Energiapuun käytön vaikutukset metsien ravinnetalouteen ja hiilitaseeseen Hannu Ilvesniemi
Mitä voimme oikeasti tietää energiapuun korjuun pitkän ajan vaikutuksista metsiin, milloin taas joudumme tyytymään valistuneisiin arvauksiin? Pitkät reagoimisajat monimutkaistavat vaikutusten havaitsemista metsissä, ja asettavat suuria haasteita koejärjestelyjen toteuttamiselle ja ylläpidolle
Maantutkimuksen pitkäaikaiset kokeet
BioSoil Level-I kohteet Suomessa 9.10.2013 Hannu Ilvesniemi
Hakkuutähteiden korjuun ja kantojen noston vaikutuksia tutkivat kokeet Sijaittava kasvimaantieteellisesti erilaisilla alueilla Täyttävät kantojen nostolle asetetut kriteerit Kuusivaltaisia uudistuskypsiä tuoreen kankaan metsiä Sovelluttava ravinnekierron tutkimukseen pohjaveden avulla Koealueiden maantieteellinen sijainti: 1. Pohjois-Suomi, 2. Keski-Suomi ja 3. Etelä-Suomi. 9.10.2013 Hannu Ilvesniemi
Valuma-aluetutkimus aloitettiin 2010 Oijusluoma Hakkuu ja kantojen nosto 2010, maanmuokkaus ja viljely 2011 Katajavaara
Kantojennostokokeet 9.10.2013 Hannu Ilvesniemi
9.10.2013 Hannu Ilvesniemi
9.10.2013 Hannu Ilvesniemi
9.10.2013 Hannu Ilvesniemi
Typical boreal wetlands are large biomass reserves
Puusto Tilavuus, m3/ha Growing stock, m3/ha 0 20 21 50 51 100 101 150 151 200 201 Turvetuotanto Peat production Pilvi Cloud Rakennettu maa Build-up land Vesi Water Pelto Arable land
Kivennäismailla kasvavien metsien maaperän hiilivarasto
Kaskeaminen Suomessa vuosina 1860 ja 1913
> 2,3 kg C m -2 < 1,7 kg C m -2 9.10.2013 Hannu Ilvesniemi
Suomen metsien kasvun viimeisten vuosikymmenien aikana
Metsävarat Suomessa Elävän puuston biomassa Puuston kuorellinen runkotilavuus yhteensä 2306 miljoonaa kuutiometriä Elävän puuston biomassa yhteensä 1,7 mrd tonnia kuiva-ainetta runkopuu 57 %, lehvästö 22 %, kannot ja juuret 21 % mänty 45 %, kuusi 33 %, koivu 19 %, muut lehtipuut 4 % Suopuustot 23 % kokonaistilavuudesta Puuston vuotuinen kasvu 104 milj. m 3 Puuston poistuma 70,9 milj. m 3 (v. 2011) (Lähde: Metsätilastollinen vuosikirja 2012) 9.10.2013 Hannu Ilvesniemi
Kittilä Sodankylä Pelkosenniemi Salla
Kivennäismailla kasvavien metsien hiilivarasto
12,0 10,0 8,0 6,0 Trees Humus Litter Ground vegetation Biomass, kg m -2 4,0 2,0 0,0 OMaT OMT MT VT CT Kallio Rich Rich Moist Dryish Dry Rock 9.10.2013 Hannu Ilvesniemi
Humuskerroksen paksuus orgaanisen aineksen mukaan luokiteltuna Type N Mean Min Max Missing 8 0.2 0.0 0.6 Mor 460 4.7 0.0 13.6 Moder 29 3.6 1.5 7.0 Mull 9 0.7 0.0 5.2 Peat 122 45.8 5.1 99.0 Peatmull 3 9.2 4.8 14.6 Total 631 12.5 0.0 99.0
Kivisyyden osuus maassa, eli yli 2cm kivien tilavuusosuus
Savisuuden osuus
Keskimääräinen C/N suhde kerroksittain ja kasvupaikan mukaan luokiteltuna Kerros OMT (OMaT) MT VT CT OFH 21.7 30.6 34.5 38.2 H01 20.8 27.4 29.8 34.5 H12 21.4 24.2 27.7 32.6 H24 22.0 24.6 29.9 34.5 M01 17.5 22.3 24.0 24.0 M12 16.1 20.7 20.7 20.7 M24-22.2 17.6 - M48 - - 17.4 -
Maaperän hiilivaraston mitattu muutos 20 (10) vuoden aikana
Maan hiilivaraston muutos, virheet poistettu Humuskerroksen sekä 40 cm mineraalimaakerroksen hiilen määrän muutos. Keskiarvo +42,2 g m -2 v -1 ja mediaani +34,4 g m -2 v -1. 9.10.2013 Hannu Ilvesniemi
Maan hiilivaraston muutos Etelä-Pohjois gradientilla Humus Mineraalimaa 9.10.2013 Hannu Ilvesniemi
Maan hiilivaraston muutos ikäluokittain 9.10.2013 Hannu Ilvesniemi
Hiilivuomittaukset
2,0 Maahengitys (g CO 2 m 3 h -1 ) 1,5 1,0 0,5 40 Maan lämpötila C (- 5 cm) 30 20 10 0 1 2 3 1 = Anjalankoski, 2 = Längelmäki, 3 = Paltamo Maanpinnan laatu Häiriintymätön Häiriintynyt Käännetty Kontrolli
Anjalankoski Längelmäki Paltamo a b Uncut forest (control); Clear-cut, no soil preparation and no planting;(not measured for CO2) Clear-cutting, patch mounding, spruce plantation; Clear-cutting, 70% harvest residue removal, patch mounding, spruce plantation; Clear-cutting, 70% harvest residue removal, stump removal (25 stumps/ha left), patch mounding, spruce plantation; Clear-cutting, 100% harvest residue removal, 100% stump removal (25 stumps/ha left), patch mounding, spruce plantation. 1. Undisturbed microsites (resembling ground vegetation and humus before treatment) 2. Disturbed microsites (ground vegetation and humus clearly affected by harvesting operation), 3. Mounded microsites (soil preparation leaving no vegetation or humus) 4. Undisturbed microsites in Fig 3. Differences (± SE) in soil CO 2 respiration (g m 2 h -1 uncut control forest ) between the controls and the different treatments (a) and the differen microsites (b) during the monitoring years. 2007 was a calibration year. The different treatments in figures (a) and (b) are described in the text.
Typen mineralisaatio neljällä hakkuutähdekokeella WTH = kokopuunkorjuu SOH = runkopuun korjuu
Metsät uudistuvat myös kokopuukorjuukohteilla 2012 1987
Aika on ilmiöiden vaikutusten ja kestävyyden toteutumisen tarkastelun kannalta keskeinen elementti Erään metsän historia. Kuvat on otettu samalta paikalta kaskeamisen jälkeen vuonna 1918, kun metsä on harvennettu 1954 ja pari vuotta sitten (2010).
Palanut luonnonmetsä, jossa suuriläpimittaista lahpuuta on n. 300 m 3 /ha Avohakkuuala, jolle on jäänyt kannot ja suurempikokoista hakkuutähdettä n. 15 m 3 /ha 36
Kuvapari kantojen noston koealalta Anjalankoskelta Avohakkuu, laikkumätästys, hakkuutähteestä 70 % kerätty, kantojen nosto (jätetty 25 kpl/ha), kuusen istutus Syyskuu 2008 Heinäkuu 2010
Intensiivikoealoille asennettiin yhteensä 249 pohjavesikaivoa Vesinäytteitä kerätty vuodesta 2006 lähtien 4 kertaa vuodessa, analysoituja näytteitä yhteensä 3370 kpl Näytteistä määritetty sähkönjohtokyky, ph, väri, kiintoaine, NH 4 -N, N0 3 -N, PO 4 -P, P-tot, Na, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Zn, Cu ja Al
Kokopuun korjuun vaikutus pohjaveteen Kubin ym 9.10.2013 Hannu Ilvesniemi.
Nitraattitypen huuhtoutumisessa havaittavissa edelleen kohoava trendi NO3-N µg/l 2007 2008 2009 2010 2011 3 500 3 000 Keski-Suomi, Längelmäki 2 500 2 000 1 500 1 000 500 0 Kontrolli Ei kantojen ja hakkuutähteiden korjuuta 70 % hakkuutähteistä kerätty, ei kantojen nostoa 70 % hakkuutähteistä kerätty, kantoja jätetty 25 kpl/ha Kaikki kannot ja hakkuutähteet kerätty
Valuma-aluetutkimus aloitettiin 2010 Oijusluoma Hakkuu ja kantojen nosto 2010, maanmuokkaus ja viljely 2011 Katajavaara
Oijusluoma, valuma-alue 10 Biomassan talteenotto tehty käytännön metsänhoitosuositusten mukaisesti Katajavaara, valuma-alue 1 Kaikki kannot ja hakkuutähteet korjattu
Valuma-alueiden ravinnekierrosta ja virtaamasta Tausta-aineistoa vuodesta 2007 lähtien
Myös valuma-aluekokeilla nitraattihuuhtouma erottuu muusta aineistosta Hakkuu ja kantojen nosto 2010, maanmuokkaus ja viljely 2011 Näytteiden määrä: 2007: n = 4, 2008: n = 13, 2009: n = 13, 2010: n = 12, 2011: n = 14 Hannu Ilvesniemi
9.10.2013 Hannu Ilvesniemi
1.7. 29.7. 26.8. 30.9. 27.10. 24.11. 16.12. 5.5. 2.6. 5.7. 1.9. 28.9. 2.11. 4.5. 6.6. 29.6. 27.7. 16.8. 22.9. 19.10. 16.11. Lapinjärvi NO 3 -N (mg/l) 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 0 kg/m2 10 kg/m2 40 kg/m2 37.8 44.6 2009 2010 2011 9.10.2013 Hannu Ilvesniemi
Rapautumisen merkitys hakkuutähteiden korjuun vaikutusten kompensoijana Mg, kg/ha Utti - MgO, % E B BC 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 60 Mg kg ha -1 50 40 30 20 10 Laskeuma Rapautuminen C 0 Rap+lask (70 v) Puusto/Runkopuu (Ukonmaanaho et al. 2008) Puusto/Totaali (Ukonmaanaho et al. 2008)
Hakkuutähteiden mukana poistuvien ravinteiden suhde maaperän ravinnevarastojen kokoon
m 3 /ha/a Kokopuun korjuun vaikutus jäljelle jäävän puuston kasvuun, harvennushakkuu 0 x HT 1 x HT 2 x HT 20 Harvennus 1 Harvennus 2 15 10 5 0 I II III viisivuotisjakso 9.10.2013 Hannu Ilvesniemi Kukkola, M. & Mälkönen, E. 1997
N (kg/ha) puustossa harvennus- ja päätehakkuussa 800 700 600 500 400 300 Needles Branches Stem Stump Coarse roots Fine roots 200 100 0 35 yr., 58 m3/ha 100yr., 258 m3/ha 30 yr., 192 m3/ha 62 yr., 342 m3/ha Pine Spruce 9.10.2013 Hannu Ilvesniemi Helmisaari et al. (2008)
Respiration (g CO2, g m -2 h -1 ) Respiration g (CO2 m -2 h -1 ) Respiration (g CO2 m -2 h -1 ) Respiration (g CO2 m -2 h -1 ) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 (a) 0.5 0.4 0.3 0.2 y = 0.0627e 0.1246x R 2 = 0.8475 (b) Eri maahorisonttien respiraation lämpötilariippuvuus. 0-0.1-0.2 0 5 10 15 20 Temp. ( o C) 0.1 0 0 5 10 15 20 Temp. ( o C) Miten eri maakerrokset huomioidaan lämpövastetta kuvattaessa? Pumpanen et. al. 0.5 0.5 0.4 y = 0.0159e 0.1918x R 2 = 0.9622 (c) 0.4 y = 0.0037e 0.3624x R 2 = 0.9302 (d) 0.3 0.3 0.2 0.2 0.1 0.1 0 0 5 10 15 Temp. ( o C) 0 0 5 10 15 Temp. ( o C)
Suomalaiset metsät ovat pienipiirteistä mosaiikkia
Energiahuollon ja puun käytön uudet ratkaisut eivät ole harkinnassa aivan ensimmäistä kertaa
Kiitos