Muuttuvan ympäristön vaikutusten liittäminen kasvatusmalleihin Annikki Mäkelä, Eero Nikinmaa, Sanna Härkönen, Pasi Kolari, Tapio Linkosalo, Raisa Mäkipää, Mikko Peltoniemi Taustaa Kasvatusmallit (esim. Motti, Mela) lähtevät stabiilista ympäristöstä Ympäristön maantieteellinen ja kasvupaikan mukainen vaihtelu kuvataan boniteetin ti avulla Tasaikäisen metsän kehitysdynamiikka on säännönmukaista, jos ympäristö pysyy samana => empiiriset kasvumallit toimivat hyvin Miten ympäristön muutos voidaan ottaa huomioon tehtäessä kasvuennusteita?
Taustaa Ympäristönmuutoksen mallit: vaihtoehtoja Prosessipohjainen metsikön kasvumalli (esim. FinnFor, MicroForest) Hybridimalli FinnFor + MELA Modulaarinen yhdistelmämalli Modulaarisen yhdistelmämallin logiikka Ennustetaan boniteetti / boniteetin muutos ilmastosensitiivisillä malleilla Käytetään laskettua boniteettia syötteenä empiirisessä mallissa, jolla lasketaan aa metsän kasvun dynamiikka Tarkastellaan erikseen muita kuin tuottavussvaikutuksia, esim. mahdollista tuhoriskien lisääntymistä (esim. skenaarioiden avulla)
Esityksen sisältö Miten boniteetin muutos lasketaan? Teoreettisia perusteita Sään ja maaperän ravinteisuuden vaikutus Esimerkkilaskelmia Fotosynteesitehokkuuden ja haihdunnan alueellinen tarkastelu Ilmastonmuutoksen vaikutus hiilen sidontaan ja ravinteiden saatavuuteen Yhteisvaikutus puuaineen kasvuun Tarkastelu Miten boniteetin muutos lasketaan? Teoreettisia perusteita
Putkimallin kasvudynamiikka Putkimallin kasvudynamiikka ja optimaalinen C-N allokaatio Pituuskasvu (=> boniteetti) riippuu hiilen ja ravinteiden saatavuudesta (esim. MÄKELÄ 1986, VALENTINE 1997) Löytyy hiilen ja typen allokaatio joka maksimoi kasvun (ainetaseiden ja putkimallin rajoituksin) (MÄKELÄ ET AL. 2008, VALENTINE & MÄKELÄ 2012) Mäkelä 1986 JTB
VALENTINE AND MÄKELÄ 2012 NEW PHYTOLOGIST 9 Boniteetin riippuvuus ympäristötekijöistä tekijät C Metsikön kasvumalli Boniteetti Säät Metsämaa N
Miten boniteetin muutos lasketaan? Sään ja CO 2-pitoisuuden vaikutus hiilensidontaan ja ravinteiden saatavuuteen Fotosynteesitehokkuuden malleja SPP fysiologinen malli, hetkellinen säätieto (MÄKELÄ ET AL 2006 KOLARI ET AL 2011) (MÄKELÄ ET AL. 2006, KOLARI ET AL. 2011) PreLes LUE-malli, päivittäinen säätieto: APAR, T, VPD, sadanta (MÄKELÄ ET AL. 2008, PELTONIEMI ET AL. 2011, 2012) Sisältävät haihdunnan mallin ja CO 2-pitoisuuden vaikutuksen
Typen saatavuuden malleja ROMUL päivittäinen maan hiili- ja typpidynamiikan malli (CHERTOV ET AL. 2001) Spesifiset hajoamisnopeudet lämpötilan, kosteuden ja ositteiden kemiallisen koostumuksen funktioita kokeelliset parametrit MICROFOREST vuotuinen dynamiikka (HARI ET AL. 2010) Eivät yhtä pitkälle kehitettyjä kuin fotosynteesin mallit Esimerkkilaskelmia Potentiaalisen fotosynteesin alueellinen jakautuminen ja sen yhteys sadantaan
Alueellinen GPP:n ja kuivuuspäivien laskenta Climforisk-hanke (Metla + HY, Mikko Peltoniemi) Metsätieto Metlan inventointitietokannoista Säätieto IL:n hilasta 10 x 10 km 2, standardijakso PreLes-malli (PELTONIEMI ET AL. 2012) Kuivuuden yhteys hyönteistuhoihin Alueellinen GPP:n ja kuivuuspäivien laskenta
Esimerkkilaskelmia Ilmastonmuutoksen vaikutus tuottavuuteen Ilmastoskenaariot CO 2 concentration Current climate - from local record B1 A1B A2 Temperature Precipitation
Tuloksia metsikkötason simuloinnista (SPP) 1600 Lehtien spesifinen 1400 tuottavuus ( C ) kasvaa 1200 1000 jopa 30% 800 Lehtien e spesifinen e vedenkäyttö ei muutu olennaisesti NIKINMAA ET AL. 2012 Yhteytystuo otos (g C m 2 a 1 1 )p ihdunta (mm a 1 ) Hai 600 400 200 0 300 250 200 150 100 50 0 T+5 T+2 T+0 2011 2100 0 200 400 600 800 CO 2 (ppm) T+5 T+2 T+0 2011 2100 0 200 400 600 800 CO 2 (ppm) Tuloksia Suomen alueen simuloinnista PreLes-malli Tarkastelu alueittain (kasvillisuusvyöhykkeet) säämuuttujat IL:n hilassa LINKOSALO ET AL. 2012
Tuloksia Suomen alueen simuloinnista LINKOSALO ET AL. 2012 Typen saatavuuden muutokset Romul-mallin perusteella typen hajotusnopeus lisääntyy kun ilmasto muuttuu, mutta ei yhtä paljon kuin potentiaalinen fotosynteesituotos (MÄKIPÄÄ ET AL. 2012) HARI ET AL. 2010 toisaalta ennustavat suurempaa vaikutusta typen saatavuuteen Epävarmuus suurempi kuin fotosynteesin arvioinnissa => lisää tutkimusta
Esimerkkilaskelmia Ilmastonmuutoksen aiheuttamat tilavuuskasvun ja pituusboniteetin muutokset Optimimalli tekijät C Metsikön kasvumalli Boniteetti Säät Metsämaa N
Optimimallin tuloksia 25 Max tilavuuskasvu m 3 /v 20 15 referenssi fotosynteesi + 30% 10 fotosynteesi + 30% typenotto + 30% fotosynteesi + 30% 5 typenotto + 15% 0 1 11 21 31 41 51 Alkuperäinen kasvupaikka (suhteellinen) Optimimalli tekijät C Metsikön kasvumalli Boniteetin muutos Säät Metsämaa N Empiirinen kasvumalli
Vaccia-hanke weather CO 2 Short-term term forest productivity SPP Productivity Soil-forest interaction: Microforest Pruductivity Root allocation Stand growth: PipeQual Growth Site index in climate scenarios management Forest decision system SIMOSOL SI Growth trends in FMUs NIKINMAA ET AL. 2012 Lisääntynyt kasvu => suurempi pituusboniteetti 40 A1b Hdom (m m) OMT_A1b 35 MT+_A1b 30 MT_A1b 25 VT_A1b 20 2000 2050 2100
Kehitysluokkajakauma referenssi 160000 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 open site young seedling (h<1.3m) advanced seedling (h>1.3m) young thinning stand advanced thinning stand mature stand seed tree stand Time - #5 5-year terms Kehitysluokkajakauma A2 adaptiivinen metsänhoito 160000 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 open site young seedling (h<1.3m) advanced seedling (h>1.3m) young thinning stand advanced thinning stand mature stand seed tree stand Time - #5 5-year terms
Tarkastelu Kasvuston primäärituotoksen riippuvuus säästä tunnetaan hyvin ja pystytään laskemaan isoilla alueilla myös sopeutumisilmiöt Ravinteiden saatavuuden muutokset tunnetaan huonommin Primäärituotoksen ja ravinteiden saatavuuden yhteisvaikutukset kasvuun tunnetaan mekanistisesti ja voidaan kalibroida => muutoksen suunta pystytään arvioimaan Tarkastelu Melko mahdotonta saada varmoja ennusteita Entä jos tarkastelu Hypoteesit voitava purkaa selkeiksi osahypoteeseiksi Tarkastellaan eri hypoteesien ja niiden erilaisten i yhdistelmien vaikutuksia kasvuun Kunkin hypoteesin rooli voidaan arvioida erikseen kulloinkin käytettävän ekologisen tiedon avulla
Tarkastelu Menetelmää kehitetään eri hankkeissa Climforisk HENVI FICCA ECONADA