Suunnitelma taimikon kasvu- ja rakennemallien kehittämiseksi Annikki Mäkelä 10.10.2005 Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta
Taimikkosimulaattorin perusajatus Toimenpideohjelma Hoitotoimet Uudistamistapa Kasvupaikka Sijainti Taimikon tila Taimikon tulos Ensiharvennusmetsikön rakenne Yksikkökustannukset Kustannuslaskenta Poistetut puut Talous Taimikonhoidon kannattavuus
Kasvu- ja rakennemallien kehittäminen: Tavoite ja lähestymistapa Sekataimikon kasvumalli Sovellusalue: koko Suomi Ajanjakso: vakiintuneesta taimikosta ensiharvennukseen HYBRIDIMALLI: Prosessipohjainen malli + kalibrointi aineistoon Toimenpideohjelma Hoitotoimet Uudistamistapa Kasvupaikka Sijainti Taimikon tila Poistetut puut Taimikon tulos
Esityksen sisältö ACROBAS-malli periaatteet nykytila Tutkimussuunnitelma Vaihe 1: mallin kehitystyö Vaihe 2: mallin parametrointi koko Suomeen (intensiivinen) Vaihe 3: mallin kalibrointi taimikkoaineistoon (ekstensiivinen) Resurssit ja Aikataulu Yhteenveto
ACROBAS taimikon tilan kuvaajana Puiden kasvu hiilitaseesta CROBAS (Mäkelä 1997) Laskenta yksin puin, naapurit varjostavat Tilajärjestys Gibbsin potentiaaliin perustuva menetelmä (Kokkila et al. 2001) joustava; maastomuodot ym ACROBAS raportoitu Kokkila, Mäkelä & Franc 2005
CROBAS-mallin periaate Alkutila Tuotos vuonna k Sää, paikka k = k + 1 Laji Jako puille Taimikon rakenne Taimen rakenne Jako taimen osiin Taimien uusi tila Taimen asema Kuolleisuus Taimikon uusi tila
ACROBAS-mallin periaatteet geneerinen malli aikaresoluutio = 1 vuosi hiilitase: prosessit fotosynteesi ja respiraatio kasvun allokaatio => puiden rakenne karikesato ravinteidenoton tehokkuus kuolleisuus ulkoinen ympäristö ilmastotekijät kasvupaikka sisäinen ympäristö valokilpailu maaperän vaihtelevuus
ACROBAS-mallin parametrit Parametreilla pääsääntöisesti fysikaalinen määritelmä Parametrityypit: 1. metabolia fotosynteesi, respiraatio, jne 2. puiden rakenne putkisuhde, latvuksen rakenne, juuri-versosuhde, jne 3. vuorovaikutukset valon varjostuminen kasvuresponssi kilpailuun: latvusraja, kuolleisuus, jne
ACROBAS-mallin parametrit Toimivat parametrit Etelä-Suomen männylle Kuusi (E-S) rakenneparametrit (Kantola ja Mäkelä 2005) Metabolia- ja vuorovaikutusparametrit (Kantola et al. käsikirjoitus) Koivu (E-S) rakenneparametrit (Ilomäki et al. 2004)
Rakenneparametreja: esimerkki Parameter Unit Pine Spruce Birch pipe ratio, foliage kg/m 2 450 550 255 pipe ratio, fine roots kg/m 2 135-360 NA NA wood density, stem kg/m 3 400 400 480 wood density, branches kg/m 3 380 580 550 stem form in crown - 0.5 0.42 0.44 branch form - 0.33 0.63 0.49 coarse root fraction - 0.3 NA NA
Tutkimussuunnitelma: taimikon kasvu- ja rakennemallien kehittäminen Vaihe 1: laadullisesti toimiva malli sekataimikolle Mitattujen parametrien implementointi Puuttuvien parametrien mittaus / estimointi: - koivu: metabolia ja interaktiot - vesasyntyinen koivu: parametrit ja juurivarasto Mallin toimintakyvyn testaus ja kalibrointi - verrataan tuloksia sekataimikon tunnettuihin piirteisiin - tilajärjestys, syntyaika, kilpailu, jne. Resurssit: - Tutkija: ekofysiologia - Tutkija: mallitus - Kohdennettuja mittauksia E-S koealoilla, koivu
Tutkimussuunnitelma: taimikon kasvu- ja rakennemallien kehittäminen Vaihe 2: sekataimikon mallin alueellistaminen Mä, ku ja ko: rakenteen alueellisen vaihtelun kartoitus - kohdennettuja mittauksia maan eri osissa (~5 aluetta) Metaboliaparametrien alueellisen vaihtelun kartoitus - ympäristömuuttujat ja riippuvuudet (ETS, ravinteisuus, kosteus) Spesifinen fotosynteesi 2.5 2 1.5 Koivu Kuusi Periaatekuva parametrien ympäristöriippuvuudesta 1 500 1000 1500 Lämpösumma
Tutkimussuunnitelma: taimikon kasvu- ja rakennemallien kehittäminen Vaihe 2: sekataimikon mallin alueellistaminen Resurssit - Tutkija: ekofysiologia - Tutkija: mallitus - Kohdennettuja mittauksia koealoilla eri alueilla, kaikki puulajit - tutkimusapulaisia (Metla, graduntekijät) - suuruusluokka: < 100 puuta intensiivisesti
Tutkimussuunnitelma: taimikon kasvu- ja rakennemallien kehittäminen Vaihe 3: mallin kalibrointi taimikkoaineistoon Käytetään Baeysiläistä menetelmää, jonka avulla ankkuroidaan malli mittausaineistoon Resurssit - Tutkija: ekofysiologia - Tutkija: mallitus - Aineisto: - taimikoita ympäri Suomea, mielellään seurantamitattuja (>1 mittaus / taimikko) - syöttömuuttujat eri puolilta maata
Mallin yhteys mittauksiin Kohdennetut mittaukset prior Alkutila Bayesiläinen metodi Elintoimintoihin liittyvät vakiot Rakenteeseen liittyvät vakiot Laskenta ajan yli Tilan kehityksen ennuste posterior Mittauksia tilan kehityksestä
Yhteenveto: Aikataulu Vuosi 1 Vuosi 2 Vuosi 3 Vaihe 1 Vaihe 2 Vaihe 3
Yhteenveto: resurssitarve 2 tutkijaa (jatko-opiskelija tai nuori tohtori) eko-fysiologia, metsänhoito ja metsän mittaus - mittausten suunnittelu - mallien sisällöllinen suunnittelu - ympäristötekijöiden ja kasvuparametrien yhteys ohjelmointi, mallitus, laskenta - mallien ja laskennan suunnittelu ja toteutus - Bayesiläisen analyysin toteutus tutkimusapulaisia mittaukset 2 kesänä mitattujen aineistojen esikäsittely ja -laskenta valmiiden aineistojen esikäsittely ja -laskenta
Yhteenveto Taimikon kehitys elintoimintoihin perustuvalla mallilla tutkimustieto ja kohdennetut mittaukset (vaiheet 1&2) Mallin kalibrointi mittaustiedon avulla mittaukset taimikoiden tilan kehityksestä (vaihe 3) Tulos: hybridimalli yhdistää kaiken saatavilla olevan tiedon mittaustarve pienempi kuin emp. mallissa, joustavampi luotettavampi kuin pelkkä elintoimintoihin perustuva malli epävarmuus voidaan kvantifioida Bayesin analyysilla Mahdollisuus uraauurtavaan tutkimukseen maailman mitassa!