1. No category

SUOMEN METSIEN
KASVUN LISÄÄNTYMISEN
SYYT JA SEURAUKSET
TUTKIMUSSUUNNITTELUA
JA
MAASTOTYÖT 2007:
• Kasvutrendimetsiköiden mittaukset
• Lapin vuosilustoindeksin mittaus
• Lapin 7640-vuotinen lustokalenteri
• Pulmankijärven lustokalenteri
• Mekrijärven lustokalenteri
Kari Mielikäinen
Mauri Timonen
Samuli Helama
1
1. JOHDANTO ................................................................................................................... 3
11. Suomen metsien kasvusta ja trendeistä..................................................................... 3
12. Puun kasvumalli.................................................................................................... 4
2. TUTKIMUKSEN TAVOITTEET ................................................................................. 5
21. Tieteelliset tavoitteet:................................................................................................ 5
22. Tutkimusaineiston hyödyntäminen........................................................................... 5
3. TUTKIMUKSEN TOTEUTUS ...................................................................................... 6
31. Mitä mitataan? .......................................................................................................... 6
32. Menetelmät ............................................................................................................... 6
33. Koemetsiköiden valinta ............................................................................................ 7
34. Otoskoon määrittäminen........................................................................................... 8
35. Koepuiden valinta ..................................................................................................... 8
4. VALITUT KOHTEET.................................................................................................. 10
41. Lapin vuosilustoindeksin koealat............................................................................ 10
42. Kasvutrenditutkimuksen metsiköt .......................................................................... 10
43. Etelä-Suomen metsien kasvutrendit....................................................................... 10
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 ..... 11
5. KOEPUIDEN VALINTA JA MITTAUKSET............................................................. 11
51 Kairauskoepuiden valinta valituissa metsiköissä..................................................... 11
52 Mitattavat tunnukset................................................................................................. 12
521. Koealakohtaiset tunnukset ................................................................................ 12
522. Metsikkötunnukset............................................................................................ 12
523. Puutunnukset..................................................................................................... 12
524. Puiden kairaus................................................................................................... 12
5. ALUSTAVA ORGANISOITUMINEN ....................................................................... 12
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 (Motsegorsk, 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, harven-
3
nukset, 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
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):
jossa:
Rt = At + Ct + δD1t + δD2t + Εt ,
Rt
At
Ct
D1t
D2t
Εt
t
[1]
= havaittu kasvu
= puun biologisesta iästä aiheutuva trendi vuosiluston leveydessä
= ilmastosta aiheutuva kasvuvaikutus
= metsikön sisäisistä (endogeenisistä) tekijöistä aiheutuva kasvuvaikutus
= ulkoisista (eksogeenisistä) tekijöistä aiheutuva kasvuvaikutus ja
= selittämätön kasvuvaikutus
= aika (vuosi)
Ilmastoa kuvaavat tärkeimmät tekijät (Ct) ovat Suomessa lämpötila ja sademäärä. Metsikön sisäisiä tekijöitä (D1t ) ovat mm. metsikkörakenne ja puuston tiheys, puiden välinen
kilpailu, kukkiminen ja siementuotanto. Ulkoisia tekijöitä (D2t) ovat mm. hakkuut, metsäpalot, hyönteistuhot, taudit, saasteet, tuulet, tulvat ja myrskyt. D1t:n ja D2t:n yhteydessä
esiintyvä parametri δ voi saada arvon 0 tai 1 sen mukaan, vaikuttaako tekijä vuonna t
mallissa vai ei. Selittämätöntä kasvun vaihtelua (Εt) aiheuttavat mm. kasvupaikan maaperäominaisuuksien vaihtelu, rinteen kaltevuussuunta ja mittausvirheet.
Kaikkien kasvuun vaikuttavien tekijöiden (At ... Εt) mallintaminen yhtaikaisesti on vaikeaa. Syynä ovat erityisesti Cookin mallissa erittelemättömät yhdysvaikutukset (A tCt,
δAtD1t, δAtD2t, AtEt, δCtD1t, 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 (Ct). Se erotetaan muista tekijöistä (At, D1 ja
D2t) sekä otanta- että mallitusteknisin keinoin.
4
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,
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 kes-
kinäiset 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 viidestä 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) FM 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.
WorldClimates2 - 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)
1
http://lustiag.pp.fi/holocene_trends1000_INQUA.pdf
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)
2
5
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.
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 viisi osa-aineistoa.
Niiden keruussa sovelletaan puuntuotoksen tutkimussuunnan julkaisussa (Vuokila 1986)
esitettyjä periaatteita. Niiden lähtökohtana on minimoida tekijöiden D1t ja D2t 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 kairataan vähintään kolmelta vaihtelevan säteiseltä osakoealalta
siten, että kullekin tulee keskimäärin 30 kriteerit täyttävää kairauskoepuuta.
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 kasvutrendin3
Ikärajoituksen yhteydessä käytetty merkintä + tarkoittaa sitä, että puilla ei ole varsinaista
yläikärajaa. Valitsemalla aineistoon myös erittäin vanhoja puita päästään testaamaan
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.
6
Harin ja Arovaaran (1988) tutkimuksessa4 havaittua joidenkin vanhojen puiden voimakasta kasvureaktiota viime vuosikymmeninä.
Tarvitsemme tutkimustamme varten 30—500 -vuotiaiden puiden kasvuja alueilla, joilla
ei ole tehty vuosikymmeniin hakkuita tai 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. Keräsimme
1990-luvun alussa kaikkiaan 15 koealaa käsittäneen primääriaineiston seuraavilta alueilta: Ilomantsin Koivusuo ja Petkeljärvi, Lieksan Patvinsuo, Padasjoen Vesijako, Ruoveden Helvetinjärvi ja Saarijärven Pyhä-Häkki. Jokaiselta koealalta kairattiin kymmenen
puu kasvu eli yhteensä 150 näytettä. Puita ei kaadettu eikä ympäristöä vahingoitettu.
Pohjois-Suomen tutkimusaineisto on uusi ja se kerätään Etelä-Suomen aineistoa laajempana ja monipuolisempana. Tavoitteena on kerätä kairausnäytteitä 14 alueelta, joissa
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 tulisi 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 – 200+ 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
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.
7
pitkiä (vähintään 35 - 40 % puun pituudesta). Ympyräkoealoja tulee olla vähintään kaksi,
mieluiten kolme metsikköä kohden.
34. Otoskoon määrittäminen
Kappaleen teksti mukailtu Pentti Roiko-Jokelan (1979) laatiman Kasvuindeksipalvelun
alustava suunnitelmasta5 Otoskoko lasketaan tutkittavan ilmiön varianssin tai variaatiokertoimen (C) mukaan, joka tässä tapauksessa ilmaistaan prosentteina keskiarvon suhteen.
Kasvun vaihtelusta on meillä käytettävissä sangen niukasti tutkimukseen pohjautuvaa
tietoa. Tällä tarkoitetaan vuosittaista, alueittaista (etelä-pohjoinen) 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. Nojautumalla olemassa olevaan käsitykseen variaatiokertoimen muutoksesta Pohjoiseen päin on luonnosteltu kuvan 1 mukainen riippuvuus.
Tutkittavan metsikön vuosilustoindeksin estimaatti 95 %:n todennäköisyydellä ei poikkea
annetuista tarkkuusvaatimusrajoista, jos edustavasti mitataan seuraava määrä koepuita:
Jos halutaan laskea metsikölle vuosilustoindeksin estimaatti, joka 95%:n todennäköisyydellä ei poikkea enempää kuin ± 5 % todellisesta, on koepuuvaatimus 256 puuta. 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.
35. Koepuiden valinta
Ilmastoanalyyseissä indeksi saisi poiketa 5 % todellisesta 95 %:n luotettavuustasolla.
Tämä edellyttäisi laskennallista 256 koepuun määrää metsikköä kohden. Vaatimus on
käytettävissä oleviin resursseihin nähden kuitenkin liian suuri. Onneksi tarkkuutta voidaan kuitenkin parantaa valitsemalla koepuut etukäteen annettujen ohjeiden, ns. kasvunvaihtelun koepuukriteerien mukaan. Tällöin saadaan karsituksi pois sellaista vaihtelua,
joka aiheutuu muista tekijöistä kuin ilmastosta, jolloin vuosilustoihin tallettunut ilmastosignaali tulee selvemmin esille. Sen seurauksena vaihtelut tulevat säännönmukaisemmiksi, mikä vaikuttaa variaatiokertoimen ja otoskoon pienenemiseen. Tässä tapauksessa
otoskoko joudutaan käytännön syistä pienentämään 120:een, jolloin kuvan 1 mukaan
päästään noin 7.5 %:n keskivirheeseen. On vaikeaa arvioida, kuinka paljon ennakkovalinta vaikuttaa variaatiokertoimeen. Tässä tapauksessa toimitaan olettaen, että otoskoko voidaan jopa puolittaa tarkkuuden pysyessä samana (tulkinta: 120 koepuuta ennakkokriteerein antaa ± 5 % tarkkuuden).
5
http://lustiag.pp.fi/data/PRJ79_VKIP_Alustava_Suunnitelma.pdf
8
Otoskoon määrittäminen variaatiokertoimen ja tarkkuusvaatimuksen perusteella
TarkkuusKoepuita/
vaatimus (p), % Puulaji (n)
1
6400
1.5
2844
2
1600
2.5
1024
5
256
7.5
114
10
64
11
53
12
44
13
38
14
33
15
28
16
25
17
22
18
20
19
18
20
16
21
15
22
13
23
12
24
11
25
10
30
7
35
5
t2cv2
n = ————————
p2
p: tarkkuusvaatimus
n: otoskoko, kpl
t: todennäköisyys t=2
Cv : variaatiokerroin
Lapin olosuhteisiin soveltuvalla variaatiokertoimella Cv=40 lasketut otoskoot.
V
il
t i d k i
ti
ti
j k
Kuva 1. Otoskoon määrittäminen Lapin männyn kasvun vaihtelun perusteella.
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.
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;
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. 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. Etelä-Suomen metsien kasvutrendit
Tutkimuskohteet (Liite 1):
1.
2.
3.
4.
5.
6.
-
Ilomantsin Koivusuo
Ilomantsin Petkeljärvi
Lieksan Patvinsuo
Padasjoen Vesijako
Ruoveden Helvetinjärvi ja
Saarijärven Pyhä-Häkki
15 metsikköä 7 kohteessa, yhteensä 250 kairauskoepuuta
10
44. Lapin 7640-vuotisen mäntylustokalenterin täydentäminen
Tutkimuskohteet (Liite 1):
1. Pulmankijärvi
2. Sallan srk:n järvi
3. Kompsiojärvi
-
3 järveä, 200 näytekiekkoa
441. 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.
442. Subfossilisen mäntyaineiston keruu Sallasta ja Kompsiojärveltä
…
443. Subfossilisen mäntyaineiston keruu Mekrijärveltä
…
45. Ilomantsin Linnalammen subfossiilisen mäntylustokalenterin aineistonkeruu
Tutkimuskohteet (Liite 1):
1. Ilomantsin Linnalampi
-
Tavoitteena 100 näytekiekkoa vuonnan2007
5. KOEPUIDEN VALINTA JA MITTAUKSET
51 Kairauskoepuiden valinta valituissa metsiköissä
Pohjois-Suomen ja Etelä-Suomen kasvutrendimittaukset poikkeavat toisistaan. EteläSuomessa toimitaan samoilla mittausohjeilla kuin vastaavassa 1990-luvulla tehdyssä
”Growth Trends of European Forests”- tutkimuksessa.
Pohjois-Suomen 14 kasvurendimetsikössä 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
11
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.
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.
− 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. atkosuunnitelmana on, että tekisimme yhteistyössä Pulmankijärven männyistä kiinnostavan paperin,
tietenkin edellyttäen, että jos saadaan hyvä aineisto. Pitää miettiä kysymyksenasettelu ja
käytettävät metodit.
Työryhmään kuuluvat ainakin Kari Mielikäinen, Kari Mikkola, Samuli Helama, Marc
Macias, Tauno Luosujärvi ja allekirjoittanut.
Geologisen puolen asiantutnijaksi Gtk:sta on lupautunut mukaan voisi olla mukana Raimo Sutinen. Voimme ottaa mukaan vielä joitakin muitakin, jos katsomme heidän tuovan
lisäkontribuutiota tutkimukseen.
12
Suunnitelmana on tehdä kahden päivän tutustumismatka Pulmankijärvelle tämän kuun
viimeisellä viikolla. Lähtö Rovaniemeltä tiistai-iltana 25.9, jolloin ajo Inarin Riutulaan
(350 km), jossa yöpyminen. Aamulla ajo Pulmankijärvelle (250 km). Loppupäivä ja seuraava päivä iltapäivään klo 14 saakka on työskentelyä. Majoitus Utsjoella. Paluu Rovaniemelle to 27.9.
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.
Liite 6. Pohjois-Suomea koskevat kasvutrendiaineistot kerätään 14 osa-alueelta. Kultakin osaalueelta 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