SUOMEN METSIEN KASVUN LISÄÄNTYMISEN SYYT JA SEURAUKSET TUTKIMUSSUUNNITTELUA JA MAASTOTYÖT 2007-2008 Kasvutrendimetsiköiden mittaukset Lapin vuosilustoindeksin mittaus Lapin 7640-vuotinen lustokalenteri Pulmankijärven lustokalenteri Mekrijärven lustokalenteri Kari Mielikäinen Mauri Timonen Samuli Helama Teksti: MTimonen, paitsi kohta 11 (KMielikäinen) Versio 27-02-2008 1
1. JOHDANTO... 3 11. Suomen metsien kasvusta ja trendeistä... 3 12. Puun kasvumalli... 4 2. TUTKIMUKSEN TAVOITTEET... 4 21. Tieteelliset tavoitteet:... 4 22. Tutkimusaineiston hyödyntäminen... 5 3. TUTKIMUKSEN TOTEUTUS... 5 31. Mitä mitataan?... 5 32. Menetelmät... 6 33. Koemetsiköiden valinta... 7 34. Otoskoon määrittäminen... 8 35. Koepuiden valinta... 7 4. VALITUT KOHTEET... 10 41. Lapin vuosilustoindeksin koealat... 10 42. Kasvutrenditutkimuksen metsiköt... 10 43. Etelä-Suomen metsien kasvutrendit... 11 44. Lapin 7640-vuotisen mäntylustokalenterin täydentäminen... 11 441. Subfossilisen mäntyaineiston keruu Pulmankijärvestä ja lähialueelta... 11 442. Subfossilisen mäntyaineiston keruu Sallasta ja Kompsiojärveltä... 11 443. Subfossilisen mäntyaineiston keruu Mekrijärveltä... 11 45. Ilomantsin Linnalammen subfossiilisen mäntylustokalenterin aineistonkeruu... 12 5. KOEPUIDEN VALINTA JA MITTAUKSET... 12 51 Kairauskoepuiden valinta valituissa metsiköissä... 12 52 Mitattavat tunnukset... 12 521. Koealakohtaiset tunnukset... 12 522. Metsikkötunnukset... 12 523. Puutunnukset... 12 524. Puiden kairaus... 13 5. ALUSTAVA ORGANISOITUMINEN... 13 6. LÄHTEET:... 13 Liite 1. Maastotöiden yleissuunnitelma vuosille 2007 2008... 14 Liite 2. Maastotöiden aikataulutus syksylle 2007... 15 Liite 3. Pohjois-Suomen kasvutrendiaineiston 14 osa-aluetta.... 16 Liite 4. Pulmankijärven tutkimusalue... 17 Liite 5. Pulmankijärven männiköt latvuspeittävyyden ja valtapituuden mukaan.... 18 Liite 6a. Pulmankijärven tutkimusalue, yleisnäkymä.... 19 Liite 6b. Pulmankijärven tutkimusalue.... 20 Liite 6c. Pulmankijärven tutkimusalue kolmiulotteisena näkymänä.... 21 Liite 6d. Subfossiilisten mäntynäytteiden nostoalue Pulmankijärvellä.... 22 2
SUOMEN METSIEN KASVUN LISÄÄNTYMISEN SYYT JA SEURAUKSET 1. JOHDANTO 11. Suomen metsien kasvusta ja trendeistä Suomen metsien vuotuinen kasvu on lisääntynyt valtakunnan metsien inventointien mukaan vajaassa neljässä vuosikymmenessä 55 milj. m:n tasolta yli 90 milj. m3:iin (Korhonen et. al. 2006). Prosentuaalinen lisäys on noin 70 %. Samalla aikavälillä puuston kokonaistilavuus on lisääntynyt1500 milj. m3:stä lähes 2100 milj. m3:iin. Kasvun lisääntymiselle on olemassa metsien käyttöön, hoitoon ja metsämaan kunnostukseen liittyviä syitä. Soiden ojitus, vajaatuottoisten metsien uudistaminen ja lannoitus ovat muuttaneet puuston ikä- ja tiheysrakennetta tavalla, joka näkyy kasvun lisääntymisenä. Etelä-Suomessa on tällä hetkellä lähes kaksinkertainen määrä alle 40-vuotiaita metsiä verrattuna tilanteeseen 50 vuotta sitten. Myös vanhojen, yli 100-vuotiaiden metsien määrä on lisääntynyt reilusti. Eri tekijöiden vaikutuksesta on tehty karkeita erillisarvioita, mutta kokonaisanalyysi asiasta on puuttunut. Ympäristön muutosten vaikutus metsien kasvuun nousi ensi kertaa esille 1980-luvulla, jolloin ilman epäpuhtauksien arveltiin vaurioittavan metsiä laaja-alaisesti koko Euroopassa. Pahimpina neulasia vaurioittavin ja maata happamoittavina aineina pidettiin rikki- ja raskasmetallilaskeumia ja typpeä. Rikki oli peräisin rusko- ja kivihiilestä sekä öljystä, raskasmetallit metalliteollisuudesta ja typpi autoliikenteestä ja maataloudesta. Metsien terveydentilan tutkimusohjelman (Mälkönen 1998) ja Itä-Lapin metsävaurioprojektin (Tikkanen 1995) mukaan Suomen metsien terveydentila osoittautui vakaaksi. Saasteiden negatiivinen vaikutus puuston kuntoon ja kasvuun oli havaittavissa muutaman kilometrin (Harjavalta, Kiikkilä 2003) tai suurimmillaan muutaman kymmenen kilometrin etäisyydellä päästölähteistä (Montsegorsk, Nöjd 1996). Ilmakehän epäpuhtauksien vaikutusta metsien kasvuun tutkittiin Metlan ja Freiburgin yliopistojen aloitteesta Euroopan metsäinstituutin (EFI ) tuella toteutetussa tutkimushankkeessa "Growth Trends in European Forests" (Spiecker, Mielikäinen, Köhl & Skovsgaard 1996). Kahdessatoista maassa 45 tutkijan voimin tehty tutkimus osoitti selvän eron Keski- ja Pohjois-Euroopan metsien kasvutrendeissä. Etelässä metsänhoidolta rauhassa kasvaneiden puiden ja metsiköiden kasvu oli lisääntynyt "selittämättömästi" koko 1900-luvun ajan. Pohjoismaissa ja Venäjän Karjalassa kasvu ei ollut muuttunut selvästi mihinkään suuntaan. Suomen metsien kokonaiskasvun siihenastisen lisääntymisen syyt ovat olleet metsien käsittely ja metsien rakenteen muutokset. Kasvun lisääntymisen tärkeimmät syyt ovat soiden ojitus, metsien ikärakenne ja lisääntynyt puustopääoma. Ympäristön muutosten (typpilaskeumat, hiilidioksidi, ilmasto) mahdollista vaikutusta puiden kasvuun ei ole toistaiseksi pystytty selvittämään. Metsien kokonaiskasvun lisääntymisen jakaminen ilmaston luontaisen vaihtelun ja ihmisen toimenpiteiden aiheuttamiin osiin on tärkeää tehtäessä päätöksiä 1) metsänhoidon menetelmien kustannustehokkuudesta (ojien kunnossapito, uudistaminen, taimikoiden hoito, harvennukset, lannoitus jne.) ja 2) metsien kestävistä hakkuumahdollisuuksista muuttuvissa olosuhteissa. Metsänkäsittelyn vaikutuksista puhdistetut kasvutrendit (tai niiden puuttuminen) voivat olla seurausta joko ympäristön pitkän ajan trendinomaisesta muuttumisesta tai ilmaston 3
pitkäaikaisesta, vuosikymmenien kestävästä syklisestä vaihtelusta. Ilmasto ja trendit vaihtelevat myös alueittain. Tämän vuoksi kasvun vaihteluita on tarkasteltava riittävän pitkin aikajäntein ja riittävän laajalla maantieteellisellä alueella. Ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden lisääntyminen ja sen perusteella ennustettu ilmaston muutos on koko maapalloa koskettava ilmiö. Muutosten puustovaikutusten havaitseminen edellyttää monitieteistä lähestymistä ja. Ilmaston muutosten vaikutus puuston kasvuun vaatii oman vaikutusten tutkiminen uksessa dendrokronologian (dendroklimatologia, dendroekologia) menetelmien käyttöä pitkien havaintosarjojen analysoinnissa. Muutosten globaalisuutta häiritsevien ilmakehän liikkeiden nykyistä syvällisempi ymmärtäminen puolestaan pakottaa koko pohjoisen pallonpuoliskon tutkijoiden verkottumiseen sekä voimien ja tutkimusaineistojen yhteiskäyttöön. 12. Puun kasvumalli Puiden kasvun vaihtelu aiheutuu ympäristötekijöiden, metsikön sisäisten ja puukohtaisten tekijöiden vuorovaikutuksesta. Niiden jäsentämiseksi tarkastellaan kasvun jakautumista osatekijöihin käsitteellisen mallin avulla (Cook 1992): R t = A t + C t + δd1 t + δd2 t + Ε t, [1] jossa: R t = havaittu kasvu A t = puun biologisesta iästä aiheutuva trendi vuosiluston leveydessä C t = ilmastosta aiheutuva kasvuvaikutus D1 t = metsikön sisäisistä (endogeenisistä) tekijöistä aiheutuva kasvuvaikutus D2 t = ulkoisista (eksogeenisistä) tekijöistä aiheutuva kasvuvaikutus ja Ε t = selittämätön kasvuvaikutus t = aika (vuosi) Ilmastoa kuvaavat tärkeimmät tekijät (C t ) ovat Suomessa lämpötila ja sademäärä. Metsikön sisäisiä tekijöitä (D1 t ) ovat mm. metsikkörakenne ja puuston tiheys, puiden välinen kilpailu, kukkiminen ja siementuotanto. Ulkoisia tekijöitä (D2 t ) ovat mm. hakkuut, metsäpalot, hyönteistuhot, taudit, saasteet, tuulet, tulvat ja myrskyt. D1 t :n ja D2 t :n yhteydessä esiintyvä parametri δ voi saada arvon 0 tai 1 sen mukaan, vaikuttaako tekijä vuonna t mallissa vai ei. Selittämätöntä kasvun vaihtelua (Ε t ) aiheuttavat mm. kasvupaikan maaperäominaisuuksien vaihtelu, rinteen kaltevuussuunta ja mittausvirheet. Kaikkien kasvuun vaikuttavien tekijöiden (A t... Ε t ) mallintaminen yhtaikaisesti on vaikeaa. Syynä ovat erityisesti Cookin mallissa erittelemättömät yhdysvaikutukset (A tc t, δa t D1 t, δa t D2 t, A t E t, δc t D1 t, jne.), jotka saattavat johtaa mallitusteknisesti hallitsemattomiin tilanteisiin. Siksi on tavanomaista, että jo aineiston keruuta suunniteltaessa pohditaan keinoja tutkittavan signaalin esiin saamiseksi ja taustakohinan vaimentamiseksi. Kasvuindeksit lasketaan ilmastosignaalista (C t ). Se erotetaan muista tekijöistä (A t, D1 ja D2 t ) sekä otanta- että mallitusteknisin keinoin. 2. TUTKIMUKSEN TAVOITTEET 21. Tieteelliset tavoitteet: 1) Selvitetään, onko Suomen metsien puiden kasvussa havaittavissa metsien käsittelystä riippumattomia, ilmastoon tai muihin ympäristötekijöihin liittyviä muutoksia. Vastausta haetaan vertailemalla kahtena ajankohtana, 1900- ja 2000-luvun alussa, tiheydeltään, 4
puuston rakenteeltaan ja metsänhoidoltaan vastaavanlaisissa olosuhteissa kasvaneiden puiden kalibroituja kasvuja. 2) Analysoidaan kasvun lisäyksen syitä ja seurauksia. Tieto on välttämätöntä ennustettaessa Suomen metsien tulevaa tuotoskykyä ja siihen perustuvia kestäviä hakkuumahdollisuuksia. 3) Selvitetään aiempaa tarkemmin holoseenin aikaisten lämpimien ja kylmien jaksojen keskinäiset suhteet ja niiden vaikutukset männyn kasvuun. Hankittua tietoa sovelletaan nykyisen lämpenemisen ja puustovaikutusten välisen yhteyden tutkimiseen. 4) Analysoidaan Lapin 7640-vuotisen lustokalenterin ja uuden, mahdollisesti vieläkin pidemmän lustokalenterin ilmastosyklit. Selvitetään erityisesti prokseilla yleisemminkin esiintyvän 80-95 vuoden jakson tilastollinen merkitsevyys ja laaditaan, mikäli perusteltavissa, ennuste ilmaston luontaiselle vaihtelulle vuosille 2010-2500 (vrt. vuoteen 2100 ulottuva Tentative Forecast 1 ) 22. Tutkimusaineiston hyödyntäminen Kasvutrenditutkimuksen seitsemästä osa-aineistosta (Liite 1) muodostuvan kokonaisuuden odotetaan palvelevan kotimaisen ja kansainvälisen ilmastonmuutostutkimuksen erilaisia tarpeita: 1) Toimii Metlan ilmastonmuutostutkimuksen tärkeänä osa-aineistona (Mielikäisen vetämä kasvutrenditutkimus (hanke 3436): Suomen metsien kasvun lisääntymisen syyt ja seuraukset ) 2) FT Samuli Helama. Suomen Akatemian tohtoritutkijana vuosina 2008-2010 toimivan Helaman aiheena on Suomen paleoklimatologia: tämänhetkisen ja menneitten ilmastovaihteluiden yhteisanalyysi perustuen ilman, maan ja kallioperän suoriin ja epäsuoriin lämpötilahavaintoihin. Nyt kerättävä aineisto muodostaa jo olemassa olevan Lapin metsänrajamännyn 7640-vuotisen lustokalenterin ohella yhden hänen pääaineistoistaan. 3) FK Sari Sarviaho. Oulun yliopistolle väitöskirjaansa valmisteleva Sarviaho tarvitsee nyt kerättävää lustoaineistoa analyysiensä vertailumateriaaliksi. 4) Muodostaa puulustoihin ja muihin prokseihin perustuvan maailmanlaajuisen ilmastonmuutoksen seurantatutkimuksen suomalaisen osaprojektin pääaineiston. Tässä ns. WorldClimates 2 - projektissa keskitytään metsänraja-alueiden ilmastotrendeihin maapallon kaikilla mantereilla (Antarktis pois lukien). 5) Toimii vuonna 2010 aloitettavaksi suunnitellun Euroopan kasvutrendejä koskevan projektiesityksen esitutkimuksena (Hakemus jätetään FP7-ohjelmaan) 3. TUTKIMUKSEN TOTEUTUS 31. Mitä mitataan? Kasvun vuosien välistä vaihtelua voidaan kuvata joko vuosilustojen leveyksien tai havupuilla latvakasvainten perusteella. Syynä vuosilustojen yleiseen käyttöön on mittauksen helppous ja tarkkuus. Pituuskasvun tarkka mittaus puuta kaatamatta on mahdotonta. Hankaluuksia aiheuttavat myös eri syistä kokonaan puuttuvat latvakasvaimet. Tässä tutkimuksessa kasvuindeksit laaditaan pystypuista kairattujen lastujen perusteella. 1 http://lustiag.pp.fi/holocene_trends1000_inqua.pdf 2 WorldClimates, viite-esimerkki kanadalaisesta transektitutkimuksesta: Luckman, B. 2007. The Americas: Building the Adaptive Capacity to Global Enviromental Change ( http://lustiag.pp.fi/data/theamericasadaptive.pdf ) (5MB). Samaan ryhmään kuuluu myös euraasialaista ilmastonmuutostutkimusta koskeva suunnitelmaluonnoksemme EuraClimates : http://lustiag.pp.fi/euraclimatesprojectsetup.pdf (5 MB) 5
Kasvun ilmastollisen vaihtelun selvittäminen edellyttää, että muut puun kasvuun vaikuttavat tekijät tunnetaan ainakin jossakin määrin tai ne on vakioitu. Puiden vuosilustojen leveydessä näkyy vuosittaisen vaihtelun ohella vuosikymmenien mittaisia kasvutrendejä ja jaksoittaista vaihtelua. Näitä sään ja puiden kilpailuaseman muutoksista aiheutuvia trendejä on vaikea tulkita ilman tietoa metsikköhistoriasta. Puiden välisen kilpailun vaikutusten eliminoimiseksi vuosilustotutkimukset keskitetään tavallisesti pitkään hakkaamattomina säilyneisiin harvoihin metsiköihin. Kasvutrenditutkimuksen aineiston muodostavat liitteessä 5 esitetyt kuusi osa-aineistoa. Niiden keruussa sovelletaan puuntuotoksen tutkimussuunnan julkaisussa (Vuokila 1986) esitettyjä periaatteita. Niiden lähtökohtana on minimoida tekijöiden D1 t ja D2 t vaikutukset jo kokeita perustettaessa. Tällöin metsiköiden tulee olla luonnontilaisia tai vain lievästi käsiteltyjä. Lisäksi edellytetään, että metsikkö kasvaa harvahkossa asennossa ja että se on terve. Koepuiksi hyväksytään vain suhteellisen väljässä tilassa kasvavat terveet pää- ja lisävaltapuut. Koepuut valitaan vaihtelevan säteisiltä koealoilta siten, että yhdelle osakoealalle tulee keskimäärin 30 koepuuta, joista kairataan 10 koepuuta. 32. Menetelmät Kasvutrendien analysoinnissa käytetään dendrokronologista tutkimusmenetelmää, joka mahdollistaa puiden vuosilustosarjoihin sisältyvien puun ikääntymistä, puuston rakenteen muutoksista sekä metsänkäsittelystä aiheutuvien vaikutusten huomioimisen. Metsänhoidon ulkopuolelle jätetyiltä luonnonsuojelualueilta valittavista vaihtelevan ikäisistä (30 200+ vuotta) puista tutkitaan ns. Age banding ja RCS (Regional Curve Standardization) - menetelmillä eri aikoina kasvaneita saman ikäluokan vuosilustoja. Näiden käsittelyhistorialtaan tunnettujen, eri aikoina perustettujen kestokokeiden puiden kasvumittausten pohjalta laaditaan kasvumallit, joissa puun ikääntymisen ja metsänhoidon kasvuvaikutukset "puhdistetaan" ennustamalla vuosiluston leveyttä mitatuilla puu- ja metsikkötekijöillä. Kalenterivuosittain tehtävä mitatun kasvun ja mallin ennustaman kasvun tarkastelu paljastaa mahdollisen kasvutrendin 3. Ikärajoituksen yhteydessä käytetty merkintä + tarkoittaa sitä, että metsiköillä/puilla ei ole yläikärajaa. Näin siksi, että haluamme, viitaten Harin ja Arovaaran (1988) tutkimuksessa 4 havaitun vanhojen puiden voimakkaaseen kasvureaktioon, tarkistaa, löytyykö samanlaista trendimäistä muutosta näistä puista. Tarvitsemme tutkimustamme varten 30 500 -vuotiaiden puiden kasvuja alueilla, joilla ei ole tehty (vuosikymmeniin) hakkuita eikä muita metsänhoito- tai parannustöitä. Luonnonsuojelualueet tarjoavat tähän tarkoitukseen parhaan aineistopohjan. Luonnonmetsiä koskevan tutkimusaineiston tavoitekoko on noin 15 tasaikäistä koemetsikköä. Jokaiselta alueelta tulee löytyä metsiköitä ikäluokista 30 200+ vuotta. Koealat voidaan sijoittaa usealle alueelle, jolloin aineistoakin voidaan tarkastella myös alueittain. Tarkoituksena on selvittää, onko metsiemme kasvu alkanut muuttua viimeisten 15 vuoden aikana. Siksi on perusteltua mitata kasvut uudelleen samoista paikoista. Olemme keränneet vastaavanlaisen aineiston 1990-luvun alussa Ilomantsin Koivusuolla ja Petkeljärvellä, Lieksan Patvinsuolla, Padasjoen Vesijaolla, Ruoveden Helvetinjärvellä ja Saarijär- 3 Viite: Mielikäinen, K. & Timonen, M. 1996. Growth Trends of Scots pine (Pinus sylvestris, L.) in Unmanaged and Regularly Managed Stands in Southern and Central Finland. Julkaisussa: Spiecker, H., Köhl, M., Mielikäinen, K. & Skovsgaard, J.P. (toim.). Growth Trends in European Forests. European Forest Institute Research Report No. 5, European Forest Institute. 19 s. 4 Hari, P. & H. Arovaara (1988). Detecting CO2 Induced enhancement in the radial increment of trees. Evidence from northern timber line. Scandinavian Journal of Forest Research 3, 67-74. 6
ven Pyhä-Häkissä. Mitattuja koealoja oli yhteensä 15 kpl, joilta kultakin kairattiin kasvu kymmenestä puusta. Puita ei kaadettu eikä ympäristöä vahingoitettu. Pohjois-Suomen tutkimusaineisto on uusi ja se kerätään Etelä-Suomen aineistoa laajempana ja monipuolisempana. Tavoitteena on kerätä kairausnäytteitä kuudelta alueelta, jossa kasvaa harvahkoa eri-ikäistä männikköä. Mikäli eri-ikäistä metsää ei löydy, soveltuvat myös lähekkäin kasvavat tasaikäiset, samanlaisilla kasvupaikoilla kasvavat metsiköt tarkoitukseemme. Tärkeimmät kriteerimme ovat kasvupaikan samanlaisuus ja ikävaihtelu, jonka tulee kattaa kullakin alueella ikäväli 1 200(+) vuotta. Puuston harvuudella pyritään poistamaan puuston tiheyden aiheuttama kilpailuvaikutus. 33. Koemetsiköiden valinta Valittavien metsiköiden tulee olla ensimmäisen sadan vuoden ajalta hakkaamattomia. Mikäli vanhimmissa metsiköissä on yli 50 vuoden iällä tehtyjen hakkuiden (kannot) tai palon merkkejä, niiden ajankohta selvitetään ja merkitään mittauslomakkeeseen. Koemetsiköiden valinta tehdään yhteistyössä Metsähallituksen luonnonsuojelualueista vastaavien henkilöiden kanssa. Tavoitteena on löytää 30-500 vuoden ikäisiä terveitä luonnontilaisia männiköitä, jotka lisäksi eivät ole palaneet. Ennen koemetsikön hyväksymistä mitattavaksi alueen aiempi historia käydään läpi paikallisen ammattilaisen kanssa ja viime kädessä maastossa. Maastossa tarkastellaan puiden mahdollisia palokoroja tai maasta löytyvää hiiltä. Myös kantojen esiintyminen selvitetään. Mikäli metsäpalon jälkiä löytyy vain joistakin puista, voidaan koeala sijoittaa metsikön palamattomaan kohtaan. Palon ajankohta selvitetään ottamalla palaneesta puusta kairanlastu palaneesta kohdasta. Koealaa ei koskaan sijoiteta paikkaan, jossa on ihmisen kaatamien puiden kantoja. Tuulen kaatamien puiden kaatumisajankohta pyritään, mikäli mahdollista selvittämään kairaamalla. Mikäli mahdollista, koealaa ei sijoiteta paikkaan, jossa on kaatuneita puita. Ympyräkoealat sijoitetaan metsikössä edustaviin kohtiin. Tämä tarkoittaa kasvupaikaltaan ja puustoltaan mahdollisimman tasaista aluetta metsikössä. Puuston on oltava elinvoimaista (ei harsuuntunutta) ja latvusten tulee olla "normaalia" kasvua ajatellen riittävän pitkiä (vähintään 35-40 % puun pituudesta). Ympyräkoealoja tulee olla vähintään kaksi, mieluiten kolme metsikköä kohden. 34. Koepuiden valinta Koepuut valitaan ns. kasvunvaihtelukoepuukriteerien mukaan. Tällöin niiden valintakriteerit on asetettu siten, että mahdollisimman moni kasvun normaaliin rytmiin vaikuttava tekijä tulee eliminoiduksi jo aineiston keruuvaiheessa. Ainakin seuraaviin tekijöihin olisi kiinnitettävä huomiota: Metsikkö on mahdollisimman luonnontilainen. Luonnontilaiseksi määritellään metsikkö, jossa ei ole suoritettu hakkuita, lannoituksia ym. ihmisen toimenpiteitä vähintään 30 vuoteen; Metsikkö kasvaa suhteellisen harvana, jolloin puiden välisen kilpailun vaikutus kasvuun on mahdollisimman vähäinen. Vain suhteellisen väljässä tilassa kasvavat pää- ja lisävaltapuut hyväksytään koepuiksi. Metsikön on oltava terve. Hyönteis-, sieni-, myrsky ym. tuhot aiheuttavat sekä terveille että sairaille puille kysymyksenasettelun kannalta ei-toivoton kasvureaktion. Tällaisen vaikutuksen poistaminen aineistosta luotettavasti jälkikäteen on jokseenkin vaikeaa, täten vaikeuttaen ilmastosta aiheutuvan signaalin tunnistamista. Koepuun on oltava terve ja elinvoiva; 7
341. Otoskoon määrittäminen Kappaleen teksti mukailtu Pentti Roiko-Jokelan (1979) laatiman Kasvuindeksipalvelun alustava suunnitelmasta 5 Otoskoko lasketaan tutkittavan ilmiön variaatiokertoimen (C v ) mukaan (keskihajonnan suhde keskiarvoon prosentteina ilmaistuna). Kasvun vaihtelulla tässä yhteydessä tarkoitetaan vuosittaista, alueittaista (eteläpohjoinen) ja metsikön sisäistä vaihtelua variaatiokertoimena ilmaistuna. Lähteinä on käytetty ensisijaisesti Timosen (1977) kasvuindeksitutkimuksen tuloksiin ja Etelä- Suomen osalta Koiviston (1970) ja Mielikäisen (1978) kasvun vaihtelua kuvaavien tunnusten käyttöön. Variaatiokerrointa voidaan pienentää ja siis mittaustarkkuutta lisätä valitsemalla otokseen ainoastaan sellaisia koepuita, joista muista tekijöistä kuin ilmastosta aiheutuva vaihtelu on karsittu ennakkotiedon perusteella minimiinsä. Näitä ennakkotiedon perusteella määriteltyjä ns. kasvunvaihtelun koepuukriteerejä sovelletaankin yleisesti kasvun ilmastollista vaihtelua tutkittaessa. Nojautumalla olemassa olevaan käsitykseen variaatiokertoimen muutoksesta pohjoiseen päin on luonnosteltu kuvan 1 mukainen riippuvuus. Vuosilustoindeksin estimaatti, joka poikkeaa korkeintaan ± 5 % todellisesta, vaatii vähintään 256 koepuun otosta. Tässä tutkimuksessa kerättävän 14 metsikön eli 1640 puun indeksikeskiarvon osalta päästään hiukan alle ± 2 %:n tarkkuuteen. Koepuumäärän kiintiöinnissä on vähäisten tietojen vuoksi lähdetty siitä oletuksesta, ettei metsikkökohtaisella esim. ikäluokittaisella stratifioinnilla päästä tehokkaampaan ratkaisuun. Toisin sanoen ilmaston vaihtelun vaikutus kasvumuutoksiin on suhteellisesti sama kaikissa ikä- ja kehitysvaiheissa sekä eri puuluokissa metsikön sisällä. Näin ei asia todellisuudessa ole, mutta tiedon puutteessa on tällaisesta vaihtoehdosta luovuttu. Ilmastoanalyyseissä, joissa tutkitaan puun kasvun (vuosilustoindeksi) ja meteorologisten mittausten (esimerkiksi kuukausikeskilämpötila) välisiä yhteyksiä, joudutaan mittausten luotettavuudelle (reliabiliteetin eli mittauksen tarkkuuden ja validiteetin eli mittauksen osuvuuden) asettamaan melko tiukat kriteerit. Lämpötilamittausten osalta se ei ole ongelma, jos pysytään samalla ilmastovyöhykkeellä. Sama ei kuitenkaan päde vuosilustoindeksiin. Tässä tapauksessa riittävänä minimitasona voitaneen pitää 95 %:n luotettavuustasoa eli ± 5 % tarkkuutta. Tämä edellyttää laskennallista 256 koepuun määrää metsikköä kohden. Vaatimus on käytettävissä oleviin resursseihin nähden kuitenkin liian suuri. Tässä tapauksessa otoskoko joudutaan käytännön syistä pienentämään 120:een, jolloin päästään 7.3 %:n tarkkuuteen (kuva 1). 5 http://lustiag.pp.fi/data/prj79_vkip_alustava_suunnitelma.pdf 8
9
4. VALITUT KOHTEET 41. Lapin vuosilustoindeksin koealat - 16 metsikköä, 400 kairauskoepuuta 42. Kasvutrenditutkimuksen metsiköt Mäntyä sisältävä tutkimusaineisto muodostuu 14 pohjoissuomalaisesta metsiköstä kerättävästä vuosilustoaineistosta (Liite 1). Tutkimuskohteiden sijainti on seuraava (Liite 3) : 1. Kolari-Ylläs 2. Ketomella 3. Muotkatunturi 4. Pulmankijärvi viljellyt männiköt 5. Pulmankijärvi luonnontilaiset männiköt 6. Suojanperä 7. Kessi 8. UKK-puisto 9. Laanila 10. Sodankylä 11. Rovaniemi 12. Iso-Syöte 13. Oulanka 14. Paljakka 14 metsikköä, 1640 kairauskoepuuta Pulmankijärven rantavyöhykkeen luonnontilaiset männyt. Joidenkin havaintojen mukaan Pulmankijärven rannoilta löytyisi myös luontaista alkuperää olevia mäntyjä. Jos pitää paikkansa, niistä kairataan 50 näytettä subfossiilisen lustoaineiston ilmastokalibrointia varten. Pulmankijärven eteläpuoliset männiköt. Kari Mikkolan Metsähallituksen kuviotiedoista tulostamista viljelymänniköiden peittävyys- ja valtapituuskartoista (Liite 5), nähdään, että Pulmankijärvellä, varsinkin sen eteläpuolella, kasvaa laajahkolla alueella mäntymetsää 6. Valtapituus näyttää joissakin metsiköissä nousseen jopa 10 metriin. Koska Pulmankijärven männyt muodostavat keskeisen osan suunnitellussa kasvutrenditutkimusta, kairataan puista kasvutrenditutkimuksen 120 näytteen perusaineisto (ks, kohta 51). 43. Lakialueiden puuston kasvu Ohessa kuvia Kukaksen lustoaineistosta. Punainen viiva kertoo lakipuiden kasvuista, jotka ovat alkaneet nousta merkillisesti 1970-luvulla. Tällainen reaktio on IPCC:n esittämän teorian mukaan ilmaston lämpenemisen ensimmäinen vaihe (lakialueilla puuston kasvu kiihtyy). Mutta on tässä kyse siitä vaiko vain otoksen pienuudesta aiheutuvasta harhaisuudesta. Veikkaisin enemmän jälkimmäistä kuin todellista reaktiota. Lasketaanpa hiukan. 6 Mikolan ja Nuorten jutut metsänrajaviljelyistä vuosilta 1947 ja 1959: http://lustiag.pp.fi/ CC-Art/ FinnishRes//Mikola-Nuorteva_mv.pdf 10
Lakialueen "punaisten" puiden lukumäärä 6 tarjoaa Pentti Roiko-Jokelan esittämällä tavalla laskettuna 95 %:n luotettavuustasolla indeksiestimaatille tarkkuuden +- 33 %. Vuoden 2000 kasvun estimaatti 1.6 mm virherajojen puitteissa esitettynä on täten välillä 1.1-2.1 mm. Joten tilastollisesti merkitsevää eroa ei synny punaisten ja muun väristen kasvujen välille. Pitäisi kerätä useilta tuntureilta (3-5) luokkaa n=60 suuruisia osa-aineistoja eli 180/alue, jotta voitaisiin tehdä kelvollisia päätelmiä. Jos nuo käyrät edelleenkin näyttäisivät kaikilla tuntureilla samaa kuin Kukaksen pilottiaineistossa, sitten olisi johtopäätösten aika. Ehkäpä lisäämme tämän mielenkiintoisen trendidatan ensi kesän työlistaan Metsänmiesten säätiön rahalla tapahtuvaan trenditutkimukseemme. Kairauksethan vaativat vain noin viikon työpanoksen eli kustannuksena lähinnä päivärahoja 1-2 kairaajalle. 44. Etelä-Suomen metsien kasvutrendit Tutkimuskohteet (Liite 1): 1. Ilomantsin Koivusuo 2. Ilomantsin Petkeljärvi 3. Lieksan Patvinsuo 4. Padasjoen Vesijako 5. Ruoveden Helvetinjärvi ja 6. Saarijärven Pyhä-Häkki - 15 metsikköä 7 kohteessa, yhteensä 250 kairauskoepuuta 45. Lapin 7641-vuotisen mäntylustokalenterin täydentäminen Tutkimuskohteet (Liite 1): 1. Pulmankijärvi 2. Sallan srk:n järvi 3. Kompsiojärvi - 3 järveä, 200 näytekiekkoa 451. Subfossilisen mäntyaineiston keruu Pulmankijärvestä ja lähialueelta Pulmankijärven rannoilla lienee kasvanut mäntyä noin 6000 vuoden ajan. Vanhempaa materiaalia ei löytyne, koska tämän matalalla (14 m mpy) sijaitsevan järven veden pinta oli laskenut vasta tuolloin noin jääkauden sulamisvesien 100 metristä (mpy) nykyiselle tasolleen. Vanhempaa lustomateriaalia on etsittävä korkeammalla. Pulmankijärven lähistöllä, muutaman kilometrin säteellä, on useita yli 200 metrin korkeudella olevia pikku järviä. Ne olivat 10 000 vuotta sitten saaria, joilla on saattanut kasvaa mäntyjäkin. Niistä jotkut ovat saattaneet joutua paikallisiin lampiin. Näin ollen Pulmankijärven tienoo tarjoaa edellytykset jopa ennätyspitkän (>8000 v) lustosarjan kokoamiseen. 452. Subfossilisen mäntyaineiston keruu Sallasta ja Kompsiojärveltä 443. Subfossilisen mäntyaineiston keruu Mekrijärveltä 11
46. Ilomantsin Linnalammen subfossiilisen mäntylustokalenterin aineistonkeruu Tutkimuskohteet (Liite 1): 1. Ilomantsin Linnalampi - Tavoitteena 100 näytekiekkoa vuonsina 2007 ja 2008 5. KOEPUIDEN VALINTA JA MITTAUKSET 51 Kairauskoepuiden valinta valituissa metsiköissä Pohjois-Suomen ja Etelä-Suomen kasvutrendimittaukset poikkeavat toisistaan. Etelä- Suomessa toimitaan samoilla mittausohjeilla kuin vastaavassa 1990-luvulla tehdyssä Growth Trends of European Forests - tutkimuksessa. Pohjois-Suomen 14 kasvutrendimetsikössä toimiaan tässä ohjeessa määriteltyjen periaatteiden mukaan. Lähtökohtana on, että jokaisesta kohteesta kerätään 120 kairausnäytettä ikäluokittain seuraavasti eriteltynä: 30 koepuuta alle 50 -vuotiaista puista 30 koepuuta 50-150 -vuotiaista puista 30 koepuuta 150-250 -vuotiaista puista ja 30 koepuuta yli 250 -vuotiaista puista. Aineistoa joudutaan keskittämään erityisesti Pohjois-Lappiin, sillä Pulmankijärven viljeltyjen nykymäntyjen erilainen genetiikka (kolarilainen alkuperä) vaikeuttaa alueen luontaisen kasvupotentiaalin selvittämistä. Tällä lienee on merkitystä verrattaessa subfossiilisen mäntyaineiston eri puusukupolvien kasvua nykyisten elävien puiden kasvuun. Koepuut valitaan metsikköön sijoitetuilta ympyräkoealoilta. Toisaalta kuitenkin o per metsikkö on 120 puuta, jotka sijoitetaan vähintään kolmeen ympyrään. Ympyrän säde riippuu puuston tiheydestä. Yleisesti voidaan sanoa, että noin 40 kriteerit täyttävän kairauskoepuun säteeksi tulee 25-30 m. Ympyrältä luetaan kaikki puut lukupuina, joiden kompassisuunta ja etäisyys ympyrän keskipisteestä merkitään lomakkeelle. Kasvunvaihtelupuun kriteerit täyttävät koepuut läpi kairataan rinnankorkeudelta koealan säteen suuntaisesti. Kaikista kairatuista puista mitataan ristimittauksena rinnankorkeusläpimitta, sekä pituus ja latvusraja. 52 Mitattavat tunnukset 521. Koealakohtaiset tunnukset Merkitään ympyräkoealan keskipisteen koordinaatit GPS:llä. Määritetään ympyrän säde kairauskelpoisten puiden perusteella. 522. Metsikkötunnukset Metsiköstä mitataan tai arvioidaan seuraavat tunnukset: metsätyyppi, valtapituus, pituusboniteetti, painotettu keskiläpimitta ja rinteen suunta. 523. Puutunnukset Puiden sijainti kartoitetaan suunnan ja ympyrän keskipisteestä mitatun etäisyyden perusteella. 12
Kustakin koepuusta mitataan rinnankorkeusläpimitta kuoren päältä kahdesta suunnasta (pohjois-etelä ja itä-länsi). Jokaisesta koepuusta mitataan myös pituus ja elävän latvuksen alaraja. 524. Puiden kairaus Kustakin puusta kairataan ytimeen ulottuva näyte etelä-pohjois- ja itä-länsisuunnassa ja talletetaan lastukoteloihin. 5. ALUSTAVA ORGANISOITUMINEN Pulmankijärven sijainti muinaisen jäävuoren laidalla, jääkauden aikana jäättömäksi jääneet alueet Norjan puolella, erikoinen geologian lähellä mannerlaattojen yhtymäkohtaa (Varangin vuono), subfossiilinen mäntyaineisto, ympäröivien pikku järvien edellistä vanhempi lustomateriaali, järven rannalla kasvavat männiköt, sekä lisäksi mahdolliset kelot ja kannot tarjoavat ainutlaatuisen mahdollisuuden kehittää pitkän, kenties jopa 10 000 vuotta pitkän vuosilustosarja maantieteellisesti suppealta alueelta. Jatkosuunnitelmana on, että tekisimme yhteistyössä Pulmankijärven männyistä kiinnostavan paperin, tietenkin edellyttäen, että jos saadaan hyvä aineisto. Pitää miettiä kysymyksenasettelu ja käytettävät metodit. 6. LÄHTEET: 13
Liite 1. Maastotöiden yleissuunnitelma vuosille 2007 2008 Hanke 3436:Suomen metsien kasvun lisääntymisen syyt ja seuraukset Osahanke 2: Ympäristötekijöiden aiheuttamat kasvun muutokset 1900-luvulla Osahanke 3: Suome n ilmaston muutokse t jääkaude n jälke e n Maastotyösuunnitelma vuosille 2007-2008 Osa-aineistot 1. Lapin vuosilustoindeksi - Kairataan olemassa olevista 16 metsiköstä yhteensä 400 lastua - Maastoryhmän vetäjä: H.Herva - Tutkijat: K. Mielikäinen ja M.Timonen - Aineisto kerätty syyskuun 1. viikolla 2. Pohjois-Suomen metsien kasvutrendit - Kerätään 14 osa-aineistoa 120-otoksella, yhteensä 1640 kairausnäytettä Alueet: Rovaniemi, Kolari-Ylläs, Ketomella, Muotkatunturi, Pulmankijärvi viljellyt, Pulmankijärvi luonnontilaiset, Suojanperä,Kessi, Laanila, UKK-puisto, Sodankylä, Oulanka, Iso-Syöte, Paljakka - Maastoryhmien vetäjät: H. Herva ja T. Huttunen - Tutkijat: K. Mielikäinen, M. Timonen, K. Mikkola, S. Helama, M.Macias, S.Sarviaho 3. Lakialueiden puuston kasvu Pohjois-Suomessa - Kerätään 5 osa-aineistoa 180-otoksella, yhteensä 900 kairausnäytettä Alueet: Kukastunturi, Levitunturi, Saariselkä, Muotkatunturi ja Sallatunturi - Maastoryhmän vetäjä: H. Herva - Tutkijat: K. Mielikäinen, M. Timonen, K. Mikkola, S. Helama 4. Etelä-Suomen metsien kasvutrendit - Kairataan 15 koealalta yhteensä 300 näytettä - Maastoryhmän vetäjä: T. Huttunen Alueet: Ilomantsin Koivusuo ja Petkeljärvi, Lieksan Patvinsuo, Padasjoen Vesijako, Ruoveden Helvetinjärvi ja Saarijärven Pyhä-Häkki - Tutkijat: K. Mielikäinen, H. Mäkinen, P.Nöjd, M. Timonen, S. Helama (HY, GeologianL) 5. Ikipetäjien kasvutrendit Suomessa - Maastoryhmän vetäjät: Herva, Huttunen - Maastotöitä koko Suomessa - Tutkijat: K. Mielikäinen, M. Timonen, S. Helama 6. Lapin 7640-vuotisen mäntylustokalenterin täydentäminen - Maastotöitä Pulmankijärvellä, Kompsiojärvellä, Sallassa ja Puolangalla - Hankitaan yhteensä 200 uutta näytekiekkoa - Maastoryhmän vetäjä: T. Luosujärvi - Tutkijat: K. Mielikäinen, K. Mikkola, M. Timonen, S.Helama (HY, Geologian laitos) ja R. Sutinen (GTK) ja M. Räsänen (TuY, Geologian laitos) 7. Ilomantsin Linnalammen subfossiilisen mäntylustokalenterin aineistonkeruu - Nostetaan Linnalammesta yhteensä 200 näytettä - Maastoryhmän vetäjä Metlan osalta: T. Luosujärvi - Tutkijat: T.Kolström, K. Mielikäinen, M. Timonen, S. Helama (HY, Geologian laitos)... 14
Liite 2. Maastotöiden aikataulutus syksylle 2007 Työkalenteri: Viikko 36 Viikko 37 Viikko 38 Viikko 39 Viikko 40 Viikko 41 Viikko 42 03-07.09.07 10-14.09.07 17-21.09.07 24-28.09.07 01-05.10.07 08-12.10.07 15-19.10.07 Hannu Herva Metsänraja Rovaniemi Laanila Oulanka Kolari/Ylläs UKK-puisto 050-391 4472 Kasvuindeksi Kasvutrendit Sodankylä Iso-Syöte Ketomella Kessi Kasvutrendit Paljakka Suojanperä Pulmankijärvi vi Kasvutrendit Muotkatunturi Pulmankijärvi lt Kasvutrendit Kasvutrendit Jari Hietanen Metsänraja Rovaniemi Laanila Oulanka Kolari/Ylläs UKK-puisto 050-391 3520 Kasvutrendit Sodankylä Iso-Syöte Ketomella Kessi Kasvutrendit Paljakka Suojanperä Pulmankijärvi vi Kasvutrendit Muotkatunturi Pulmankijärvi lt Kasvutrendit Kasvutrendit Tauno Luosujärvi Kompsiojärvi Pulmankijärvi Mekrijärvi Salla Salla 050-3914491 Subfossiilit Subfossiilit Subfossiilit Subfossiilit Subfossiilit Kiekkojen siirto Joensuusta Mauri Timonen Pulmankijärvi Joensuu 050-391 4472 Subfossiilit Neuvottelu: Advance-10Kkiekkojen siirto pe 05.10.07 Kari Mielikäinen Joensuu 050-391 2615 Neuvottelu: Advance-10Kkiekkojen siirto pe 05.10.07 Tapio Huttunen Koivusuo, Petkeljärvi, Patvinsuo, Vesijako, Helvetinjärvi ja Pyhä-Häkki 050-391 2381 Kasvutrendit Kasvutrendit Kasvutrendit Kasvutrendit Etelä-Suomen Etelä-Suomen Etelä-Suomen Muotkatunturi mittaukset mittaukset mittaukset 120-otos 2008 Sari Sarviaho Oulanka Oulun yliopisto Väitöskirja- 050-5169327 aineiston täydennys 03-05.10.07 15
Liite 3. Pohjois-Suomen kasvutrendiaineiston 14 osa-aluetta. Pohjois-Suomea koskevat kasvutrendiaineistot kerätään 14 osa-alueelta. Kultakin osa-alueelta kairataan 120 koepuuta tasaisesti kaikista ikäluokista välillä 30 500v. 16
Liite 4. Pulmankijärven tutkimusalue Pulmankijärvi Pulmankijärvi (saameksi Buolbmátjávri ja norjaksi Polmakvatnet) on järvi Suomen ja Norjan rajalla. Se sijaitsee 10 km Suomen pohjoisimmasta kohdasta etelään Utsjoella, Lapissa. Norjan puolella järvi sijaitsee Tenon kunnassa Ruijassa. Järven kokonaispinta-ala on 12,12 km², josta 9,47 km² on Suomen puolella ja loput (2,65 km²) Norjan puolella. Järven syvin kohta on 35 m. Kasvillisuus ja eläimistö Suomen puolella on Pulmankijärvi ympäristöineen 1623 hehtaarin kokoinen Natura 2000 -kohde. Järven läheisyys mereen vaikuttaa alueen kasvi- ja eläinlajistoon. Suomen alueella kasvaa putkilokasveihin kuuluvaa pensaskanervaa ainoastaan Pulmankijärven alueella. Harvinaisuus on myös kampeloihin kuuluva Platichthys flesus. Vuoriloikko kuuluu järven uhanalaisiin kasvilajeihin [3]. Alueen kuvaus Kallioperä Pulmankijärven ympärillä on pääasiassa eri tyyppisiä gneissejä. Maaperä on yleisimmin moreenia, jonka päällä on kerros orgaanista ainesta. Pulmankijärvi on syntynyt suureen kallioperän murroslaaksoon ja varsinkin järven pohjoispäässä on jyrkkiä kalliopahtoja. Veden laatu on erittäin hyvä; vesi on kirkasta, happipitoista ja vähäravinteista. Vedenkorkeus vaihtelee jopa 4 m vuodenajasta riippuen (keskiosiltaan syvyys 34 m). Galddasjohka on terassimaisesti kohoava monitasoinen delta, jonka keskelle Galddasjohka on uurtanut syvän uoman. Kasvillisuutta luonnehtii subalpiiniset varpu-jäkälätyypin tunturikoivikkokankaat. Laaksossa kasvaa myös ryhmä haapoja. Pulmankijärven rinnelehdon kasvillisuus on alueen emäksisten amfiboliittikivien ja virtailevien valuvesien johdosta hyvin rehevää suurruoholehtoa ja tuoretta lehtoa, laikuittain lehtoniittyä. Puusto on pääosin koivikkoa, paikoin kookasta harmaalepikkoa. Luonnoltaan Lapin merisintä osaa (12 km Jäämerelle, korkeus 14,6 m mpy), mikä vaikuttaa myös eliölajistoon. Alueen kasvi- ja eläinlajistoon kuuluu useita harvinaisuuksia, mm. sisävesissä erittäin harvinainen kampela (Platichthys flesus). Pensaskanervan (Myricaria germanica) ainoa Suomessa tunnettu kasvupaikka on Pulmankijärven ympäristö. Kohdassa "Muuta lajistoa" mainittu vuoriloikko on alueellisesti uhanalainen laji. 17
Liite 5. Pulmankijärven männiköt latvuspeittävyyden ja valtapituuden mukaan. Liite 5. Pulmankijärven männiköt latvuspeittävyyden ja valtapituuden mukaan. Lähde: Metsähallituksen kuviotietojärjestelmä/kari Mikkola 18
Liite 6a. Pulmankijärven tutkimusalue, yleisnäkymä. 19
Liite 6b. Pulmankijärven tutkimusalue. Liite 4b. Pulmankijärven tutkimusalue koostuu Pulmankijärvestä löytyvästä korkeintaan noin 6000 vuotta vanhasta - ja ympäröivien lähijärvien tai pikku lampien tätä vanhemmasta mäntysubfossiilimateriaalista. Tutkimukseen kytketään myös Norjan puolelta saatava materiaali yhteistyössä norjalaisten tutkijoiden kanssa. 20
Liite 6c. Pulmankijärven tutkimusalue kolmiulotteisena näkymänä. Liite 4c. Pulmankijärven tutkimusalue kolmiulotteisena näkymänä. Pulmankijärven vedenpinta on vain 14 m merenpinnan yläpuolella. Se pituus on noin 10 km, keskisyvyys on 19 m ja syvin kohta 35 m. Ympäröivässä maastossa on runsaasti pikkulampia, joista löytynee männyn megafossiileja. 21
Liite 6d. Subfossiilisten mäntynäytteiden nostoalue Pulmankijärvellä. Liite 4d. Pulmankijärven tutkimusalueen subfossiilisten mäntynäytteiden nostoalue. Järveen laskevan ojan suistoalueella noin 25 metrin syvyydessä järven pohjassa on sukeltajien ilmoittaman tiedon mukaan runsaasti koivua ja mäntyä. 22
23