Kunnostusojitustarve ja kelpoisuus sekä ojitussyvyys: Katsaus uusimpaan tutkimustietoon Sakari Sarkkola METLA 16.4.2013
Taustaa Neljännes metsämaan alasta (4,9 milj ha) sekä puuvarannosta (>500 milj m 3 ) on ojitetuilla soilla - Suometsien vuotuinen kasvu n. 25 M m3 Ojitusalueiden keski-ikä n. 45 vuotta. - Uudisojitusten huippuvuodet 1960-luvun lopussa - 21% koko maan metsämaan pinta-alasta ojitusalueilla - 70% ojitusalueiden pinta-alasta mäntyvaltaisia (puolukkatyyppiä tai karumpia kasvupaikkoja) Hakkuumahdollisuudet kasvavat lähivuosina voimakkaasti (VMI10) - Harvennustarvetta: 1,32 milj. ha - Uudistuskypsiä metsiä: 457 000 ha Metsänkasvatuskelvottomia ojitusalueita n. 800 000 ha (Kansallinen suostrategia) 27.10.2009
Puustojen määrän jakautuminen keskiläpimitan perusteella ojitusalueilla valtakunnan metsien 10. inventoinnin mukaan (VMI10/2011/Antti Ihalainen) Nuoret Varttuneet Koivuvaltaiset Mäntyvaltaiset Kuusivaltaiset
Miksi kunnostusojituksia? Ojaverkoston kunto heikkenee vähitellen ojien mataloitumisen, syöpymisen, liettymisen ja umpeenkasvun seurauksena kuivatusteho heikkenee puiden elinvoimaisuus ja kasvu heikkenevät Kunnostusojitus osa metsänkasvatuksen toimenpideketjua turvemailla Vesitalouden ylläpito, ravinteiden saatavuus Kasvun lisäys, kasvatusajan lyhentyminen Usein edellytys tuottavalle metsänkasvatukselle Vuotuinen k-ojituspinta-ala 60 000-70 000 ha (arvioitu tarve n. 100 000 ha, KMO)
Tuotosvaikutukset - Puuston kasvunlisäys 0,2-1,5 m 3 /ha/v (Ahti 2005, Kojola ym. 2008) - Puuston kasvun ylläpito/lisäys Taloudelliset vaikutukset - Kustannustekijä (ei tarvetta kivennäismailla) - Sisäinen korko investoinnille 3,8-8.4% (Ahtikoski ym. 2008) - Kannattavuus riippuu kasvupaikasta lämpösummasta ja lähtöpuuston koosta Ympäristövaikutukset - Vesistökuormitus * Fosfori n. 50% ja kiintoaine >90% metsätalouden vuosikuormituksesta (Finér ym. 2010) - Voi lisätä hieman valuntaa ja äärevöittää valuntahuippuja (mm. Koivusalo ym. 2008) - Alentaa vedenpintaa 5-10 cm Tärkeää perusteltu tarveharkinta, hyvä suunnittelu ja toteutus
Kunnostusojituskelpoisuus Lähtökohtana ojien kunto, puuston määrä ja kasvun taso, kasvupaikan ravinteisuus ja lämpösumma
eli milloin kasvupaikka voi olla kunnostusojituskelpoinen? Ojien tekninen kunto huono (ensisijainen kriteeri) Vähimmäiskriteerit Puuston kasvu on taantunut märkyyden johdosta Kasvupaikka riittävän ravinteikas (rajakasvupaikat: E- Suomi: varputurvekangas, P-Suomi: puolukkaturvekangas) eikä vakavia ravinnehäiriöitä esiinny Puustoa vähintään 40 m 3 /ha
milloin ei ole syytä/tarvetta kunnostaa, vaikka kriteerit täyttyvät Eroosioherkät alueet Vesiensuojelualueet, esim. pintavalutuskentät Vesistöjen reuna- ja tulva-alueet Tärkeillä pohjavesialueilla olevat ojat Toistuvia lannoituksia vaativat kohteet Puusto ei ole ojituksen vaikutuksesta saavuttanut ensiharvennusvaihetta Kun puustoa on riittävästi ylläpitämään haihdunnallaan suotuisa kuivatustila?
Puuston haihdunnan vaikutus kuivatustilaan Hyväkuntoinen puusto haihduttaa kasvukauden aikana runsaasti vettä Haihdunta suorassa suhteessa puuston määrään Haihdunta vaikuttaa vedenpinnan korkeuteen turvemailla, havaintoja tehty jo 1960-luvulla (esim. Heikurainen 1963). Puuston vedenkäytön vaikutusta ojitusalueilla tutkittu Metlan hankkeissa v. 2007 alkaen näkökulmana kunnostusojitustarve
Hankkeissa selvitetty: - Puuston haihdunnan määrää ja kokonaisvesitasetta ojitetuissa rämemänniköissä - Haihdunnan ja hakkuiden vaikutusta vedenpinnan tasoon - Ilmaston, säätekijöiden, turpeen ominaisuuksien ja kuivatuksen tehokkuuden vaikutus haihdunnan vasteeseen - Puuston kasvulle riittävää kuivatussyvyyttä - Kunnostusojituksen vaikutusta puuston kasvuun pitkällä aikavälillä toimenpiteen jälkeen.
Käytetyt aineistot ja menetelmät Vanhat hydrologiset koekentät ja seuranta-aineistot Metlassa ja Helsingin yliopistossa 1960-luvulta alkaen (n. 450 koealaa) - vedenpinnan tason seuranta - puuston tilavuuden seuranta Järjestetyt kunnostusojituskokeet toistoin (12 kpl eri puolilla Suomea, Metla) - vedenpinnan tason seuranta - puuston kasvun seuranta 20 v. jaksolla toimenpiteestä Vesitasekokeet - hydrologisesti eristettyjä metsikkövaluma-alueita (6 kpl, Metla) - valunta, haihdunta, vedenpinnan taso, metsikkösadanta, latvuspidäntä
Aineistojen analysoinnissa hyödynnetty tilastollisia menetelmiä ja mallinnustyökaluja Yhteistyökumppaneina Helsingin yliopisto, Aalto-yliopisto, Oulun yliopisto ja Tapio Seuraavassa esitettävät tulokset perustuvat julkaistuihin tai jo hyväksyttyihin tieteellisiin artikkeleihin (Sarkkola ym. 2010, Sarkkola ym. 2012, Haahti ym. 2012, Sarkkola ym. 2013).
Kunnostuksen kasvunlisä (%) Kuinka syvällä vedenpinnan tulisi olla, jotta maa ei ole liian märkä? Vedenpinnan ollessa loppukesällä syvemmällä kuin 35-40 cm ennen perkausta keskimääräisissä sadantaolosuhteissa (sadanta <80 mm/kk) kunnostusojitus ei merkittävästi parantanut puuston kasvua Jos vedenpinta korkeammalla kuin 25-30 cm metsikön kasvu lisääntyi merkittävästi The relative effect of DM-operations on tree grwoth (%) 100 80 60 40 20 y=5.2314+103.5916/(1+e (-(x-25.1573)/4.6817) ) r 2 =0.651 0-60 -50-40 -30-20 -10 0 Vedenpinnan syvyys WTD, ennen cm k-ojitusta, cm
Mikä merkitys puustolla on kuivatustilaan ja toisinpäin? Puuston ja pintakasvillisuuden haihdunta hallitsee vesitasetta kasvukaudella (latvuspidäntä, transpiraatio) (tutkitulla 5 v. seurantajaksolla vesitasekokeilla). Haihdunnan osuus kasvukauden sadannasta 57-107% siirryttäessä Pohjois-Suomesta etelään Haihdunta vaikuttaa suoraan valunnan määrään ja maan vesivarastoon ja siten vedenpinta alenee. Riippuu turpeen tiheydestä, vaikutus on sitä suurempi mitä maatuneempi turve.
Sadanta 250-300 mm Suometsän vesitase Kesä-syyskuussa (yhteensä) Haihdunta 150-300 mm Valunta 15-120 mm Vesivarasto pienenee 0-60 mm
Puuston vaikutus turvemaan vedenpinnan tasoon suurin loppukesällä - Haihdunta tehokkainta - Loppukesän kosteusolosuhteet myös kriittisiä kasvun kannalta kevään ja syksyn märkyydellä ei juuri merkitystä Vedenpinnan syvyyden taso suorassa suhteessa puuston määrään puuston tilavuuden ylittäessä 100 m 3 /ha vaikutus vähenee Nyrkkisääntö: 10 m3/ha lisäys tilavuudessa laskee vedenpintaa n. 1-1,5 cm Pohjois-Suomen ojitusalueilla keskimääräinen vedenpinta on n. 10 cm korkeammalla kuin samanlaisessa puustossa Etelä-Suomessa pienemmästä haihdunnasta johtuen
Etelä-Suomi Pohjois-Suomi 0 0-10 -10 Vedenpinnan syvyys, cm -20-30 -40-50 -60-70 -80-90 -100-20 -30-40 -50-60 -70-80 -90-100 Sadanta 40 mm/kk, ojasyv. 25 cm Sadanta 40 mm/kk, ojasyv. 50 cm Sadanta 120 mm/kk, ojasyv. 25 cm Sadanta 120 mm/kk, ojasyv. 50 cm -110 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650-110 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 Puuston tilavuus m 3 ha -1 Puuston tilavuus m 3 ha -1 Kuva 5: Aineistosta mallinnettu puuston määrän vaikutus loppukesän vedenpintaan erittäin märän (keskimääräinen kuukausisadanta 120 mm) ja kuivan kesän tilanteessa (kuukausisadanta 40 mm) eri ojasyvyyksillä (ojasyvyys 25 ja 50 cm).
Vedenpinnan syvyyden vaihtelu samankokoisten puustojen välillä suurta Sadantaolosuhteet vaikuttavat merkittävästi vedenpinnan tasoon Hyvin sateisena kesänä (>100 mm/kk) vedenpinta on yleensä korkealla puuston määrästä ja ojaston kunnosta riippumatta. Puuston määrä ja sadanta ojien kuntoa tärkeämpiä tekijöitä Puuston haihdunnan vaikutus ulottuu turpeessa sitä syvemmälle mitä maatuneempaa turve on Vaikutus enimmillään 80 cm syvyyteen (keskimäärin 50-60cm)
0-20 Vedenpinnan syvyys cm -40-60 -80-100 25 m3 ha-1 50 m3 ha-1 100 m3 ha-1 150 m3 ha-1 200 m3 ha-1 >250 m3 ha-1-120 0 20 40 60 80 100 120 Kesän keskisadanta/kk (Kesäkuu-Elokuu), mm Kuva 6. Vedenpinnan syvyys (cm) suhteessa kesän kuukausittaiseen keskisadantaan (mm/kk) puuston tilavuusluokittain.
Haihdunta oja oja maanpinta Haihdunnan vaikutus vedenpinta - Tyypillisesti vedenpinta korkeammalla keskellä sarkaa kuin ojissa puuston määrä, sarkaleveys ja turpeen vedenjohtavuus määräävät - Puuston haihdunta pienentää vedenpinnan tason eroja saralla vedenpinta voi laskea alemmaksi kuin ojissa
Milloin kunnostusojituksia ei siis tarvita? Elinvoimaisen puuston keskitilavuuden ollessa E-Suomessa >120m 3 /ha ja P-Suomessa >150 m 3 /ha riittäisi ylläpitämään kuivatustilan hyvänä, vaikka ojien kuivatusteho olisi huono. Mahdollisten hakkuiden vaikutus keskitilavuuteen otettava huomioon (harvennushakkuut, uudistaminen) Kunnostusojitustarve vähenisi 3-31% metsäkeskusalueittain (n. 15000 ha v -1 )
Kunnostustarpeen pieneneminen, ha /10 v. 30000 Kunnostusojitustarpeen pieneneminen VMI -arviosta seuraavalla 10-vuotiskaudella otettuna huomioon puuston määrä ja Kemera-kelvottomuus 58800 25000 Ei kunnostustarvetta (riittävä puusto) 20000 15000 Kunnostuskelvottomat 10000 5000 0
Kunnostusojitusta ei tarvittaisi kun ennen toimenpidettä: Vedenpinta keskimääräisiä loppukesän sadeolosuhteissa pysyy syvemmällä kuin 35-40 cm. Vedenpinta keskimääräistä sateisempana kesänä pysyy syvemmällä kuin 35-40 cm. Vedenpinta poikkeuksellisen kuivana kesänä (sademäärä 50-60% norm. sadannasta) pysyy syvemmällä kuin n. 65-70 cm. Vaatii vedenpinnan tason seurantaa Ei näyttöä sille, että syvien ojien (>1m) kaivaminen parantaisi kuivatusta puuston kasvun kannalta.
Haasteita soveltamiselle: Suo-aluetason toteutus (puuston määrän vaihtelu kuvioiden välillä, maanomistusolot, kuivatustekniset rajoitteet) Tutkimushankejuuri käynnistynyt Metlassa Puuston tilavuus ei suoraan kuvaa elinvoimaisuutta (esim. ravinnepuutosalueet, sienituhot) Sadannan muutokset tulevaisuudessa??
Umpeutunut oja ojitusalueella Keski-Suomessa. Selkeää kuivatustarvetta ei silti tällä hetkellä ole vaan puuston kasvu on pysynyt hyvänä. Puuston keskitilavuus on n. 120 m 3 /ha (Kuvat: Hannu Hökkä).
Esimerkki tarpeettomasta Kunnostusojituksesta. Etelä-Suomi, Mustikkaturvekangas, tilavuus n. 180 m 3 /ha
Artikkeleita aiheesta Ahti, E., Kaunisto, S., Moilanen, M. & Murtovaara, I. (toim.). Suosta metsäksi. Suometsien ekologisesti ja taloudellisesti kestävä käyttö. Tutkimusohjelman loppuraportti. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja - The Finnish Forest Research Institute, Research Papers 947: 121-133. Ahtikoski, A., Kojola, S., Hökkä, H. and Penttilä, T. 2008. Ditch network maintenance in peatland forest as a private investment: short- and long-term effects on financial performance at stand level. Mires and Peat (http://www.mires-and-peat.net/) (only on-line) 3(3): 1-11. Finér, L., Mattsson, T., Joensuu, S., Koivusalo, H., Laurén, A., Makkonen, T., Nieminen, M., Tattari, S., Ahti, E., Kortelainen, P., Koskiaho, J., Leinonen, A., Nevalainen, R., Piirainen, S., Saarelainen, J., Sarkkola S. & Vuollekoski, M. 2010. Metsäisten valumaalueiden vesistökuormituksen laskenta. Suomen ympäristö 10/2010. 33 s. ISBN 978-952-11-3756-3 ISBN 978-952-11-3755-6 Haahti, K., Koivusalo, H., Hökkä, H., Nieminen, M. & Sarkkola, S.: Vedenpinnan syvyyden spatiaaliseen vaihteluun vaikuttavat tekijät ojitetussa suometsikössä Pohjois-Suomessa. (Summary: Factors affecting the spatial variability of water table depth within a drained peatland forest stand in northern Finland). Suo 63(3-4): 107-121. Heikurainen, L. 1963. On using ground water table fluctuations for measuring evapotranspiration. Acta For. Fenn. 76(5): 1-16. Koivusalo, H., Ahti, E., Laurén, A., Kokkonen, T., Karvonen, T., Nevalainen, R. and Finér, L. 2008. Impacts of ditch cleaning on hydrological processes in a drained peatland forest. Hydrol. Earth Syst. Sci. 12: 1211-1227. Kojola, S., Hökkä, H., Laiho, R. & Penttilä, T. (2008). Harvennusten ja kunnostusojitusten vaikutus puuston kasvuun ja tuotokseen ojitetuilla rämeillä - simulointitutkimus [The effect of thinning and ditch network maintenance on the growth and yield of forest stand on drained pine peatlands]. Metsätieteen aikakauskirja, 2/2008, 75 95. Sarkkola, S., Hökkä, H., Koivusalo, H., Nieminen, M., Ahti, E., Päivänen, J., et al. (2010). Role of tree stand evapotranspiration in maintaining satisfactory drainage conditions in drained peatlands. Canadian Journal of Forest Research, 40, 1485 1496. Sarkkola, S., Hökkä, H., Ahti, E., Nieminen, M. & Koivusalo, H. 2012a. Depth of water table prior to ditch network maintenance is a key factor for tree growth response. Scandinavian Journal of Forest Research 27(7): 649-658. Sarkkola, S., Hökkä, H., Nieminen, M., Koivusalo, H., Laurén, A., Ahti, E., Launiainen, S., Marttila, H. & Laine, J. (2012b). Can tree stand water use compensate for maintenance of ditch networks in peatlands? Implications from water balance measurements. In: Magnusson, T. (ed.). The 14th International Peat Congress, Peatlands in Balance, Stockholm, Sweden, June 3-8, 2012. International Peat Society, p. 1-7.
Kiitos