Pertti Hari ja Veli Pohjonen Tutkimushankkeen hahmotelma 31.10.2005 1 Pohjois-Suomen energiapuun tuottomahdollisuudet Elinkeinopoliittinen tausta Ilmakehän CO2-pitoisuus on nousussa; se vaikuttaa sekä ilmastonmuutokseen (lämpötilaa nostaen) että pohjoisen pallonpuoliskon havumetsien kasvuun (lisäävästi). Molemmat muutokset ovat suhteellisesti voimakkaimpia pohjoisilla leveysasteilla Suomessa Lapin ja Oulun lääneissä. 2000- luvun alussa Pohjois-Suomeen on syntynyt uusi tilanne, jolla on elinkeinopoliittisia vaikutuksia koko laajalla metsävaltaisella talousalueella. Talousmetsien kasvu nousussa Pohjois-Suomen metsävarat ja erityisesti metsien kasvu ovatkin nousussa. Tuoreimman metsälaskennan (VMI 9) mukaan metsien vuosikasvu lisääntyi viimeisen kymmenvuotiskauden aikana Lapin alueella 49 prosenttia, Kainuussa 36 ja Pohjois-Pohjanmaalla 27 prosenttia. Metsät kasvavat entistä selvemmin mäntyä. Esimerkiksi Pohjois-Pohjanmaan metsistä on 2000-luvun alussa jo 75 prosenttia on mäntyvaltaisia; nousua edelliseen metsälaskentaan on 10 prosenttiyksikköä. Valtaosa kasvua on nuorissa metsissä. Esimerkiksi Lapin alueella yli puolet metsien nykykasvusta on puissa, joiden rinnantasaläpimitta on enintään 14.5 cm. Tyypillinen kasvumetsä on 1970-luvulla viljelty männikkö, joka kasvaa usein ojitetulla suolla. Osa lisääntyneestä kasvusta selittyy metsien ikäjakaumalla: elinkaarensa nopeimpaan kasvuun tulevia nuoria metsiä on paljon. Toisaalta nuoret metsät ovat tulossa juuri siihen vaiheeseen, jossa ne reagoivat nopeimmin kasvulle otolliseen ympäristön muutokseen, esimerkiksi hiilidioksidin lisääntymiseen, lämpötilan nousuun tai sadeveden mukana saatavaan typpeen. Juuri viljelymetsätalouden historiasta johtuen valtaosa vuotuisesta kasvusta on nyt talousmetsissä; esimerkiksi Lapin alueella 85 prosenttia. Suojelumetsissä Lapin alueen vuosikasvusta on vain 15 prosenttia. Siitä huolimatta metsien suojelutilanne on Pohjois-Suomessa keskimäärin ottaen hyvä. Alueella sijaitsevat suurimmat ja edustavimmat luonnon- ja kansallispuistot. Useimmissa kunnissa suojelumetsien osuus on yli 10 prosenttia, esimerkiksi Savukoskella kolmannes. Luontomatkailua varten on luotu kansainvälisestikin laskien mittava suojelumetsien verkko, ja metsätalouden sertifiointitilanne on parhaita maassamme. Osaksi metsien suojelun selkiintymättömän tilanteen vuoksi Pohjois-Suomen talousmetsien uudet tuottomahdollisuudet, etenkin energiapuun tuotto ja jalostus aliarvioitiin 1900-luvun lopulla, eikä niitä tunneta vieläkään tarkoin. Tuorein, 2000-luvun alussa suoritetun metsälaskenta osoittaa, että nuorten talousmetsien kasvu on ennakoitua suurempi. Mitä ilmeisimmin se tulee suhteellisesti edelleen nousemaan ilmaston muutoksen myötä. Pohjois-Suomen sellu- ja paperitehtaat Kemissä, Kemijärvellä, Oulussa ja Kajaanissa ovat alueen määrällisesti suurimmat puun hyödyntäjät. Nykyaikainen selluteollisuus tarvitsee paitsi tavanomaista ensiharvennuspuuta, myös huomattavan osuuden ensiluokkaista selluhaketta, joka saadaan vain tukkikoon puiden pintahakkeesta. Tämän vuoksi nuorten metsien männystä on
alueella ylitarjontaa. Se näkyy viimeisimmässä metsälaskennassa ensiharvennusten viivästymänä. Esimerkiksi Pohjois-Pohjanmaan alueella hakkuut ovat jo myöhässä 360 000 hehtaarilla. Osittain selluteollisuuden laatuvaatimuksista johtuen Pohjois-Suomen sellu- ja paperiteollisuus ei ole pystynyt käyttämään kaikkea pohjoista ensiharvennusmäntyä. Nuorten metsien hoito viivästyy, ja se lykkää ajastaan myös tukkipuun tuotantoa. Metsäenergia tuo puulle lisämarkkinan, mikä hoitaa tukkipuuta lopulta tuottavat metsät. Alueen talousmetsiin tulee lisää toimintaa, syntyy tuloja ja syntyy työpaikkoja. Tuore 2000-luvun metsälaskenta osoittaa, että Pohjois-Suomen talousmetsien metsävarat ovat edelleen alueen elinkeinopoliittinen avaintekijä ja talouden perusta. Tutkimuksen tehtävä on löytää ja selvittää talousmetsien hyötykäyttöön uusia, 2000-luvun haasteisiin vastaavia mahdollisuuksia. Keskeinen haaste on Pohjois-Suomen bioenergia, etenkin energiapuu, ja sen tuottamisen ja jalostamisen mahdollisuudet. Tutkimuksen tehtävä on selvittää metsäenergiaan liittyvä elinkeinopoliittinen pohja ja merkitys Pohjois-Suomen alueelle, koko Suomelle ja Euroopallekin uudessa ilmastotilanteessa, missä fossiilisen hiilidioksidin päästöjen vähentäminen on kansallinen, koko EU:n yli ulottuva ja globaali tavoite. 2 Kioton ilmastosopimuksen ja hiilidioksidin päästökaupan vaikutukset Kioton ilmastosopimus 1997 antoi Suomen ja koko Euroopan Unionin ilmasto-, energia- ja metsätaloudelle uuden suunnan: hiilidioksidin päästöjä on vähennettävä. Taloutta ja ympäristön tilaa ohjaavaksi voimaksi tuli hiilidioksidin kansainvälinen päästökauppa, joka alkoi Euroopan Unionissa 1.1.2005. Suomessa kotimainen metsäenergia on ulkomailta ostettavan polttoöljyn ja kivihiilen ja niille tarvittavien hiilidioksidin päästöoikeuksien kestävä vaihtoehto. Hiilidioksidin päästöoikeus, hinnoiteltuna Euroa / tn CO2, on noteerattu eurooppalaisessa pörssissä (EEX, www.pointcarbon.com) vuoden 2004 lopusta lähtien (Kuva 1). Päästöoikeuden hinta asettui ensin tammikuussa 2005 tasolle 7 euroa / tn CO2, mutta jo helmikuussa päästöoikeuden hinta kääntyi selvään nousuun. Vuoden 2005 loppupuolelle hinta on tasolla noin 22 euroa / tn CO2. 31 Euro / tn CO2 26 21 16 11 6 1.12.04 1.2.05 1.4.05 1.6.05 1.8.05 1.10.05 Kuva 1. Hiilidioksidin päästöoikeuden hinta (EUA, European Union Allowance) 1.12.2004-31.10.2005. Lähde www.pointcarbon.com
3 Hiilidioksidin päästöoikeuden hinnalla on suora vaikutus metsä- ja energiatalouteen. Kivihiilen lisäpoltto lämpövoimaloissa käy tulevaisuudessa päinsä vain siten, että kivihiilen lisäksi on ostettava sen polton tarvitsemia hiilidioksidin päästöoikeuksia. Polttotekniikaltaan nykyaikaisella voimalalla on kaksi vaihtoehtoa: ostaa maailmanmarkkinoilta kivihiiltä ja sen kylkiäisiksi niin ikään maailmanmarkkinoilta hiilidioksidin päästöoikeuksia tai ostaa Suomen markkinoilta energiapuuta. Puu ei tarvitse päästöoikeuksia, ja energiapuun suhteellinen hintaetu kivihiileen paranee. Kuvassa 2 on verrattu kivihiilestä ja nuoren metsän harvennuksesta myytävän mäntypuun energiahintaa (euroa megawattitunnilta). Euro / MWh 15 Pine, roadside 10 Coal + CO2 Coal, Australia 5 0 1.12.04 1.2.05 1.4.05 1.6.05 1.8.05 1.10.05 Kuva 2. Kivihiilen lisäkäytön ja mäntypuun energiahinnan vertailu 1.12.2004 lähtien. Kivihiili: fobhinta Australiassa + hiilidioksidin päästömaksu (lähteet www.globalcoal.com ja www.pointcarbon.com). Mäntypuu: kuitupuun hankintahinta (tienvarsihinta) euroa/m3 (lähde www.mhy.fi/puumarkkinat); muuntokerroin yksi puun kiintokuutiometri = 1.86 MWh. Kivihiilen fob-hinta oli noin 6 euroa / MWh vuoden 2004 lopussa, ja se on pysynyt verraten vakaana vuoden 2005. Vuoden 2005 alussa kivihiilen energiahinta hyppäsi päästöoikeuden verran ylöspäin, noin 9 euroon. Siitä eteenpäin kivihiilen energiahinta on käyttäytynyt lähes hiilidioksidin päästöoikeuden mukaan. Vuoden 2005 lopulla kivihiilen energiahinta on noin 12 euroa / MWh. Huomattakoon, että kivihiilen fob-hinta noteerataan Australiassa. Suomeen kuljetettuna kivihiilen hintaa on nostettava laivauskustannuksella, jonka suuruus on noin 1 euro / MWh. Suomessa kivihiilellä on lisäksi kansallisia veroja (valmistevero, huoltovarmuusmaksu, yms), jotka nostavat kivihiilen hintaa. Kansalliset verot voidaan kansallisin päätöksin, eikä niitä voi käyttää pitkäaikaisissa hintavertailuissa. Kivihiilen fob-hintaan lähinnä verrattava energiahinta on mäntykuitupuun hankintahinta ( fob, vapaasti metsäautotien varressa). Se on ollut vuoden 2004 lopusta Suomessa vakaa, noin 13 euroa / MWh. Huomattakoon, että voimalat voivat ostaa Suomessa energiapuuta (risutukkeja, kantoja, metsähaketta) halvemmalla kuin männyn kuitupuuta, mutta erät ovat edelleen marginaalisia, koska niiden hintoja ei noteerata säännöllisesti. Mäntykuitupuun fob -hinta sen sijaan noteerataan viikottain.
4 Kivihiilen energiahinta ja mäntykuitupuun hankintahinnasta johdettu energiahinta olivat kaukana toisistaan aina vuoden 2004 loppuun asti. Vuonna 2005 tilanne muuttui. Kun kivihiilen fob-hintaan lisätään vuoden 2005 alusta mukaan tullut hiilidioksidin päästömmaksu, kivihiilen energiahinta on noussut mäntykuitupuun energiahinnan tasolle. Päästömaksu on luonut energiapuulle uuden, suotuisan markkinatilanteen. Hiilidioksidin päästöjen vähentämismahdollisuudet ja Pohjois-Suomen energiapuu Suomen hiilidioksidin päästöt ovat nousussa (kuva 3). Vuonna 2004 ne olivat tasolla 67 miljoonaa 70 y = 0.5473x - 1035.3 65 milj.tn CO2 / vuosi 60 55 50 45 40 1973 1978 1983 1988 1993 1998 2003 Kuva 3. Hiilidioksidin päästöt Suomessa 1973 2005. Lähde KTM Energiakatsaus 3/2005. tonnia vuodessa. Vuonna 2005 hiilidioksidin päästöt jäänevät 56 miljoonaan tonniin yhtäältä metsäteollisuuden kevään seisokkien takia ja toisaalta Pohjolan hyvän vesivoimatilanteen ja sähkön lisääntyneen tuonnin vuoksi. Ilmiöt lienevät tilapäisiä, ja kuva 3 nouseve suora jatkuu. Kioto-sopimusten mukaan hiilidioksidin päästömme on painettava vuoden 1990 tasolle (noin 54 milj. tn/v) vuoteen 2012 mennessä (lopullinen vertailukausi on vuosien 2008 2012 keskiarvo). Tähän pyritään hiilidioksidin päästökiintiöillä ja antamalla hiilidioksidin päästökaupan ohjata energia-alan kehitystä. Hiilidioksidin päästömme noussevat vuoden 1990 tasosta niin korkealle, että joutunemme ostamaan lisää päästöoikeuksia ulkomailta. Kauppa- ja teollisuusministeri Mauri Pekkarinen on arvioinut (Tekniikka ja Talous 18.3.2005), että päästöoikeuksien ostotarve on vuosina 2008 2012 luokkaa 10 miljoonaa hiilidioksiditonnia vuodessa. Hiilidioksidin päästöoikeuden hinnalla 22 euroa tonnilta tämä aiheuttaisi 220 miljoonan euron vuosikustannuksen kansantaloudelle. Sen vaihtoehto on varautua ajoissa puun lisääntyvään energiakäyttöön etenkin kaikissa sellaisissa suurissa laitoksissa, jotka aiheuttavat pääosan hiilidioksidin päästöistämme. Vuodenvaihteessa 2004/2005 toteutettu hiilidioksidin päästöoikeuksien alkujako perustui aikaisemmin teollisuus- ja energialaitosten ennen jakoa toteutuneisiin todellisiin päästöihin.
Kuvassa 4 on tämän alkujaon perusteella luetellut 15 suurinta hiilidioksidin päästäjää Suomessa. 5 CO2 päästöoikeudet 2005-2007, milj. tn/v (15 suurinta) Rautaruukki Raahe Porvoon öljynjalostamo Hanasaari B Meri-Porin voimala Naantalin voimala Vuosaari B Vaskiluoto 2 Toppila Oulu Pietarsaaren voimala Kristiinan voimala Salmisaaren voimala Koverharin terästehdas Outokumpu Tornio Inkoon voimala Tahkoluodon voimala 1.5 1.5 1.4 1.3 1.3 1.3 1.2 1.1 1.0 1.0 0.9 0.9 0.9 2.7 5.0 0 2 4 6 Kuva 4. Vuotuiset hiilidioksidin päästöoikeudet 15 suurimman lähimenneisyydessä päästöjä aiheuttaneen laitoksen osalta. Lähde WWW.ktm.fi Pohjoissuomalaisia laitoksia joukossa on kolme: Rautaruukki Raahessa, Toppilan voimala Oulussa ja Outokummun terästehdas Torniossa. Hiilidioksidin päästöjen vähentämisen onnistuminen ja ulkomailta tapahtuvan lisäpäästöoikeuksien välttäminen kulminoituu sekä koko maassa että Pohjois-Suomessa näihin, niin sanottuihin miljoonaluokan päästäjiin. Maamme energiatalouden kannalta keskeinen elinkeinopoliittinen kysymys on onko näiden suurten hiilidioksidin päästäjien mahdollista korvata fossiilipolttoaineita puuperäisin polttoainein? Pohjois-Suomen kannalta keskeinen elinkeinopoliittinen kysymys on mikä merkitys Pohjois-Suomen nuorilla metsillä, niiden lisääntyvällä kasvulla, ja puuenergiaan perustuvalla energiateollisuudella on toisaalta Pohjois-Suomen oman ja toisaalta koko Suomen hiilidioksidin päästöjen vähentämisessä ja hiilidioksidin päästökaupassa? Kuvaan 4 liittyviä puuenergian pohjois-suomalaisia mahdollisuuksia ovat ainakin seuraavat kolme. Energiahakkeen tuotantoa on edelleen tutkittava ja tehostettava. Metsähake voi korvata kivihiiltä Pietarsaaren voimalassa. Se voi korvata aikaa myöten myös turvetta Pietarsaaren ja Toppilan voimaloissa. Energiahake on Pohjois-Suomessa paikallinen polttoaine. Sen
käytön on tapahduttava verraten nopeasti (muutamassa kuukaudessa), eikä energiahaketta voi kuljettaa alueen ulkopuolelle. Puupelletti voi korvata kivihiiltä suurissa kivihiilivoimaloissa. Menetelmä on jo käytössä Ruotsissa, Tanskassa ja Keski-Euroopassa. Puupellettiä voi varastoida ja kuljettaa. Jo nyt puupelletti on maassamme vientituote. Pohjois-Suomessa on pellettitehtaita Kärsämäellä, Keminmaalla ja Kuusamossa, sekä rakenteilla tai suunnitteilla ainakin Haapavedellä ja Pudasjärvellä. Etäällä olevien raaka-aineiden osalta (Itä-Lappi, Koillismaa, Kainuu) energiapuun pelletöinti on tällä hetkellä ainut valmis menetelmä saattaa energiapuu markkina-, kuljetus- ja vientikelpoiseksi. Metallurginen puuhiili voi korvata kivihiiliperäistä koksia, ja vähentää terästeollisuuden hiilidioksidin päästöjä. Menetelmää on tutkittu Suomessa hyvin vähän (Lähde: Mäkelä, J. Diplomityö, TKK. 9.2.2000). Aiheen perus-, soveltava, ja käytännön tutkimus on myöhässä ja se tulisi aloittaa Pohjois-Suomessa, missä valtaosa maamme rauta- ja terästeollisuutta on. 6 Energiapuun tuottomahdollisuudet, energiapuun käyttömahdollisuudet ja energiapuun uudet jalostusmahdollisuudet ovat Pohjois-Suomelle merkittävä 2000-luvun elinkeinopoliittinen kysymys. Ehdotamme käynnistettäväksi aihetta käsittelevän laajan tutkimushankkeen, johon osallistuvat Helsingin yliopisto (mm. Värriön tutkimusasema ja metsäekologian laitos), Oulun yliopisto (mm. Oulangan tutkimusasema ja teknillinen tiedekunta) ja Metsäntutkimuslaitos (mm. Muhoksen ja Rovaniemen tutkimusasemat). Yhteistyö tapahtuu Oulun yliopiston hallinnoiman NORNET verkon kautta, joka tarvittaessa mahdollistaa myös muiden tahojen nopean liittymisen yhteishankkeeseen. Kaksivaiheinen tutkimushanke Ehdottamamme tutkimushanke on kaksivaiheinen. Ensimmäinen vaihe (noin 1.5 vuotta) käynnistyy tietopohjan laajentamisella ja nuorten talousmetsien kasvun tarkennettujen ennusteiden laadinnassa tarvittavat maastomittaukset keskuspaikkoina Helsingin yliopiston Värriön tutkimusasema, Metsäntutkimuslaitoksen Salmivaaran toimipaikka (Rovaniemen tutkimusasema) ja Oulun yliopiston Oulangan tutkimusasema. Ensimmäisen vaiheen aikana laaditaan tarkennettu suunnitelma hankkeen toiseksi vaiheeksi, joka kestää kuusi vuotta. Toisessa vaiheessa mukaan tutkimus laajenee energiapuun tuottomahdollisuuksista myös energiapuun käyttömahdollisuuksiin (energiahake, puupelletti ja metallurginen puuhiili). Tarkennettu tietopohja ja metsikkömalli MicroForest Pohjois-Suomen talousmetsiin soveltuva kestävä metsätalous tarvitsee tarkkaa tietopohjaa. Tuottavan talousmetsän täytyy olla perusteiltaan kestävää. Metsien moninaisuuden pitää säilyä, eikä maaperä saa köyhtyä. Energiapuuta tuottavassa metsätaloudessa on erityisen tärkeää huolehtia maaperän viljavuudesta, niin että se ei esimerkiksi kokopuuhakkuiden seurauksena laske metsäekosysteemiä köyhdyttäväksi. Avainasemassa on puuston ja maan typpitalouden seuranta. Nuorten männiköiden tuottomahdollisuuksien laskentaan ja puiden kasvun mallitukseen on nyt entistä tarkempia menetelmiä: erityisesti Helsingin yliopistossa kehitetty MicroForest -ohjelma. Itä-Lapin talousmetsien energiapuun tuottomahdollisuudet tulisi laskea uusin menetelmin ja entistä tarkemmin alueen talouselämän pohjatiedoksi.
7 Nuorten männiköiden kasvun mallitus perustuu i) puiden fotosynteesin tarkkaan tuntemukseen, ii) kasvuston ja maaperän typpivarastojen ja typen liikkeiden tarkkaan tuntemukseen sekä iii) metsiköiden ja puiden rakenteiden säännönmukaisuuden ja niiden muutosten tarkkaan tuntemukseen. Tällainen tarkka tuntemus on Suomessa saavutettu runsaan 30 vuoden tutkimustyön pohjalta; tutkimustyön tuloksena on kehitetty metsikkömalli MicroForest. Sitä koskeva perustutkimus on tehty pääosaksi mäntyvaltaisten talousmetsiemme sydänalueella, Helsingin yliopiston metsäasemalla Oriveden Hyytiälässä. Tutkimus jatkuu edelleen ns. SMEAR II tutkimuksena. Metsikkömallilla voidaan ennustaa (simuloida) kaikkien mäntymetsien kasvu, jotka ovat vähintään 3 vuoden ikäisiä. MicroForest mallin tarkkuutta kuvaa oheinen kuva 5. Mitattu ja simuloitu tilavuuden kehitys SMEAR II:lla PH2001 alkutila taimet 3 vuoden iässä mitattu simuloitu Kuva 5. Mitattu ja ennustettu nuoren metsikön biomassa (m3/ha) ajan myötä MicroForest mallin käyttöä nuoren metsän energiapuun tuottomahdollisuuksien arvioinnissa kuvaa oheinen kuva 6. Energiapuun tuotos harvennusvaiheessa on sinisen ja punaisen viivan erotus.
8 PH2001 Simuloitu nuoren metsän harvennus 300 tilavuus, m 3 200 100 0 0 10 20 30 40 50 60 ikä, a Kuva 6. Nuoren metsän energiapuuharvennuksen vaikutus metsikön biomassaan (m3/ha). Värriön SMEAR I tutkimus on osaltaan tukenut MicroForest metsikkömallin kehittämistä, mutta mallin virittäminen Lapin metsävyöhykkeen metsille vaatii kenttätutkimuksia alueen metsissä. Aikaisemmista mäntymetsien kasvun mallitusohjelmista MicroForest poikkeaa muun muassa siinä, että se perustuu metsiköiden fotosynteesiin ja sitä ohjaaviin ilmastotekijöihin ja myös siinä, että kasvun simulointi on mahdollinen aloittaa jo hyvin varhain, aina kolmen vuoden iässä. Näin MicroForest ottaa heti huomioon ilmaston muutoksen vaikutuksen puiden kasvuun, ja mallin tarkkuus on hyvä jo nuorissa metsissä, eli juuri energiapuuta tuottavissa metsissä. Hankkeen tavoite ja toteutus (pääosaksi 1. vaihe) Hankkeen päätavoite (pääosaksi 1. vaiheessa) on tuottaa vuosittainen, tarkka arvio nuorten mäntyvaltaisten talousmetsien kasvusta Pohjois-Suomessa ja energiapuun vuosittaisista hakkuumahdollisuuksista kehittämällä männiköiden kasvun ennustamiseen MicroForest Lappi - metsikkömalli. MicroForest Lappi kehitetään ensi vaiheessa mäntyvaltaisille metsille, joita nuoret metsät pääosaksi ovat. Myöhemmässä vaiheessa MicroForest Lappi kehitetään myös kuusi- ja koivuvaltaisille metsille sekä sekametsille. Hanke toteutetaan keskuspaikkana Helsingin yliopiston Värriön tutkimusasema, tukeutuen yliopiston Hyytiälän metsäaseman ja metsäekologian laitoksen tietämykseen. Pohjois-Suomen alueellinen yhteistyö toteutetaan etenkin Oulun yliopiston Oulangan tutkimusaseman ja Metsäntutkimuslaitoksen Salmivaaran toimipisteen ja Muhoksen tutkimusaseman kanssa. Yhteistyön ytimessä on NORNET-verkko, jonka välityksellä myös muut yhteistyötahot voivat liittyä mukaan. Hankkeessa kehitetään ensiksi nuorten mäntyvaltaisten metsien fotosynteesiin ja Pohjois-Suomen oloissa kasvavan puuston tilaan, maaperään (typpitalous), puun rakenteeseen ja laatuun sekä niiden muutoksiin perustuva metsikön kasvumalli MicroForest Lappi. Toiseksi, Pohjois-Suomen talousmetsien taimikoista ja nuorista metsistä otetaan kattava otos (ikäluokat 3-40 vuotta) käyttäen apuna jo olevia metsätalouden suunnittelun tietokantoja. MicroForest Lappi testataan otosmetsissä.
Kolmanneksi, kattavaa otosta Pohjois-Suomen talousmetsien taimikoita ja nuoria metsiä kasvatetaan MicroForest Lapilla seuraavat 50 vuotta, ottaen huomioon ilmaston muutosvaihtoehdot (CO2 ja lämpötila), vallitsevat metsänhoidon vaihtoehdot (taimikonhoito ja ensiharvennus) ja ennakoivat vaikutukset maaperän viljavuudessa. Lopputuloksena saadaan, laajentaen laskenta otoksesta kaikkiin Pohjois-Suomen talousmetsiin, vuotuinen ja alueellinen ennuste energiapuun tuottomahdollisuuksista seuraavan 50 vuoden aikana. 9 Hankkeen otosten tutkimushierarkia ensimmäisessä vaiheessa (Itä-Lapin alueella) Superintensiivinen taso: Värriön SMEAR I asema ja Kotovaaran männikkö. Intensiivinen taso: 10 tutkimusmetsikköä Ekstensiivinen taso: 100 metsikköä Superekstensiivinen taso: 1000 metsikkökuviota Superintensiivinen taso Superintensiivisen tason otos on Kotovaaran nuori tutkimusmännikkö Värriön tutkimusasemalla. Kotovaarasta on aidattu tutkimusmetsiköksi yhden hehtaaria alue, ja sen keskelle on 1991 perustettu SMEAR I mittausasema. Metsikön ja puiden kasvuun vaikuttavina tekijöinä ovat tutkittavina: hiili-aineenvaihdunta (fotosynteesi) männikön latvustossa hiili-aineenvaihdunta (hengitys) maassa, puun juuriston tasolla SMEAR ilmastotekijät (valo, lämpötila, tuuli, aerosolit, typen oksidit, rikkidioksidi ja otsoni) puiden haihdunta ja vesi-aineenvaihdunta puiden (kasvusolujen) automaattisella paksuusmittauksella typpi-aineenvaihdunta ja typpitaseet kasvustossa (runko, oksat, neulaset) käyttäen päämenetelmänä intensiivistä aminohappojen seurantaa typpi-aineenvaihdunta ja typpitaseet maassa (juuret, humus ja maavesi) käyttäen päämenetelmänä intensiivistä aminohappojen seurantaa Intensiivinen taso Intensiivisen tason otos valitsee Itä-Lapin alueelta 10 nuorta, tyypillisesti ensiharvennusikään tulevaa, tai sitä nuorempaa, männikköä tutkimusmetsiköiksi. Yksi metsiköistä on Kotovaaran männikkö. Muut metsiköt valitaan talousmetsistä Savukosken alueelta reitiltä Värriön luonnonpuiston raja Ainijärvi Tulppia Lattuna Martti), hyvien kulkuyhteyksien etäisyydeltä, mutta riittävän kaukana asutuskeskuksista. Muita metsikköjä kuin Kotovaaran männikköä tutkitaan akkukäyttöisin menetelmin, kannettavin mittalaittein ja intensiivisen tarkkuuden näytemenetelmin. Näytteiden esikäsittely tapahtuu Salmivaarassa. Puiden kasvuun vaikuttavina tekijöinä ovat tutkittavina: metsiköiden tila, taimien (puiden) lukumäärä ja kokoluokat, runkolukusarjat, puun rakenne ja sen muutokset intensiivisin näytemenetelmin (kokonaisbiomassa, neulaset, oksat, runko, kuidut, kuori, juuret); näytteiden käsittely Salmivaarassa hiili-aineenvaihdunta (fotosynteesi) männikön latvustossa, soveltuvin tai kehitettävin maastossa nopeasti liikuteltavin menetelmin hiili-aineenvaihdunta (hengitys) maassa, puun juuriston tasolla, soveltuvin tai kehitettävin maastossa nopeasti liikuteltavin menetelmin ilmastotekijät (valo, lämpötila, tuuli), soveltuvin tai kehitettävin maastossa nopeasti
liikuteltavin menetelmin puiden haihdunta ja vesi-aineenvaihdunta puiden (kasvusolujen) tarkalla paksuusmittauksella, soveltuvin tai kehitettävin maastossa nopeasti liikuteltavin menetelmin typpi-aineenvaihdunta ja typpitaseet kasvustossa (runko, oksat, neulaset) käyttäen päämenetelmänä aminohappojen seurantaa otosmenetelmin; näytteiden esikäsittely tapahtuu Salmivaarassa typpi-aineenvaihdunta ja typpitaseet maassa (juuret, humus ja maavesi) käyttäen päämenetelmänä intensiivistä aminohappojen seurantaa otosmenetelmin; näytteiden esikäsittely tapahtuu Salmivaarassa 10 Ekstensiivinen taso Ekstensiivisen tason tutkimuksen tavoite on testata intensiivisellä tasolla kehitetty MicroForest Lappi mallia maasto-olosuhteissa talousmetsissä. Ekstensiiviselle tason otos valitsee Itä-Lapin alueelta 100 tutkimusmetsikköä, Savukosken (esimerkiksi reitiltä Ainijärvi Martti Savukoski), Sallan (esimerkiksi Tuntsan paloalueelta ja Sallan yhteismetsästä), Pelkosenniemeltä (esimerkiksi Pyhätunturin ympäristöstä) ja Kemijärven alueelta (esimerkiksi Kemijärven yhteismetsän Kummunvaaran ja Tunturipalon palstoilta). Tutkimuksen otosalueet valitaan yhteistyössä paikallisten metsänhoitoyhdistysten, yhteismetsien ja metsähallituksen kanssa. Tutkittavina ovat metsiköiden tila, taimien (puiden) lukumäärä ja kokoluokat, runkolukusarjat, puun rakenne ja sen muutokset kokoomanäytteisiin perustuvin otosmenetelmin (kokonaisbiomassa, neulaset, oksat, runko, kuidut, kuori, juuret); näytteiden käsittely Salmivaarassa puuston kasvu runkoanalyysein; näytteiden käsittely Salmivaarassa ilmastotekijät (valo, lämpö, tuuli) ekstrapoloiden Ilmatieteen laitoksen pysyvistä, paikallisista säähavainnoista ja täydentäen niitä maastossa nopeasti suoritettavin otoksin typpi-aineenvaihdunta ja typpitaseet kasvustossa (runko, oksat, neulaset) kokoomanäytteisiin perustuvin otosmenetelmin, käyttäen päämenetelmänä aminohappojen seurantaa; näytteiden esikäsittely tapahtuu Salmivaarassa. typpi-aineenvaihdunta ja typpitaseet maassa (juuret, humus ja maavesi) käyttäen päämenetelmänä aminohappojen seurantaa otosmenetelmin; näytteiden esikäsittely tapahtuu Salmivaarassa Superekstensiivinen taso Superekstensiivisen tason lopputavoite on laskea ennuste Itä-Lapin alueen nuorten mäntyvaltaisten talousmetsien tuottamalle energiapuulle. Laskentaa varten tarvitaan ensiksi 1000 metsikkökuvion otos metsäkeskusten, yhteismetsien ja metsähallituksen metsäsuunnittelun tietokannoista. Kullekin kuviolle määritetään tai todennetaan lähtötilanne (metsikön tulee olla mäntyvaltainen, iältään 3-40 vuotta), ja metsikköä kasvatetaan MicroForest Lappi metsikkömallilla seuraavat 50 vuotta ottaen huomioon talousmetsien vallitsevat metsänhoitosuositukset (taimikonhoito ja ensiharvennus). Superekstensiivisen tason pääotoksen 1000 metsiköstä arvotaan 20 50 metsikön alaotos. MicroForest Lappi mallin edelleen tarkentamiseksi alaotosmetsiköt tutkitaan typpiaineenvaihdunnan ja typpitaseiden osalta samoin kuin intensiivisen tason metsiköt. Superekstensiiviseltä tasolta valituissa otantametsiköissä tutkittavana ovat metsiköiden tila, taimien (puiden) lukumäärä ja kokoluokat, runkolukusarjat, puun rakenne ja sen muutokset kokoomanäytteisiin perustuvin otosmenetelmin (kokonaisbiomassa, neulaset, oksat, runko, kuidut, kuori, juuret); näytteiden käsittely Salmivaarassa
puuston kasvu runkoanalyysein; otosmenetelmin, näytteiden käsittely Salmivaarassa ilmastotekijät (valo, lämpö, tuuli) ekstrapoloiden Ilmatieteen laitoksen pysyvistä, paikallisista säähavainnoista typpi-aineenvaihdunta ja typpitaseet kasvustossa (runko, oksat, neulaset) kokoomanäytteisiin perustuvin otosmenetelmin, käyttäen päämenetelmänä aminohappojen seurantaa; näytteiden esikäsittely tapahtuu Salmivaarassa (alaotosmetsiköt) typpi-aineenvaihdunta ja typpitaseet maassa (juuret, humus ja maavesi) käyttäen päämenetelmänä aminohappojen seurantaa otosmenetelmin; näytteiden esikäsittely tapahtuu Salmivaarassa (alaotosmetsiköt) 11 Otoshierarkialta toiselle etenevä analysointi ketjuttaa MicroForest Lappi laskennan ja todentaa (validifioi) mallilaskennan toimivuuden superintensiivisen, intensiivisen, ekstensiivisen ja superekstensiivisen otostason välillä. Loppuvaiheessa superintensiivisen tason (1000 otosmetsikkökuviota) laskenta laajennetaan koskemaan kaikki Itä-Lapin talousmetsien nuorten metsien metsikkökuvioita. Lopputulos on vuosittainen ennuste koko Itä-Lapin nuorten talousmetsien energiapuun tuottomahdollisuuksista, eri metsänhoitovaihtoehdot ja maaperän viljavuuden sekä metsäekosysteemin moninaisuuden säilyttämisen tavoitteet huomioon ottaen. Hankkeen organisaatio (pääosaksi 1. vaihe) Hanke toteutetaan Helsingin yliopiston Värriön tutkimusasemalla. Tutkimusaseman johtaja on samalla hankkeen johtaja. Hankkeeseen perustetaan 5-henkinen ohjausryhmä, jonka jäseninä ovat Pohjois-Suomen edustajat kolmelta sektorilta sekä Metsäntutkimuslaitoksesta ja Helsingin yliopistosta: Pohjois-Suomen kunnat Pohjois-Suomen metsätalous Pohjois-Suomen energiatalous Metsäntutkimuslaitos Helsingin yliopiston metsäekologian laitos Hankkeen rahaliikenne kulkee Värriön tutkimusaseman kautta. Hankkeen alustava kustannusarvio ensimmäiselle vaiheelle (1,5 vuotta) Palkat Värriö 2-3 htv / vuosi 125,000 E / v Oulanka 1-2 htv / vuosi 75,000 E / v Salmivaara 5-10 htv / vuosi 375,000 E / v Helsingin yliopisto 1-2 jatko-opiskelijaa 75,000 E / v Oulun yliopisto 1-2 jatko-opiskelijaa 75,000 E / v Tutkimuslaitteet ja niiden kehittely 25,000 E / v Matkat 10,000 E / v Yht. 760,000 E / v Rahoitustaso (1,5 vuotta) 1,140,000 E
12 Hankkeen alustava kustannusarvio toiselle vaiheelle Hankkeen kustannusarvio koostuu kolmesta päälohkosta Palkat Värriö 5-10 htv 5 vuoden ajan 375,000 E / v Oulanka 3-6 htv 5 vuoden ajan 225,000 E / v Salmivaara 10-20 htv 5 vuoden ajan 750,000 E / v Helsingin yliopisto 2-4 jatko-opiskelijaa 150,000 E / v Oulun yliopisto 2-4 jatko-opiskelijaa 150,000 E / v Tutkimuslaitteet ja niiden kehittely 25,000 E / v Matkat 10,000 E / v Yht. 1,685,000 E / v Rahoitustaso (6 vuotta) 10,110,000 E Yhteenveto Esitetyn hankkeen Pohjois-Suomen energiapuun tuottomahdollisuudet seurauksena Puun energiakäyttö tulee Pohjois-Suomen alueella lisääntymään sekä alueellisesti että etenkin puun energiajalosteiden vientinä. Puulle kehitetään uusi 2000-luvuin energiajaloste, metallurginen puuhiili. Pohjois-Suomessa on paljon ensiharvennusiässä olevia nuoria metsiä; ne saavat tulevaa tukkipuun tuotantoa varten oikein ajoitetun, tarvittavan metsänhoidon; tukkipuun tuleva tuotos turvataan ja se kohenee Puuenergian tuotanto, jalostus, käyttö ja markkinointi luovat alueelle uusia, pysyviä työpaikkoja Tarvittavien tutkimuslaitteistojen rakentaminen vaatii hyvän tietopohjan ja luo alueelle erikoisosaamista Hahmottamamme tutkimushanke tuottaa tämän, metsä- ja energiasektorin kehittämisessä ja Pohjois-Suomen elinkeinopolitiikan ja aluetalouden pohjana tarvittavan tiedon. Helsingissä 31.10.2005 Pertti Hari ja Veli Pohjonen