Kuusen kasvun ja puutavaran laadun ennustaminen Anu Kantola Työ on aloitettu omana hankkeenaan 1.1.21 Suomen Luonnonvarain Tutkimussäätiön rahoittamana, siirtyi Puro-hankkeen rahoittamaksi 1.1.24 Biomassa-aineiston keruu ja analysointi Risto Ojansuun johtamassa hankkeessa: Metsänkasvatuksen vaihtoehdot ja niiden puuntuotannolliset seuraukset Väitöskirjan ohjaajana Annikki Mäkelä Tutkimuskaavio 1. Kokeellinen osa 2. PipeQual-mallin parametrisointi ja testaus 25 v 3. Sovellukset 67 v 86 v Harvennuskoe Harvennuskoe Mallinnetut puut Koepuut Sahatavaran laatujakauma Kuusen rakenteen analysointi: kasvun jakautuminen latvassa runkoon, oksiin ja neulasiin; regressiomallit 1) Biomassan jakautuminen runkoon, oksiin ja neulasiin; teorian testaus puun rakennesuhteista 2) Mallin testaus (Malli parametrisoitu ja testattu alustavasti: posteriesitys Wienissä Modeling Forest Production 19-22.4.4: "Stand and tree growth of Norway spruce: comparing applications of MOTTI and PipeQual") Nykytila
Tutkimus tällä hetkellä Uusia tutkimustuloksia: Teorian testaus Latvan muodosta Teorian uudelleenmuotoilu: latva jaetaan kahteen osaan alkuoletus (mänty, koivu) mitatut kuuset mallinnettu kuusi Oksan pituuden suhde latvan pituuteen eli latvan muoto ei ole kuusella vakio kuten männyllä tai koivulla. Tutkimus tällä hetkellä Latvan merkitys: Kasvutila Latvan pituus Biomassan jakautuminen puussa Kasvun jakautuminen runkoon, oksiin ja neulasiin voidaan mallintaa, kun tunnetaan puun pituuskasvu, latvusrajan nousu ja neulasten jakautuminen latvan vaipalle.
Tutkimus tällä hetkellä Massatunnusten ennustaminen latvan pituuden avulla -menetelmäkuvaus- Työvaiheet 1. Ennustettavat massatunnukset lasketaan 2. Puun rakenteen säännönmukaisuudet etsitään 3. Mallit laaditaan
Massatunnukset Ennustettavat massatunnukset lasketaan Regressiomallilla massa latvan jokaiselle oksalle erikseen: Neulasmassa oksan läpimitta ja sijainti latvassa Oksamassa oksan läpimitta ja sijainti latvassa 7 runkokiekon avulla runkomassa tyvestä latvan kärkeen: Runkomassa runkotilavuus runkokäyrältä ja puuaineen tiheys runkokiekoista yleistetään koko rungolle Säännönmukaisuudet puun rakenteessa Rakenteen säännönmukaisuudet etsitään allometriset riippuvuudet puun rakenteessa piippusuhteet muotovakiot (oksan muotoluku, rungon muotoluku) Rakenteen säännönmukaisuutta käytetään hyväksi massatunnuksia ennustettaessa. Säännönmukaisuudet ovat puun iästä ja kasvutilasta riippumattomia eli ne säilyvät samana metsiköstä toiseen. Leonardo da Vinci piippusuhteet
Neulasmassa Selittävät muuttujat Neulasmassa: Oksamassa: oksapuuntiheys piippusuhde latvan muoto oksan muotoluku Runkomassa: rungon pituus latvan alla puuaineen tiheys rungon muotoluku latvan sisällä latvan alla Neulasmassa Neulasmassan ennustaminen Neulasmassa (kg) 5 45 4 35 3 25 2 15 1 5 y =.1452x 1.8179 R 2 =.945 1 2 3 Latvan pituus (m) Neulasmassa ennustetaan suoraan latvan pituuden avulla. Neulasmassan riippuvuus latvan pituudesta noudattaa yleistä allometrista yhtälöä y = ax b Yhtälön jäännöshajonta ei korreloi kasvutilan kanssa.
Oksamassa Selittävät muuttujat Neulasmassa: Oksamassa: oksapuuntiheys piippusuhde latvan muoto oksan muotoluku Runkomassa: rungon pituus latvan alla puuaineen tiheys rungon muotoluku latvan sisällä latvan alla Oksamassa (säännönmukaisuudet) Oksamassan ennustaminen Piippusuhteet Oksien yhteenlaskettu pohjapinta-ala Rungon pohjapinta-ala latvusrajalla KUUSI: Oksien suhde runkoon = 1.5 Oksien ppa. / rungon pohjapinta-ala 3.5 3 2.5 2 1.5 metsikön ikä: 25 v 67 v 86v 1.5 7 8 9 1 11 12 13 Kasvutila piippusuhteet Leonardo da Vinci
Latvan muoto: Keskimääräinen oksapituus / latvan pituus Oksamassa (säännönmukaisuudet) Latvan muotoa käytettään oksamassan ennusteissa. Oksan pituus (m) 3.5 Oksan pituus (m) 3. 3.5 2.5 3. 2. 2.5 Mänty ja koivu Kuusi 1.5 2. 1. 1.5.5 1...5 5 1 15 2 25 Latvan pituus (m). 5 1 15 2 25 Latvan pituus (m) Oksamassa (säännönmukaisuudet) Latvan erityispiirteitä kuusella; kaksiosainen latva Aktiivinen latva (5 metriä): neulas- ja oksatiheys vakaa oksapituus vakaa neulasmassan ja oksa-alan suhde säännönmukainen kumuloituvan oksapohjapinta-alan suhde rungon pohjapinta-alaan lineaarinen Passivoituva latva (n metriä): oksia kuolee sydänpuuta muodostuu Kasvutila säätelee: karsiutumista oksapituutta neulastiheyttä
Oksamassa (säännönmukaisuudet) Latvan muoto kuusella: Keskimääräinen oksapituus / latvan pituus Latvan muoto (aktiivinen latva).3 Oksapituus passivoituvassa latvassa (m) 3. Männylle ja koivulle aiemmin tehty oletus oksapituuden ja latvapituuden vakiosuhteesta toteutuu kuusella latvan yläosassa..2 2.5 2..1 1.5 Latvan yläosassa oksapituuden ja latvapituuden suhde on vakio:.24 Latvan alaosassa oksapituus on likimain vakio n. 2.3 m riippumatta latvan alaosan pituudesta. 1...5 7 9 11 13 Kasvutila. 5 1 15 2 Passivoituva latva (m) Muotoluku eli kapeneminen: Oksan massa = Oksan ppa. * pituus * puuaineen tiheys* oksan muotoluku Oksamassa (säännönmukaisuudet) Oksamassa (kg) 16 14 12 y =.8338x R 2 =.9555 muotoluku Oksan muotoluku latvan ylä- ja alaosassa on vakio; riippumaton puun iästä ja kasvutiheydestä. 1 8 6 4 2 5 1 15 2 Oksan ala*pituus*tiheys Oksan muotoluku latvan yläosassa. Oksamassa: oksapuuntiheys piippusuhde latvan muoto oksan muotoluku
Runkomassa Selittävät muuttujat Neulasmassa: Oksamassa: oksapuuntiheys piippusuhde latvan muoto oksan muotoluku Runkomassa: rungon pituus latvan alla puuaineen tiheys rungon muotoluku latvan sisällä latvan alla Runkomassa Runkomassa ja muotoluku: Runkomassa latvan sisällä = Latvan pituus * Rungon ppa. latvusrajalla * puuaineen tiheys * muotoluku latvan alla = Rungon pituus * Rungon ppa. latvusrajalla * puuaineen tiheys *muotoluku Rungon muotoluku latvan sisällä.7.6.5.4.3 Rungon muotoluku latvan sisällä ja alla on vakio..2.1. 7 8 9 1 11 12 13 Kasvutila
Tulosten testausta Mitattu ja ennustettu puun biomassa elävän latvan sisällä Massa % 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 mitattu ennustettu Runkomassa Oksamassa Neulasmassa 7 8 9 1 11 12 Kasvutila Biomassan jakautuminen runkoon, oksiin ja neulasiin, kun puun kasvutila muuttuu. Tulosten testausta Mitattu ja ennustettu maanpäällinen puun biomassa Massa % 1 9 8 7 6 5 4 Runkomassa Oksamassa Neulasmassa 3 2 1 7 8 9 1 11 12 Kasvutila Biomassan jakautuminen runkoon, oksiin ja neulasiin, kun puun kasvutila muuttuu.
Tulosten testausta Kokonaisbiomassa (mitattu ja ennustettu) eri-ikäisissä metsiköissä Biomass (kg) 8 7 6 5 Biomass (kg) 5 4 3 4 3 2 2 1 mitattu mallinnettu 1 mature middle-aged young young PipeQual -malli Continuous time Annual time step Initial state Structural parameters Distribution of growth by whorls TREE WHORL BRANCH 5 biomasses height crown base DBH Branch number and size by whorls PipeQual -mallin rakenne
Julkaisusuunnitelma 1. Kokeellinen osa 2. PipeQual-mallin parametrisointi ja testaus 3. Sovellukset 25 v 67 v 86 v Harvennuskoe Harvennuskoe I Artikkeli: Kantola A. Mäkelä A. 24. Crown development in Norway Spruce (Picea abies [L.] Karst.). Trees 18:48-421 Mallinnetut puut Koepuut II Artikkeli (teoriatestaus): -"Biomass allocation in Norway spruce (Picea abies [L.] Karst.) of different competitive status" Käsikirjoitus. -Posteriesitys Edinburghissa (Forest Wood Chain): "Biomass distribution and tree structure in Norway spruce" III Artikkeli (mallin testaus): -runkomuoto -oksien koko ja määrä latvassa Artikkeli IV: Sahatavaran laatujakauma mitatuissa ja mallinnetuissa metsiköissä Artikkeli V: Perustamistiheyden ja harvennusten vaikutus sahatavaran laatujakaumaan