Dendroclimatic Studies in Pallas-Ylläs National Park Analysis for Dendrochronological Variability and Associated Natural climates in Pallas-Ylläs national park - the last 500 years. Research plan for Metla s project 3395 (Criteria for sustainable use and consolidation of land uses in Pallas-Ylläs national park - pilot study)/ subproject 2/ dendroclimatic approach Mauri Timonen Versio 6 The Finnish Forest Research Institute, Rovaniemi Forest Research Station ---------------------------------------------------------------------------------------------- Research project 3395-02
Sisällys DENDROKRONOLOGISET TUTKIMUKSET PALLAS-YLLÄSTUNTURIN KANSALLISPUISTOSSA... 5 A. johdanto... 5 B.TUTKIMUSONGELMAT... 7 hankkeen päätavoite:... 8 lustotutkimuksen avaintulokset:... 8 tulostavoitteet:... 8 C. tutkimusaineiston hankintaan vaikuttavat tekijät... 9 C. tutkimusaineiston hankintaan vaikuttavat tekijät... 9 Viitteet:... 22 ------------------------------------------------------------------------ ETUKANSI. Kukastunturin lustotutkimusta koskeva koejärjestely. Tunturiseudun ilmaston pienalueittaisen vaihtelun selvittämiseksi laaditaan lustosarjat sekä metsänrajalle (A) että tunturin juurella sijaitsevan järven (Kukaslompolo) välittömään tuntumaan (B). Yhtenäisellä oranssiviivalla merkityt alueet ovat lustonäytteiden keruulueita. Vihreä pisteviiva kuvaa männyn metsänrajaa. Tunturin laen kautta kulkevilta linjoilta selvitetään mm. puiden ikäjakauma viime vuosisatojen metsänrajapuusukupolvien selvittämiseksi. Kohteiden valinnassa käytetään peruskarttoja, satelliittikuvia, väärävärikuvia ja Metsähallituksen kasvillisuusluokituskarttoja, joita tarkastellaan GIS-tekniikan mahdollistaminen keinoin Maanmittauslaitokselta hankitun digitaalisen korkeusmallin avulla. Koepuut valitaan GPS-pohjaisella otannalla. Vastaavat koejärjestelyt toteutetaan myöhemmin viidellä muulla tunturilla TAKAKANSI. Kuten edellä, mutta näkymiä useammasta kuvakulmasta katsottuna. 3
Lustotutkimuksen nykynäkymät Ympäristönmuutosta koskevat tutkimukset perustuvat yhä useammin monitieteiseen kysymyksenasetteluun ja pitkiin aikasarjoihin. Monitieteiseen lähestymistapaan, tai tieteenfilosofien ilmaisua käyttäen: logiikkaan, perustuva tutkimusote kannustaa huolelliseen tutkimuksen viitekehyksen määrittelyyn, jolloin myös kysymyksenasetteluun saadaan terävyyttä ja laajuutta. Pitkät aikasarjat puolestaan ovat laajentaneet tutkimusten aikaperspektiivin kymmenistä ja sadoista vuosista tuhansiin vuosiin. Menneisyydestä saatu ilmastotieto tarjoaa vertailukohdan selitettäessä nykyisiä tai tulevia tapahtumia. Aikaperspektiivi on laajentunut myös METLAn tutkimuksissa kymmenistä ja sadoista vuosista tuhansiin vuosiin. Metsien kehitystä on nyt mahdollista tarkastella aiempaa monipuolisemin, sillä esimerkiksi tieto muinaisten metsänrajojen sijainnista auttaa arvioimaan nykyisten ilmastovaihteluiden merkitystä holoseeniajan metsähistorian näkökulmatsa. Vuodesta 1993 alkanut voimakas kehitys Metlan lustotutkimuksessa perustuu monitieteiseen lähestymistapaan, yhteistyöhön kansainvälisen tiedeyhteisön kanssa ja dendrokronologisten tutkimuslaboratorioiden perustamisiin Rovaniemelle ja Kolariin. Suotuisan kehityksen vauhdittajana oli prof. Kari Mielikäinen, jonka johtamassa Kasvun vaihtelututkimushankkeessa (nro 3042) vuosina 1992-96 panostettiin dendrokronologisen tutkimuksen kehittämiseen Hankkeen loppuraporttina vuonna 1998 julkaistua kirjaa Puun muisti voi pitää Metlan ja suomalaisenkin lustotutkimuksen suunnannäyttäjänä. Kasvun vaihtelun hankkeen loputtua 1996 alkoi eurooppalaisten lustotutkijoiden suururakka, EU-rahoitteinen Advance-10K-projekti. Projektiin osallistui9 maasta noin 40 eurooppalaista alan tutkijaa. Projekti oli Suomelle menestyksekäs, sillä hyvällä kansallisella yhteistyöllä saatiin päätökseen prof. Matti Erosen jo vuonna 1974 aloittama suurtyö: Lapin metsänrajamännyn 7633-vuotisen lustosarja. Sen julkaiseminen Holocene-sarjassa merkitsi kotimaisen lustotutkimuksemme nousua kansainväliseen tietoisuuteen. Sen merkkinä ovat lukuisat alan huippututkijoiden vierailut täällä. Menestyksen avaintekijät lustotutkimuksessa perustuvat useaan seikkaan: 1) riittävään osaamiseen; 2) Metlan toimintaan lustotutkimuksen taustaorganisaationa; 3) hyvään kansainvälinen verkostoyhteistyöhön; 3) tutkimuskohteeseemme metsänrajamäntyyn, jota ilmastovasteensa vuoksi pidetään jopa herkimpänä tunnettuna proksilämpötilamittarina. Lisäksi se säilyy hyvin järvien pohjamudissa ja soissa, mikä mahdollisti maailman 4. pisimmän puulustosarjan laatimisen. Maailmassa on vain muutamia yli 8000-vuotisia sarjoja, mutta niiden ilmastovaste on paljon heikompi kuin Lapin männyllämme. 5) Osansa menestyksestä ansaitsee myös lustotutkimukseen kohdistuva kehittelytyö, joka erityisesti Lustia-hankkeen kautta avaa Metlalle paitsi tieteenalakohtaisia myös ympäristö- ja ilmastomuutostutkimukseen painottuneita lustotutkimusprojekteja. Oman mielenkiintoisen alueensa muodostaa Lustia-hankkeen kansainvälinen yhteistyö lusto- ja metadatoihin liittyvässä arkistoinnissa, jossa ovat mukana mm. Arizonan yliopisto ja data-arkistointiin erikoistunut NOAA. Järjestelmällinen laboratoriomuotoista tiimityöskentely sekä innovatiivinen uusia näkökulmia aukova tutkimusote on välttämätötä. Rovaniemen ja Kolarin tutkimusasemien välinen lustotutkimusyhteistyö on toiminut päänavaajana työssä, jonka tavoitteena on yhdistää ja yhtenäistää Metlan lustotutkimustoiminnot. Ajatuksena on luoda laitoksen lustotutkimusresursseista suurlaboratorio, jolla on käytettävissään 30-50 henkilön ja parinkymmenen lustonmittauslaitteen kapasiteetti. Näyttää siltä, että lustotutkimuksen erikoishankkeen Lustian käynnistyminen kuluvan vuoden (2004) alussa on Metlalle paljon merkittävämpi asia kuin toistaiseksi pystytään arvioimaan. Lustimaa Pallas-Ylläspuistossa käynnistettävä lustotutkimus perustuu viimeisimpään tietoon Mauri Timonen 4
DENDROKRONOLOGISET TUTKIMUK- SET PALLAS-YLLÄSTUNTURIN KAN- SALLISPUISTOSSA A. JOHDANTO Luonnonolot kestävyyden kriteerinä. Pallas-Yllästunturin kansallispuiston toimintojen kehittäminen kestävän käytön periaatteella edellyttää pitkäjänteistä suunnittelua. Yksittäiset puut saattavat elää puistossa yli 500-vuotiaiksi ja yksittäisen metsikön kiertoaikakin nousee helposti useisiin satoihin vuosiin. Suurilmastossa tapahtuvat muutokset ohjaavat metsänrajaseudun luonnonolojen kehitystä. Ilmaston vaihtelu on metsänrajametsien kannalta rajua, mikä ilmenee mm. metsänrajan heiluriliikkeenä lämpimien ja kylmien ilmastojaksojen vuorotellessa. Männyn metsänrajan tiedetään sijainneen jopa 80 km nykyistä pohjoisempana ja 200 metriä nykyistä ylempänä 6000-4000 vuotta sitten atlanttisella kaudella, jolloin ilmasto oli nykyistä 1-2 astetta lämpimämpi (Helama et. al 2002). Metsänrajan vetäytyminen on tapahtunut asteittain. Noin 4000 vuotta sitten alkanut ja pari tuhatta vuotta kestänyt viileämpi jakso, joka myös muuttui kosteammaksi noin 2500 vuotta sitten, merkitsi uudistumisen kannalta vaikeutuvia olosuhteita. Ankarimmillaan ilmasto lienee ollut jaksolla 500 ekr - 100 jkr, mikä on voitu todeta mm. vaikeutena löytää nykyisen metsänrajan ulkopuolelta, ja jopa nykyiseltä metsänrajaltakin, mäntyjäänteitä tutkimustarkoituksiin. On yleisemminkin havaittu, että metsänrajalta löytyneiden puujäänteiden lukumäärä kuvaa varsin hyvin vallinneen ilmaston lämpötilavaihteluita. Olosuhteet paranivat asteittain saavuttaen lämpötilahuippunsa 1200-luvulla keskiajan lämpökaudeksi kutsutulla jaksolla 900-1400 jkr., mikä näkyy myös männyn metsänrajan siirtymisenä takaisin puuttomille alueille. 1500-luvun alkupuolella alkoi pieneksi jääkaudeksi kutsuttu viileä jakso, joka kesti 1900-luvun alkuun saakka. Ilmasto ei kuitenkaan ollut kyseiselläkään jaksolla koko aikaa epäsuotuisa. Nykyisellä metsänrajalla kasvavien puusukupolvien perusteella voidaan päätellä, että ainakin 1750-luvulla männyn uudistumiselle oli suotuisat olosuhteet. On kuitenkin selvää, että 1900-luvun alussa tapahtunut ilmaston lämpeneminen on palauttanut metsänrajan heiluriliikkeen ylös ja pohjoiseen. Metsänrajametsien uudistuminen keskittyy lämpimiin ilmastojaksoihin. Keskilämpötilan lasku, vuotuisen vaihtelun äärevöityminen tai muutokset lämpimien kesien rytmittymisessä johtavat metsien harvenemiseen ja lopuksi, olemassa olevien puusukupolvien kadottua, metsänrajan alenemiseen. Keskilämpötilan nousu puolestaan todennäköisesti parantaa metsien uudistumista, mutta toisaalta tuhojen osuus saattaa kasvaa. Metsänrajan vetäytyminen suotuisampiin olosuhteisiin on vähittäistä. Aluksi metsänrajametsät harvenevat metsänrajan pysyessä paikallaan, sillä luontaista uudistumista tapahtuu edelleenkin. Kun uutta puusukupolvea ei metsänrajalle enää synny, ja vanha puusukupolvi väistyy, muodostuu seuraava metsänraja kohtaan, jossa uudistumista on tapahtunut. Uuden ja vanhan metsänrajan välisellä vyöhykkeelle muodostuu keloista ja kantojuurakoista muodostuva puujäämistö, joka vähitellen lahoaa pois. Kelojäänteet saattavat säilyä tutkimustarkoituksiin kelvollisina yli 500 ja tervaksiset kannot jopa yli 1000 vuotta. 5
Tällaisessa luonnonoloiltaan vaihtelevassa ympäristössä on suunnittelua tehtävä jopa yli tuhatvuotisella aikajänteellä, jos aiotaan hallita tavoiteltuja kehityssuuntia. Näin pitkällä aikajänteellä toimiminen on tieteenkin haasteellinen tehtävä, sillä on voitava huomioida ilmaston vaihtoehtoiset kehityssuunnat ja niihin sisältyvät yllätykselliset tekijät. Ilmaston aiempi käyttäytyminen (kuva 2)ääritilanteineen antaa perustietoa tulevasta ilmastosta auttaen päätöksenteossa ja puiston tulevan toiminnan suunnittelussa. Aikaperspektiivit. Erosen (1995) mukaan on suuri määrä ympäristöongelmia, joita ei voida kunnolla ratkaista ilman tietoa aikaisemmasta kehityksestä ja kaiken aikaa vaikuttavista geologisista prosesseista. Näkökohta on otettu huomioon uusissa kansainvälisissä ympäristöohjelmissa, joissa on tullut keskeiseksi pitkien aikasarjojen kokoaminen. Korhola (1994) korostaa aikaperspektiivin merkitystä pitkien havaintosarjojen yhteydessä. Perusteluiksi hän esittää seuraavat teesinsä : Ihmisen vaikutus luontoon tunnistetaan parhaiten vain silloin, kun luonnon oma vaihtelurytmiikka tunnetaan riittävän hyvin. Tulevia tapahtumia arvioitaessa on tiedettävä mahdollisimman paljon menneisyydestä. Ilman pitkäaikaisia havaintoja tutkijoilta puuttuu aikaperspektiivi, mikä seikka voi johtaa heidät helposti harhaan. Puun muisti. Puuta voi luonnehtia historiankirjaksi, josta sen elinvaiheet, vallinnut ilmasto ja monet ympäristön tapahtumat ovat tietyin edellytyksin luettavissa tuhansien vuosien ajalta vuoden, ja joskus jopa viikkojenkin tarkkuudella. Puun muisti 1 perustuu neljään tekijään: 1) vuodesta toiseen vaihtelevat sääolot rekisteröityvät puun solukkoihin erilevyisinä vuosirenkaina eli lustoina; 2) poikkeuksellisten vuosien aiheuttamat normaalia kapeammat tai leveämmät lustot ovat tunnistettavissa sormenjälkien tapaan useimmista saman ilmastoalueen puista; 3) vuosilustot reagoivat herkästi myös kasvuympäristössä tapahtuneisiin muutoksiin ja 4) puuaines voi säilyä lahoamattomana tuhansia vuosia. Puun muistin tutkimiseen erikoistunutta tieteenalaa kutsutaan dendrokronologiaksi eli puulustotieteeksi. Lustotutkimuksen vahvuus on vuodentarkoissa ajoituksissa, mikä antaa eri tieteenaloilla työskenteleville tutkijoille yhteisen kalenterivuosiin sidotun kiinnekohdan tutkittavan ilmiön selvittämiseksi. Lustotutkimuksen mahdollisuuksia hyödynnetään lukuisilla tieteenaloilla, joista esimerkkeinä mainittakoon dendroekologia, dendroklimatologia, dendrokemia, dendrogeologia, dendrogeomorfologia, dendroarkeologia, dendrohydrologia ja kulttuuri-ilmiöt. Monitieteinen lähestymistapa soveltuu erityisen hyvin Pallas-Yllästunturin kansallispuiston luonnonolojen ja käytännön toimintamahdollisuuksien selvittämiseen. Dendrokronologisen tutkimuksen sisällyttäminen puistossa tehtävään tutkimukseen mahdollistaa erilaisiin aikajänteisiin perustuvien tulkintojen tekemisen, mikä on tärkeää puiston tulevaa toimintaa suunniteltaessa. Lustotutkimuksen perusmalli. Puun kasvu on monimutkaisen kasvuprosessin ja lukuisten ympäristötekijöiden tulosta. Tutkijoilla on vain harvoin mahdollisuus seurata tätä prosessia reaaliajassa. Yleensä tutkimus käynnistyy vasta jälkikäteen, jolloin lustonäytteet ovat tärkein tietolähde. Lustotutkimukset perustuvat yleensä Cookin (1992) käsitteelliseen malliin, jossa kuvataan yksinkertaisella tavalla puun kasvun vaihtelun keskeiset tekijät: 1 Vuosilustoihin sisältyvää ilmasto- ja muuta ympäristötietoa kutsutaan tässä yhteydessä puun muistiksi. 6
R t = A t + C t + δd1 t + δd2 t + t, jossa: R t = havaittu lustosarja A t = luston biologisesta iästä aiheutuva trendi C t = ilmastosta aiheutuva vaihtelu D1 t = metsikön sisäisistä (endogeenisistä) tekijöistä aiheutuva kasvun vaihtelu D2 t = ulkoisista (eksogeenisistä) tekijöistä aiheutuva kasvun vaihtelu ja = selittämätön, edellisiin kuulumaton vaihtelu. t t 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 ( t ) aiheuttavat mm. kasvupaikan maaperäominaisuuksien vaihtelu, rinteen kaltevuussuunta ja mittausvirheet. Tutkimustulosten laatu riippuu siitä, kuinka hyvin tutkittavaa tapahtumaa kuvaava kasvukomponentti (signaali) saadaan erotetuksi muista kasvun vaikuttavista tekijöistä (kohina). Kaikkia kasvuun vaikuttavia tekijöitä A t... t ei voida mallintaa. Siksi on tavanomaista, että jo aineiston keruuta suunniteltaessa pohditaan keinoja tutkittavan signaalin esiin saamiseksi ja häiritsevän taustakohinan vaimentamiseksi. Ristiinajoitus ja ajoittaminen. Yksittäinen puu voi tallettaa tietoa muistiinsa vain elinkaarensa aikana. Koska puut elävät Suomessa yleensä muutamia satoja vuosia ja vanhimmatkin korkeintaan 1100-vuotiaiksi, voidaan niiden vuosilustotiedoilla päästä enintään vuosituhannen verran taaksepäin historiassa. Muistin pidentäminen tuhansiin vuosiin edellyttää kuolleen puuaineksen (rakennuspuut, kelot, kannot ja subfossiilipuut) lustotietojen liittämistä elävistä puista saatuun aineistoon. Osittain samaan aikaan kasvaneet puut yhdistetään toisiinsa sarjaksi ristiinajoittamalla eli tahdistamalla näytteet niistä löytyvien samankaltaisten kasvurytmien avulla. Yhdistäminen voidaan tehdä näytteiden kesken kelluvasti, jolloin sarjaa rakennetaan tietämättä sen sijaintia kalenterivuosiasteikolla. Jaksollinen vaihtelu A B Äkillinen muutos keskimääräisessä yleisuunnassa Kvasijaksollinen vaihtelu Kuva 1. Esimerkkejä erilaisista ilmastonvaihteluista ja -muutoksista (Haren mukaan). Lähde: Eronen 1991, s. 236. C Aleneva trendi keskimääräisessä yleissuunnassa Vakaat keskimääräiset yleissuunnat (pysyvät olot) Kasvava vaihtelu D Aika 7
B. TUTKIMUSONGELMAT HANKKEEN PÄÄTAVOITE: Pallas-Yllästunturin kansallispuiston kestävän käytön määrittäminen tutkimuksen keinoin LUSTOTUTKIMUKSEN AVAINTULOKSET: Pallas-Yllästunturin kansallispuiston ilmastohistoria. Alueen ilmastohistorian tunteminen mahdollisimman pitkältä ajalta mahdollistaa nykytilanteen arvioinnin ja luo perustan myös tulevan ilmaston seurannalle. Ilmastonmuutoksen seurantajärjestelmä metsänrajametsissä. Nykyilmaston kehityksen reaaliaikainen seuranta on tarpeen mahdollisten vaihteluiden ja trendien toteamiseksi. Muuttuvan ilmaston vaikutus puistometsien kehitykseen ja uudistumiseen. Puiden kasvun vaihtelun analysoinnista saatavalla tiedolla arvioidaan puistometsissä tapahtunutta kehitystä ja uudistumista. Metsänrajan sijainti viimeisten 500+ vuoden aikana. Tietoa tarvitaan mm. metsänrajan etenemistä kuvaavien mallien laadintaan. Ilmaston vaihteluiden huomioiminen puiston kestävässä käytössä Vaihtoehtoisten toimintamallien käyttökelpoisuutta muuttuvassa ilmastosta testataan ilmastohistoriaan tukeutuvien ilmastoskenaarioiden avulla. Tutkimustiedon välittäminen puiston käyttäjille Lustotutkimus tuottaa runsaasti puiston käyttäjiä palvelevaa ympäristötietoa. Tulosten esittelyssä hyödynnetään Lustia-hankkeessa kehitettyjä tiedonvälityskeinoja. TULOSTAVOITTEET: Puiston männyn, kuusen ja koivun kasvua ja kasvunvaihtelua kuvaavat vuosilustosarjat Sarjat laaditaan erikseen tuntureiden laki- ja laaksoalueille. Sarjojen pituudet: mänty metsänrajalla 500+ vuotta ja laaksoalueilla jopa 8500+ vuotta; kuusi noin 500 v ja koivu noin 300 vuotta; Www-pohjainen lustotietoarkisto Kansallispuistoa koskevien lustotutkimusten aineistojen ja tulosten järjestäminen tiedettä ja matkailua palvelevaksi tietokannaksi (Lustia-hanke); Julkaisutoiminta Vuosilustotietoa hyödyntäviä referoituja ja referoimattomia raportteja puiston ilmastohistoriasta ja puiden kasvusta. 8
C. TUTKIMUSAINEISTON HANKINTA Tavoitteena on selvittää Pallas-Ylläs- kansallispuiston ilmastohistoria mahdollisimman pitkältä, jopa 7500 vuoden pituiselta ajalta. Tutkimus aloitetaan laatimalla noin 500 vuoden pituisia vuosilustosarjoja alueellisesti ja ilmastollisesti vaihtelevilta kohteilta. Kohteita tulee kaikkiaan olemaan kuusi, joista kolme sijoitetaan Pallas-Ylläspuiston alueelle ja loput vertailualueille, joista yksi sijoitetaan Leville, yksi Iso-Syötteelle ja yksi Rukatunturille. ja yksi Saariselälle. Työ aloitetaan Kukastunturilta, joka on sopiva tutkimuskohde helpon saavutettavuutensa ja laella saakka ulottuvat mäntyvaltaisen puustonsa ansiosta. Tavoitteena on laatia viidelle sekä männyn metsänrajalle (Kukastunturin laki) että metaen ja Ilmastomallituksen tarkkuutta voidaan parantaa rajoittamalla lustoikää esimerkiksi välille 40-80 vuotta (Age banding). Tällöin saadaan eliminoiduksi puun biologisesta ikääntymisestä aiheutuva kasvurytmi. Mallitus voidaan tehdä valittujen kalenterivuosien kasvujen perusteella, jolloin malli toimii muiden ajankohtien kasvujen tai ilmaston vertailukohtana. Kasvun perustaso voidaan määritellä esimerkiksi 1900-luvun kasvujen perusteella, jolloin muiden vuosisatojen kasvuntasot joko ylittävät tai alittavat sen riippuen siitä, millainen ilmasto kulloinkin on vallinnut. Aineistonkeruun periaatteet. Ilmaston pitkäaikaisten trendimäisten vaihteluiden selvittäminen vuosilustotiedoista on kasvuprosessin monimuotoisuuden vuoksi vaativa tehtävä. Yleisenä menettelynä dendroklimaattisissa tutkimuksissa on valita koepuut siten, että muista tekijöistä kuin ilmastosta aiheutuvat kasvutekijät minimoidaan etukäteistietoon perustuen. Tässä tutkimuksessa metsiköt valitaan siten, että tekijöiden D1 t ja D2 t vaikutukset minimoituvat jo tutkimusaineiston valinnassa. Siten esimerkiksi puiden välisen kilpailun vaikutusten eliminoimiseksi vuosilustotutkimukset keskitetään pitkään hakkaamattomina säilyneisiin harvoihin metsiköihin. Käsittelemättömäksi määritellään metsikkö, jota ei ole hakattu, lannoitettu tai käsitelty muilla tavoin viimeiseen 50 vuoteen. Lisäksi edellytetään, että metsikkö kasvaa harvahkossa asennossa ja että se on terve. Koepuiksi hyväksytään vain suhteellisen väljässä tilassa kasvavat terveet pää- ja lisävaltapuut. Mentäessä ajassa vuosikymmeniä taaksepäin tarvitaan tietoa metsikköhistoriasta, jotta osattaisiin tulkita oikein puiden kasvussa tapahtuneet muutokset. Tämä tieto on kuitenkin saatavissa vain harvoin, mikä merkitsee jälkikäteen vuosilustoista tehtävää tulkintaa. Vuosilustoindeksien tulkinta edellyttää tietoa metsikön historiasta. Sen selvittäminen ei kuitenkaan ole aina mahdollista, minkä vuoksi indeksit sisältävät aina myös tuntematonta vaihtelua (kohinaa). Indeksit, joiden tarkoituksena on kuvata pelkästään säiden vaikutusta kasvuun, voivat siten sisältää esimerkiksi hakkuista tai metsätuhoista aiheutuvaa kasvun vaihtelua. Järvistä ja soista löytyvien subfossiilimäntyjen historia on vieläkin vaikeammin jäljitettävissä, sillä niiden rungoista voi olla jäljellä vain pieni puunkappale, josta lisäksi puuttuvat ytimen läheiset lustot. Jälkimmäisessä tapauksessa ei voida määritellä lustoleveyden tarkkaa ikäriippuvuutta, mikä estää niiden hyödyntämisen RCS-menetelmässä. Metsikköhistorian tunteminenkaan ei välttämättä takaa menestystä ratkaistaessa tutkimusongelmaa lustoanalyyseillä. Lopputulokseen vaikuttavat myös tutkimuskohteiden valinta, vuosilustojen mittaus- ja tarkistustekniikka, käytetty laskentamenetelmä sekä merkittävissä määrin tutkijan kokemus ja ammattitaito. Kun koepuut valitaan ilmastosignaalin esiin saamista painottavalla tavalla, saadaan selvitetyksi vuosien ja vuosikymmenten välinen ilmastollinen kasvunvaihtelu. Samalla tulevat määritellyksi 9
ns. piikkivuodet (pointer year, event year), joilla tarkoitetaan kasvultaan poikkeuksellisia vuosia tai useiden vuosien muodostamia poikkeuksellisia kasvujaksoja. Kasvuindeksikoepuun valintakriteerit Kasvun vaihteluna (kasvunvaihteluna) tunnettu ilmiö näkyy mm. puiden vaihtelevina pituuskasvuina ja vuosilustoleveyksinä. Vaihtelu aiheutuu ympäristötekijöiden, metsikön sisäisten ja puukohtaisten tekijöiden vuorovaikutuksesta. Niiden jäsentämiseksi tarkastellaan kasvun jakautumista osatekijöihin käsitteellisen mallin avulla (Cook 1992): jossa: R t = A t + C t + D1 t D2 t t, [1] 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 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 voi saada arvon 0 tai 1 sen mukaan, vaikuttaako tekijä vuonna t mallissa vai ei. Selittämätöntä kasvun vaihtelua ( t ) aiheuttavat mm. kasvupaikan maaperäominaisuuksien vaihtelu, rinteen kaltevuussuunta ja mittausvirheet. Kaikkien kasvuun vaikuttavien tekijöiden (A t... t ) mallintaminen yhtaikaisesti on vaikeaa. Syynä ovat erityisesti Cookin mallissa erittelemättömät yhdysvaikutukset (A tc t, A t D1 t A t D2 t, A t E t, C t D1 t jne.), jotka saattavat johtaa mallitusteknisesti hallitsemattomiin tilanteisiin. Siksi on tavanomaista, että jo aineiston keruuta suunniteltaessa pohditaan keinoja tutkittavan signaalin esiinsaamiseksi ja taustakohinan vaimentamiseksi. Kasvuindeksit lasketaan ilmastosignaalista (C t ). Se erotetaan muista tekijöistä (A t, D1 ja D2 t ) sekä otanta- että mallitusteknisin keinoin. Kasvunvaihtelumetsiköiden valintakriteerit on asetettu siten, että mahdollisimman moni kasvun normaaliin rytmiin vaikuttava tekijä tulee eliminoiduksi jo aineistonkeruuvaiheessa. Siten ilmaston vaikutus kasvuun saadaan mahdollisimman hyvin esiin. Ainakin seuraaviin tekijöihin olisi kiinnitettävä huomiota: o metsikkö on mahdollisimman luonnontilainen. Luonnontilaiseksi määritellään metsikkö, jossa ei ole suoritettu hakkuita, lannoituksia tau muita ihmisen toimenpiteitä vähintään 20 vuoteen. o metsikkö kasvaa suhteellisen harvana, jolloin puiden välisen kilpailun vaikutus kasvuun on mahdollisimman vähäinen. o metsikön tulee olla terve. Hyönteis-, sieni-, myrsky ym. tuhot aiheuttavat sekä terveille että sairaille puille kasvureaktion. Reaktio menee helposti ilmastonvaihtelun tiliin, ellei asiaa tunneta 10
Koepuiden valinnassa on huomioitava: o vain suhteellisen väljässä tilassa kasvavat pää- ja lisävaltapuut hyväksytään koepuiksi o koepuun on oltava terve ja elinvoiva Kuva 2..Kukastunturin ja Pitkäjärven tutkimusalueet sijoittuvat parinkymmenen kilometrin eäisyydelle toisistaan. 11
D. TUTKIMUSAINEISTOT D1. Kukastunturin lustotutkimukset Koejärjestelyt Kuva. Kukastunturin koejärjestelyn pääilmansuunnittaiset gradienttilinjat ja lustosarjojen otantasuunnitelmat. 12
Kuva 3. Esimerkki Kuva x. Kukastunturin lustotutkimuksen näytteenottokeoalan kuvaus. 13
14
15
D2. Pitkäjärven lustotutkimukset Tutkimusongelma: Subfossiilimäntyjen ilmastosignaalin luotettavuus. Lapin 7633-vuotinen lustosarja muodostaa tärkeän proksilähteen holoseeni-ilmastoa koskevassa kansainvälisessä tutkimustoiminnassa. Eläviin mäntyihin perustuvat vuosilustoanalyysit osoittavat metsänrajamännyn lustonleveyden ja kesä-heinäkuun lämpöolojen välillä vallitsevan voimakkaan riippuvuuden, ns. ilmastosignaalin. On oletettavissa, että myös kuolleista puista, joita ovat kelot, kannot, rakennuspuut ja subfossiilimännyt, löytyisi vastaava ilmastosignaali. Sen tulkinta ei kuitenkaan ole yksiselitteistä, sillä tiedot niiden kasvuympäristöstä ja kasvuhistoriasta jäävät usein vähäisiksi eläviin puihin verrattuna. Osa järvien rannoilla kasvavista männyistä kaatuu veteen ja hautautuu mutaan, jolloin ne voivat säilyä lahoamattomina jopa tuhansia vuosia. Näiden ns. subfossiili- ja rantapuiden yhteisenä piirteenä on se, että ne ovat kasvaneet samalla kasvupaikalla. Voidaan olettaa, että niiden kasvunvaihteluiden lähteet ovat samanlaiset. On tietenkin mahdollista, että kasvupaikan ominaisuudet järven rannassa ovat vuosituhansien aikana muuttuneet ja jopa vaihdelleet jolloin ilmastosignaalin tulkinta vaikeutuu. Rantapuut toimivat linkkinä subfossiilipuiden ja rannasta kauempana kasvavien puiden välillä. Ydinkysymykseksi muodostuu, kuinka vahva on rantapuiden ilmastosignaali. Niiden kasvupaikka poikkeaa tavanomaisesta, ja puiden välinen kilpailu on rajoittunutta, koska järven puoleinen alue on puutonta. Puiden tyveen muodostuu reaktiopuuta, jos puu on kallistunut järven suuntaan. Järveltä puhaltavat tuulet ja myrskyt vaikuttavat osaltaan puiden kasvuolosuhteisiin. On mielenkiintoinen kysymys selvittää, kuinka hyvin ilmastosignaali loppujen lopuksi näkyy erikoisissa oloissa kasvavissa rantapuissa. Asiaa voidaan tutkia vertaamalla rantapuiden kasvunvaihteluita kauempana, normaaleissa olosuhteissa kasvaviin puihin. Se on tämän tutkimuksen kysymyksenasettelu. Tutkimusmenetelmä: Testataan vesirajan viereisten rantapuiden, rinnepuiden ja tasamaalla kasvavien puiden ilmastosignaaleja toisiinsa. Paikka: Luosun Pitkäjärvi, Kolari. MAASTOTYÖT Kolme aluetta: PitA, PitB ja PitC, jokaisessa kolme toistoa. Toistot: Rantapuiden alueet PitA1, PitB1 ja PitC1 - Kairataan jokaiselta alueelta kaikki puut 10-15 metrin levyiseltä vyöhykkeeltä. - Määritellään vyöhykkeen leveys alueella olevan pisimmän puun mukaan. - Säästetään pienimmät, rinnankorkeusläpimitaltaan alle 10 cm:n paksuiset puut. - Näytteet kolmelta suunnalta kuvan 1 mukaan. - Yksi kairauksista kasvuindeksikoepuun valintakriteerein - Kairataan myös kelot ja kannot - GPS-lukemat - Kairaukset voi aloittaa heti Rinnepuiden alueet PITA2, PitB2 ja PitC2 16
- Kairataan jokaiselta alueelta 30 puuta. - Sovelletaan kasvuindeksikoepuun valintakriteerejä. - Kairaukset voi aloittaa heti - Näytteet läpikairauksena. - Kairataan kaikenikäisiä puita, myös kelot ja kannot - GPS-lukemat Tasamaan alueet PITA3, PitB3 ja PitC3 - Kairataan jokaiselta alueelta 30 puuta - Sovelletaan kasvuindeksikoepuun valintakriteerejä. - Kairaukset vasta syyskuussa, sillä PitA3, PitB3 ja PitC3 muodostavat osan tämän Kuva 1. Rantapuiden kairausohje vuoden kasvuindeksikoealaverkostosta. - Kairataan kaikenikäisiä puita, myös kelot ja kannot - Näytteet läpikairauksena. - GPS-lukemat 17
Kuva 2. Luosun Pitkäjärven tutkimusalue muodostuu kolmesta osa-alueesta, joista jokainen sisältää rantapuusto-osion (PitA1, PitB1 ja PitC1), rinnepuusto-osion (PitA2, PitB2 ja PitC2) sekä tasamaaosion (PitC1, PitC2 ja PitC3). Tasamaa-osion näytteitä käytetään myös metsänrajaseudun vuosilustoindeksin määrittämiseen.
Kuva 3. Pitkäjärven rantapuiden ilmastovastetta koskevan tutkimuksen otanta. 19
Kuva 4. Pitkäjärven rantapuiden ilmastovastetta koskevan tutkimuksen otanta. 20
Liite 1. Malcolm K. Hughesin vierailu Suomessa
VIITTEET: Helama, S., Lindholm, M., Timonen, M. & Eronen, M. 2004. Dendrochronologically dated changes in the limit of pine in northernmost Finland during the past 7.5 millennia. Boreas 33 (3). In press....
Kuva 2. Kukastunturin koejärjestely. Tunturiseudun ilmaston pienalueittaisen vaihtelun selvittämiseksi laaditaan lustosarjat sekä metsänrajalle (A) että tunturin juurella sijaitsevan järven (Kukaslompolo) välittömään tuntumaan (B). Yhtenäisellä oranssiviivalla merkityt alueet ovat lustonäytteiden keruualueita. Vihreä pisteviiva kuvaa männyn metsänrajaa. Tunturin laen kautta kulkevilta linjoilta selvitetään mm. puiden ikäjakauma viime vuosisatojen metsänrajapuusukupolvien selvittämiseksi. Kohteiden valinnassa käytetään peruskarttoja, satelliittikuvia, väärävärikuvia ja Metsähallituksen kasvillisuusluokituskarttoja, joita tarkastellaan GIStekniikan mahdollistaminen keinoin Maanmittauslaitokselta hankitun digitaalisen korkeusmallin avulla. Koepuut valitaan GPS-pohjaisella otannalla. Vastaavat koejärjestelyt toteutetaan myöhemmin viidellä muulla tunturilla (. 23
24