntakohtaiset tiedot tulevat puuston ja ojitustilanteiden suhteiden osalta Etelä-Pohjanmaan metsäkeskuksen aluesuunnitelmista koostetuista yhdistelmätiedoista. CO 2 :n nielut ja lähteet lasketaan puusto- ja pinta-alatietojen perusteella sekä puustolle että maaperälle. CH 4 :n ja N 2 O:n nielut ja lähteet lasketaan maaperälle. Laskentoihin tarvittavat päästökertoimet ovat peräisin Suomen kasvihuonekaasuraportoinnista (Statistics Finland 2010) sekä kansallisista tutkimuksista. Metsänhoitotöiden osalta arvioidaan kaikkia mitattavissa olevia päästöjä sekä kokonaisvaikutusta, koska metsänhoitotyöt vaikuttavat kasvihuonekaasutaseeseen myös epäsuorasti puuston kasvun kautta. Metsänhoitotöiden määrät on tilastoinut Metsäntutkimuslaitos metsäkeskuskohtaisesti. Tässä työssä tarkastellaan maanmuokkauksen, hakkuutähteiden korjuun sekä lannoituksen vaikutusta kasvihuonekaasutaseeseen. 1.3 Työn rajaus 1.3.1 Etelä-Pohjanmaan metsäkeskus Etelä-Pohjanmaan metsäkeskuksen toimialue käsittää Etelä- ja Keski-Pohjanmaan maakunnat sekä kolme kuntaa (Isokyrö, Vähäkyrö ja Laihia) Pohjanmaan maakunnasta (Kuva 1). Metsätalouden maata metsäkeskuksen alueella on yhteensä 1,5 miljoonaa hehtaaria. Soiden määrä alueella on suuri, 46 % metsätalousmaasta (Metla 2010). Lisäksi maaperä on verrattain karua, minkä vuoksi mänty on metsäkeskuksen alueella ylivoimaisesti merkittävin puulaji 61 %:n osuudella kokonaistilavuudesta. Muista puulajeista kuusta on 20 %, hieskoivua 15 % ja rauduskoivua vain 2 % kokonaistilavuudesta (Etelä-Pohjanmaan metsäkeskus 2010). Vuoden 2012 alussa 13 alueellista metsäkeskusta yhdistyivät ja metsäkeskusten toiminta jaettiin julkisiin palveluihin ja metsäpalveluihin. Etelä-Pohjanmaan metsäkeskuksen hallinnoima alue pysyi entisellään, mutta metsäkeskusalueen nimi on vuodesta 2012 alkaen Etelä- ja Keski-Pohjanmaa (Suomen metsäkeskus 2012). 10

1.3.2 Seinäjoen kaupunkiseutu Seinäjoen kaupunkiseutu on 140 000 asukkaan seutukunta Etelä-Pohjanmaalla. Sen muodostavat Alavus, Ilmajoki, Jalasjärvi, Kauhava, Kuortane, Kurikka, Lapua ja Seinäjoki (Kuva 1). 2000- luvulla kaupunkiseutu on laajentunut useiden kuntaliitosten myötä. Vuonna 2005 Peräseinäjoki liittyi Seinäjokeen, minkä jälkeen Seinäjoen kaupunkiin liittyivät vielä Nurmo ja Ylistaro vuonna 2009. Samana vuonna liittyivät Alahärmä, Ylihärmä ja Kortesjärvi Kauhavan kaupunkiin, sekä Jurva Kurikan kaupunkiin (Metla 2011). Nykyisellään Seinäjoen kaupunkiseutu muodostaakin merkittävän osan Etelä-Pohjanmaan metsäkeskusalueesta erityisesti palveluiden ja metsän hyödyntämisen osalta. Seinäjoen kaupunkiseudulla metsätalousmaata on yhteensä 454 000 ha, mikä on 30 % koko metsäkeskusalueen metsätalousmaasta (Etelä-Pohjanmaan metsäkeskus 2007, 2010). Syksyllä 2010 käynnistyi kaupunkiseudulla ilmastostrategian laatiminen, jota koordinoi Lapuan kaupunki. Hanke toteutetaan 1.9.2010 31.12.2012. Hanketta rahoittaa Euroopan aluekehitysrahasto. Ilmastostrategian tavoitteena on hillitä ilmastonmuutosta, sitouttaa kunnat sekä kuntien virka- ja luottamushenkilöstö ilmastotyöhön, sekä lisätä alueen toimijoiden yhteistyötä ilmastostrategian laadinnan kautta (Lapuan kaupunki 2010). 11

Kuva 1. Etelä-Pohjanmaan metsäkeskuksen toimialue sekä Seinäjoen kaupunkiseutu (punaisella rajattu) vuoden 2010 kuntarajoilla (muokattu Etelä-Pohjanmaan metsäkeskus 2010). 1.3.3 Laskennan rajaus Kasvihuonekaasutase laskettiin Etelä-Pohjanmaan metsäkeskuksen alueelle metsäkeskuskohtaisista tiedoista. Seinäjoen kaupunkiseudulle tase laskettiin kuntakohtaisista tiedoista, joten tälle alueelle kasvihuonekaasutase saatiin kunnittaisella tarkkuudella. Metsänhoitotöiden vaikutus kasvihuonekaasutaseeseen laskettiin metsäkeskuskohtaisista tiedoista Etelä-Pohjanmaan metsäkeskuksen alueelle. Metsien kasvihuonekaasutase ja metsänhoitotöiden vaikutus 12

kasvihuonekaasutaseeseen on laskettu erikseen. VMI-tiedoissa metsänhoitotöiden vaikutus on jo mukana kasvussa, joten metsänhoitotöiden vaikutusta ei voi vain lisätä puuston nieluun. Taselaskenta suoritettiin metsätalousmaalle, johon kuuluu metsämaa (puuston kasvu vähintään 1 m 3 /ha/v), kitumaa (0,10 0,99 m 3 /ha/v), joutomaa (alle 0,10 m 3 /ha/v), sekä muu metsätalousmaa (metsäautotiet, siemenviljelymetsät, metsätalouden pysyvät varasto- ja tonttialueet jne.) (VMI10 2008). Puuston nielut ja lähteet laskettiin koko metsätalousmaan puustosta. Maaperän osalta laskelmat tehtiin kivennäismaalle ja metsäojitetuille soille. Luonnontilaisten soiden maaperän kasvihuonekaasutaseen on laskelmissa ajateltu olevan nolla, vaikka erilaiset suot voivat ravinteisuudesta riippuen olla joko nieluja tai lähteitä. Luonnontilainen suo sitoo hiilidioksidia mutta päästää ilmakehään metaania (MMM11 2007). Tässä tapauksessa ei ollut mielekästä laskea luonnontilaisten soiden maaperän tasetta, koska kasvihuonekaasutasetta tarkasteltiin ihmisen toiminnasta aiheutuvan ilmastonmuutoksen näkökulmasta. Metsänhoitotöiden vaikutuksia laskiessa otettiin huomioon vain niiden vaikutukset maaperään ja puustoon. Muita päästöjä tai nieluja, kuten lannoitteen valmistuksesta syntyvät päästöt, ei otettu mukaan tarkasteluun. 2 Kasvihuonekaasut metsämaassa ja puustossa 2.1 Hiilen kierto Hiiltä on metsissä sitoutunut puustoon, pintakasvillisuuteen ja maahan. Suurin osa hiilestä on karikkeessa, humuksessa sekä humuskerroksen alla kivennäismaassa, soilla turpeessa (Savolainen 1996). Aluskasvillisuuteen sitoutuneen hiilen määrä on pieni, 4 13 % metsäekosysteemin kokonaishiilimäärästä (Mälkönen 1974, Havas & Kubin 1983). Puustossa hiiltä on sitoutunut eniten runkopuuhun. Myös juurissa on paljon hiiltä. Puustoon hiiltä sitoutuu yhteytyksen tuloksena. Yhteytyksen tuloksena puustoon sitoutuneesta hiilestä osa poistuu hakkuissa ja loput sitoutuvat metsän biomassaan ja maaperään eloperäisen kuolleen aineksen (karike), kuolleen puuston (luonnonpoistuma) sekä hakkuutähteen mukana (Kuva 2). Hakkuutähteen osuus hakatun puuston biomassasta on arvioitu olevan noin 9 % (Liski ym. 2006). Puuston hiilivarasto on vuosien saatossa kasvanut. Tähän ovat vaikuttaneet paitsi metsätalousmaan pinta-alan kasvu, myös tehokas metsänhoito sekä maltilliset hakkuut. Vuonna 1952 puuston hiilivaraston Suomessa metsätalousmaalla arvioitiin olevan 2,5 kg/m 2, eli 540 Tg, kun vuonna 1990 13

se oli 2,8 kg/m 2 (660 Tg) (Savolainen 1996). Vuonna 2007 puuston hiilivarastoksi arvioitiin 835 Tg (Metla 2010). Suurin osa maahan tulevasta hiilestä palautuu takaisin hiilidioksidina ilmakehään maaperässä tapahtuvan hajoamisen seurauksena (Liski ym. 2006). On kuitenkin huomattu, että osa hiilestä ei sitoudu maaperään tai palaudu ilmakehään, vaan huuhtoutuu metsikön valuma-alueelle, ja aiheuttaa hiilidioksidipäästöjä vesistöstä (Huotari ym. 2011, Kuva 2). Huuhtoutuvan orgaanisen hiilen määrän on arvioitu olevan 1 4 % maahan tulevan hiilen määrästä (Jonsson ym. 2007, Ojala ym. 2011). Kuva 2. Hiilen kierto metsäekosysteemissä. Laatikot kuvaavat hiilen varastoja ja nuolet kaasu- ja materiaalivirtoja. 14

Puuston hiilivaraston suuruuteen vaikuttavat kasvuolosuhteet, puuston rakenne sekä hakkuut. Maaperän hiilivarastoja ohjailee karikkeen tuotos, koska karikkeen, humuksen ja maaperän hiilivarastoon vaikuttaa ensisijaisesti karikkeen määrä ja laatu (Kellomäki 1996, Savolainen 1996). Suurin osa kivennäismaiden maaperän hiilestä (noin 70 %) on humuskerroksen alla yhden metrin paksuisessa maakerroksessa (Kellomäki 1996). Liskin ym. (2006) mukaan hiiltä on sitoutunut kivennäismaan maaperään keskimäärin Suomessa 6,3 kg/m 2 ja hiilivarasto lisääntyy vuosittain 0,011 kg/m 2. Myös Lehtonen ym. (2011) arvioivat hiilen lisääntyvän, mutta vähemmän (Metsähallitus, metsätalousmaa Etelä-Suomi 0,003 kg/m 2 /v). Molemmat tulokset saatiin maaperän hiilimalli Yasson simuloinneilla, mutta Lehtonen ym. (2011) käyttivät uudempaa, parannettua versiota Yasso-mallista (Yasso07 2011). Maaperän hiilivarastoa on mitattu myös maanäytteistä. Maanäytteiden analysoinnin tuloksena saatu keskimääräinen kivennäismaan hiilivarasto Suomessa on noin 6 kg/m 2 (Metla 2007). Orgaanisen aineen hajoamiseen vaikuttavat maan lämpötila ja kosteus. Lämpötilan kasvu nopeuttaa hajotustoimintaa, mutta kosteuden vaikutus ei ole yhtä suoraviivainen; kuivuus hidastaa hajotusta, mutta myös liiallisen märkyyden johdosta hajotus hidastuu hapenpuutteen vuoksi (Smolander 2003). Hapeton hajotustoiminta on hitaampaa kuin hapellinen. Tämän vuoksi soille kertyy turvetta (Martikainen 2003). Maaperän hiilivarasto kasvaa, jos maahan tulevan hiilen massa (karikesyöte) on suurempi kuin maaperässä tapahtuva hajotus (Savolainen 1996). Hapellisissa oloissa maaperän bakteerit hajottavat maaperän hiiltä hiilidioksidiksi, kun taas hapettomassa hajoamisessa hiilestä muodostuu metaania metanogeenisten arkkien toimesta (Martikainen 2003). Kivennäismaan maaperä toimii ilmakehän metaanin nieluna, koska maaperän mikrobit hapettavat ilmakehän metaania hiilidioksidiksi maannoksen pinta-osissa. Tiiviissä, sekä runsasvetisessä maassa kaasujen diffuusionopeus on alhainen, joten myös metaanin siirtyminen ilmasta maahan hajotettavaksi on vähäistä, jolloin metaaninielu pienenee (Savolainen 1996). Myös maaperän korkea typpipitoisuus haittaa metaanin hapetusta. Kivennäismaiden metaaninielu on noin 1-3 kg CH 4 /ha/v (Savolainen 1996). Maahan metaanina tullut hiili palaa takaisin ilmakehään hiilidioksidina. Luonnontilaisina suot toimivat yleensä hiilidioksidin nieluina ja metaanin lähteinä. Ojituksessa myös suon toiminta muuttuu, turpeen hiilivarastot alkavat hajota ja runsasravinteisilla soilla 15

hiilinielu muuttuu hiilen lähteeksi (MMM11 2007). Jos ojitus on onnistunut suunnitellusti, se kuivattaa suota, ja näin ollen vähentää metaanin päästöjä. Ojikko ja muuttuma ovat vielä metaanin lähteitä (1,16 g/m 2 /v), mutta turvekankaaksi kehittynyt ojitusalue on muuttunut metaanin nieluksi (-0,28 g/m 2 /v) (Ojanen ym. 2010). Kosteuden ja ravinteisuuden lisäksi ojitetun suon päästöihin vaikuttavat ojat. Samaan aikaan kun metaanipäästöt vähenevät suon kuivuessa, ojat aiheuttavat merkittävää vaihtelua päästöihin. Ojissa syntyy metaanipäästöjä, joiden suuruus riippuu veden virtauksesta ja vedenpinnan korkeudesta ojassa (Minkkinen & Laine 2006). 2.2 Typen kierto Typpi on elämälle välttämätön alkuaine. Ilmakehän kaasutilavuudesta 78 % on typpeä, mutta silti se on lähes aina kasvien kasvua rajoittava ravinne (Hanski ym. 1998). Lukuun ottamatta typensitojabakteereita, kasveille käyttökelpoista typpeä on vain kuolleissa eliöissä. Kasvit saavatkin suurimman osan typestään, kun bakteerit ja sienet hajottavat typpeä kasveille käyttökelpoiseen muotoon. Nitrifikaation saavat aikaan nitrifikaatiobakteerit, jotka hapettavat ammoniumia nitriitin kautta nitraateiksi hapen, hiilidioksidin ja ravinteiden avulla (Martikainen 2003). Metsämaan nitrifikaatiota rajoittaa ammoniumin vähäinen saatavuus. Luonnontilaisessa metsäekosysteemissä on vähän typpeä ammoniumiksi hajottavia eliöitä, mutta paljon ammoniumia nitrifioivia bakteereita, mistä seuraa että maassa ei vapaata ammoniumia juurikaan ole (Savolainen 1996). Denitrifikaatiossa hapettomissa oloissa toimivat bakteerit pelkistävät nitraatti- ja nitriitti-ioneja energianlähteekseen, jolloin vapautuu typen oksideja tai täydellisesti etenevän reaktion kautta typpikaasua (Martikainen 2003, Kuva 3). Denitrifikaatio vapauttaa ilmakehästä sidottua typpeä takaisin kaasumaiseen muotoon, ja sen merkitys typen kierrossa onkin suuri (Campbell ym. 1999). Typpioksiduulia syntyy maaperässä, kun nitraatti pelkistyy (denitrifikaatio) tai ammonium hapettuu (nitrifikaatio). Typpilaskeuman lisäksi metsässä tehdyt toimenpiteet, kuten avohakkuu, maanmuokkaus ja lannoitus lisäävät typpioksiduulipäästöjä. Ravinteikkaassa kivennäismaan metsämaassa päästö voi olla hakkuita seuraavana vuonna noin 1 kg N 2 O/ha/v, mutta laskee sen jälkeen nopeasti ollen keskimäärin 0,1-0,3 kg N 2 O/ha/v (Savolainen 1996). 16

Luonnontilaisilla soilla hapettomuus estää nitrifikaatiota ja ojitetuilla soilla alhainen ph rajoittaa tätä prosessia, mutta ravinteikkailla tai lannoitetuilla soilla typpioksiduulin muodostuminen on mahdollista (Minkkinen ym. 2007b). Soiden ojituksen myötä typpioksiduulipäästöt lisääntyvät. Ravinteikkailla ojitusalueilla typpioksiduulipäästöt ovat korkeampia kuin vähäravinteisilla (Ojanen ym. 2010). Kuva 3. Typen kierto metsämaassa (mukaillen Martikainen 2003). Orgaaninen typpi hapettuu maaperän mikrobien toimesta ammoniumiksi, joka edelleen hapettuu nitriitin kautta nitraatiksi (nitrifikaatio). Nitraatti pelkistyy nitriitin ja typpioksidin kautta typpioksiduuliksi ja typpikaasuksi (denitrifikaatio). 17

3 Metsänhoitotöiden vaikutus 3.1 Maanmuokkaus Maanmuokkaus parantaa taimien kasvuun lähtöä. Maata paljastamalla saadaan taimille paremmat lämpöolosuhteet ja etumatkaa kilpailussa aluskasvillisuutta vastaan. Maanpinnan olosuhteet muuttuvat merkittävästi maanmuokkauksen myötä. Myös veden imeytyminen maahan sekä juuriston kehittyminen paranee (Jandl ym. 2007). Mannerkosken ja Mälkösen (2000) mukaan männiköissä muokatulla maalla oli 18 vuotta istutuksesta keskimäärin 15 m 3 /ha enemmän puustoa kuin muokkaamattomalla maalla. Maanmuokkaus vaikuttaa myös maaperän kasvihuonekaasujen päästöihin. Johnson (1992) tarkasteli useita tutkimuksia, joiden mukaan maanmuokkaus pienentää maaperän hiilivarastoa. Muun muassa viljelykäyttöön muokatulla metsämaalla havaittiin 20 %:n väheneminen hiilivarastossa (Goldin & Lavkulich 1990). Metsämaalla maanmuokkauksen vaikutukset jäävät pienemmiksi, koska maanmuokkaus tehdään vain kerran kiertoaikana. Piirainen ym. (2009) havaitsivat maaperän hiilivaraston pienentyneen 8 %:lla 8 vuotta äestyksen jälkeen. Typen varaston he sen sijaan huomasivat lisääntyneen 9 %. Tämä ero johtui luultavasti siitä, että suurin osa hiilestä vapautui ilmakehään hajotuksessa, mutta typestä suuri osa sitoutui maahan. Ajan kuluessa ja metsän kasvaessa maanmuokkauksen vaikutus hiilivarastoon todennäköisesti tasoittuu kohti maanmuokkausta edeltävää tilannetta. Maanmuokkauksen voimakkuudella on myös merkitystä. Mitä voimakkaampi muokkaus, sitä suurempia ovat muutokset maan lämpö-oloissa, kosteudessa ja mikrobitoiminnassa (Mälkönen 2003). 3.2 Hakkuutähteiden korjuu Hakkuutähteen korjuu pienentää hiilen varastoa maaperässä ja puustossa. Se vähentää maaperään tulevan hiilen määrää, mikä pienentää maaperän hiilinielua. Toisaalta maaperän päästöt vähenevät hajoavan aineen poistamisen seurauksena, mikä pienentää hiilivaraston häviämistä. Hakkuutähteiden korjuu vaikuttaa myös seuraavan puusukupolven kasvuun, ja puustoon sitoutuvan hiilen määrään. Hiilen määrän muutos maaperässä ja seuraavassa puusukupolvessa muodostavat 18

hakkuutähteiden korjuun kokonaisvaikutuksen kasvihuonekaasutaseeseen. Tässä työssä hakkuutähteillä tarkoitetaan latvusmassaa. Hakkuutähteeseen on sitoutunut hiiltä, josta suurin osa hajoaa nopeasti, ja loput hajoavat hyvin hitaasti. Hakkuutähteiden hiilestä 90 % hajoaa ensimmäisen 20 vuoden aikana. Hakkuutähteiden poiston vaikutus on heti hakkuun jälkeen suuri, mutta ensimmäisten 20 vuoden jälkeen tilanne tasoittuu lähelle tavanomaisia hakkuiden jälkeisiä hiilimääriä (Palosuo ym. 2001a). Palosuo ym. (2001b) simuloivat maaperän hiilivarastoa hakkuutähteiden korjuu huomioituna, ja arvioivat maaperän hiilivaraston pienentyneen 2 % 20 vuodessa hakkuutähteiden korjuun seurauksena. Hiilen lisäksi hakkuutähteiden mukana poistuu myös ravinteita, jotka vaikuttavat kasvuun. Harvennushakkuun yhteydessä tapahtuva hakkuutähteiden korjuu vähentää Helmisaaren ym. (2011) mukaan puuston tilavuuden kasvua kuusikoissa 5 % ja männiköissä 4 % kokonaiskasvusta hakkuuta seuraavana 10-vuotiskautena. Hakkuutähteeseen sitoutunut typpi vapautuu noin 3 vuotta hakkuun jälkeen. Siksi hakkuutähteen poiston vaikutukset kasvuun eivät ilmene välittömästi, kun hakkuutähde on poistettu. Ravinteiden poistumisesta johtuvat kasvutappiot saattavat hyvin olla merkittävin hakkuutähteiden korjuun vaikutus. 3.3 Lannoitus Metsänlannoituksia tehdään kasvun lisäämiseksi sekä ravinne-epätasapainon tai -puutteiden korjaamiseksi. Kasvulannoituksella haetaan metsikön lisääntyvän kasvun kautta parempaa tuottoa, kun terveyslannoituksella korjataan ravinteiden epätasapainoa (Kaunisto ym. 2002). Terveyslannoitusten tarpeessa ovat lähinnä kaliumin ja boorin puutteesta kärsivät turve- ja kangasmaat, kun taas kasvatuslannoituksessa käytetään tavallisesti typpi-fosforilannoitteita (Salonen 1999). Typpi on kangasmailla tärkein puiden kasvua rajoittava ravinne, kun taas turvemailla ravinteisuus vaihtelee suuresti (Kukkola & Moilanen 2005). Typpilannoituksella lisätään saatavilla olevan typen määrää metsämaassa, mutta myös lisätään typpioksiduulipäästöjä. Paikallisesti typen määrän lisäyksellä voi olla suurikin vaikutus typpioksiduulipäästöihin, koska kaikki lisätty typpi ei mene puuston kasvuun tai sitoudu maaperään. 19

IPCC:n (2003) mukaan noin 1,25 % lannoituksessa käytetystä typestä päätyy typpioksiduulipäästönä ilmakehään. Typpilannoitus on metsätaloudellisesti kannattava sijoitus. Lannoituksen tuoman kasvunlisäyksen tuotto saadaan nopeasti realisoitua, kun lannoitus tehdään ennen hakkuuta. Typpilisäys vaikuttaa 6-10 vuotta. Etelä-Suomessa puuston kasvunlisäys on 12 20 m 3 /ha (Kukkola & Moilanen 2005). Mälkönen (1982) on saanut samansuuntaisia tuloksia kasvunlisäyksestä; 12 18 m 3 /ha 10 vuodessa 150 kilon typpiannoksella hehtaaria kohti. Kuusi reagoi hieman mäntyä hitaammin lannoitukseen, mutta lannoituksen positiivinen vaikutus kasvuun säilyy sillä kauemmin. Suurimmillaan kasvureaktio on keskimäärin 2 4 vuoden kuluttua lannoituksesta (Kukkola & Nöjd 2000). 4 Aineistot ja menetelmät 4.1 Metsien kasvihuonekaasutase 4.1.1 Laskennan perusteet Puuston kasvihuonekaasutaseen laskennassa Metsäntutkimuslaitokselta (Metla) ja Etelä- Pohjanmaan metsäkeskukselta saadut puustotiedot (m 3 runkopuuta) muutettiin biomassan sisältämäksi hiileksi käyttäen biomassan muunnoskertoimia (biomass expansion factor, BEF). Maaperän tase puolestaan saatiin kertomalla pinta-alat päästökertoimilla. Luvut laskelmiin löytyivät metsäkeskuskohtaisesti VMI10:n tiedoista. Seinäjoen kaupunkiseudulle kuntakohtaiset puustotiedot ovat peräisin Etelä-Pohjanmaan metsäkeskuksen aluesuunnitelmista. Kunnittaiset maaperätiedot ja puuston poistumatiedot tulivat Metsäntutkimuslaitokselta. Tarkasteluja varten saadut taseet muutettiin CO 2 -ekvivalenteiksi GWP-kertoimilla (Taulukko 1). Eri kaasujen taseet ovat tällöin yhteismitallisia ja vertailtavissa keskenään. 20