Ravinteisuuden vaikutus kasvupotentiaaliin muuttuvassa ilmastossa Annikki Mäkelä Mikko Peltoniemi, Tuomo Kalliokoski LIFE09 ENV/FI/000571 Climate change induced drought effects on forest growth and vulnerability (Climforisk, www.metla.fi/life/climforisk)
Perusteita Lehtien kyky sitoa hiiltä kasvaa, kun ilmasto lämpenee ja hiilidioksidipitoisuus lisääntyy Miten tehokkaasti lisääntynyt hiilen sidonta voidaan hyödyntää kasvussa? Riippuu erityisesti siitä, miten paljon ravinteita (N) on saatavilla Kasvaako ravinteiden saatavuus yhtä nopeasti kuin hiilen sidonta? Paljon tutkimuksia, mutta silti epävarmuutta Tässä tavoitteena tarkastella erilaisten tiedollisten epävarmuuksien seurauksia mahdollisimman läpinäkyvästi
Laskenta OptiPipe-malli Optimoi kasvun allokaatiota kun tunnetaan potentiaalinen fotosynteesituotos ja potentiaalinen typenotto (hiilen ja typen saatavuus) Mäkelä et al. 2008, Valentine & Mäkelä 2012 Riippuvat ympäristöolosuhteista Tuloksena GPP ja NPP, metsikön kantokyky (f APAR ) ja puuaineen kasvu Riippuen typen saatavuuden lisäyksestä voi tuottaa joko isomman tai pienemmän puuaineen kasvun suhteellisen lisäyksen kuin fotosynteesin lisäys
Hiilen ja typen virtoihin vaikuttavat prosessit
Virtausnopeuksien riippuvuus ilmastosta ja metsän tilasta Spesifinen nopeus σ F W massavirta aktiivinen massa F = σw Malli kuvaa aktiivisten massojen W aikakehityksen, kun massavirrat F tunnetaan. Selvitettävä spesifisten nopeuksien riippuvuus ilmastosta
Photosynthesis (kg C m -2 yr -1 Photosynthesis (kg m-2 yr-1) Bruttofotosynteesi OptiPipe-mallissa vuotuinen fotosynteesiyhtälö on P = σ P (1 e kl ) sää, kasvupaikka PRELES latvusten rakenne (ikä) Duursma & Mäkelä 2007 Tree Phys 2.5 2.5 2 2 1.5 1 Site 1 Site 2 1.5 1 Site 1 Site 2 0.5 0.5 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Foliage mass (kg / ha) 0 0 5000 10000 15000 Foliage mass (kg/ha)
Hengitys Kasvuhengitys on verrannollinen kokonaiskasvuun Spesifinen ylläpitohengitys lisääntyy kun kasvukauden pituus ja lämpötila lisääntyvät Oletus: spesifinen ylläpitohengitys on verrannollinen kasvukauden teholliseen lämpösummaan (ETS)
Karikesato: keskimääräinen elinikä Mänty Kuusi 6 12 Lämpösumma Lämpösumma Tupek et al. 2014 BER; Helmisaari
Typen saatavuus tyylitelty malli Typpivirta karikkeessa: ρ N sn puu N puu Typenotto: k N N maa Tasapainossa: ρ N s = N maa k N N puu N maa
Typen saatavuus - oletukset 1. Default Kierrossa olevan typen määrä säilyy Spesifinen hajotusnopeus lisääntyy sadannan ja lämpötilan funktiona 2. Rich Kierrossa olevan typen määrä lisääntyy (esim. priming effect, emissiot, ) Spesifinen hajotusnopeus lisääntyy sadannan ja lämpötilan funktiona 3. Poor Kierrossa olevan typen määrä säilyy Spesifinen hajotusnopeus ei reagoi muuttuvaan ilmastoon
Typen saatavuus - oletukset Tässä oletetaan että samanlainen trendi on myös saatavilla olevassa typessä Kokonaistyppimäärässä selvä trendi leveysasteen ja lämpösumman mukaan (Lehtonen ym. valmisteilla oleva käsikirjoitus) Sopii yhteen lehtihienojuuri suhdetta tutkineiden aineistojen kanssa (Helmisaari ym. 2007)
Potentiaalisen kasvun laskenta OptiPipe-mallilla Hiilen ja typen virrat määritelty Fotosynteesinopeus ja resurssien jako juuriin riippuvat typen ja hiilen saatavuuksista Malli laskee kasvun jakautumisen siten, että kokonaiskasvu maksimoituu Tuloksena sulkeutuneen metsän potentiaalinen kasvu
Potentiaalisen kasvun laskenta OptiPipe-mallilla Ilmastonmuutoskenaariot CO 2 skenaariot Typpiskenaariot Mitä voidaan sanoa ilmastonmuutoksen vaikutuksista metsien kasvupotentiaaliin?
Tuloksia: NPP mänty
Tuloksia: NPP kuusi
Tuloksia: puuaineen kasvu mä
Tuloksia: lehtien typpipitoisuus Mänty Kuusi
Puuaineen kasvun maantieteellinen jakauma (A1B) Kuusi Mänty
Puuaineen kasvun maantieteellinen jakauma (B1) Kuusi Mänty
Ekosysteemin kokonaishiili tasapainossa (A1B) Kuusi Mänty
Ekosysteemin kokonaishiili tasapainossa (B1) Kuusi Mänty
Johtopäätöksiä 1/2 Ilmastonmuutoksen vaikutusmallit ennustavat lisääntynyttä fotosynteesituotosta, mutta kasvun muutokset riippuvat olennaisesti siitä, miten ravinteiden saatavuus muuttuu Jos ravinteiden saatavuus ei lisäänny, kasvun lisäystä ei ole odotettavissa (köyhimmät ja kuivimmat kasvupaikat?) Jos ravinteiden hajotusnopeus lisääntyy mutta kierrossa olevien ravinteiden määrä säilyy ennallaan, tilavuuskasvu voi lisääntyä jopa 50% vuosisadan loppuun mennessä Jos myös kierrossa olevien ravinteiden määrä lisääntyy esim. priming-efektin takia, kasvunlisäykset voivat olla vielä suurempia mutta lisätutkimusta tarvitaan
Johtopäätöksiä 2/2 Puulajien reaktioissa ei ole suuria eroja, ja ne ovat epävarmoja. Silti mänty näyttäisi reagoivan voimakkaammin ilmastonmuutokseen kuin kuusi Vaikka kasvu nopeutuisi, metsä- ja maasysteemin kokonaisbiomassa ei välttämättä lisäänny samalla tavalla, koska myös hajotustoiminta nopeutuu