Toimittanut Eero Tikkanen Kuolan saastepäästöt Lapin metsien rasitteena Kuvassa Severonikelin metallisulatto Montsegorskissa. Kuva: Erkki Oksanen Kuolan saastepäästöt Lapin metsien rasitteena Toimittanut Eero Tikkanen Itä-Lap in metsävaurioprojektin loppuraportti Copyright © 1995 Tekstien copyright kirjoittajilla ja kuvien copyright kuvien tekijöilläja kuvaajilla Toimittaja Eero Tikkanen T oimituskunta Eero Tikkanen, puh.joht. Pia Anttila John Derome Satu Huttunen Risto Jalkanen Eeva-Liisa Jukola-Sulonen Pekka Kauppi Kari Mikkola Seppo Neuvonen Pekka Nöjd Jari Oksanen Hannu Raitio Martti Varmola Henry Väre Graafinen suunnitelu Tom Engblom Kristina Lehtinen Kansi Tom Engblom Piirrokset Risto Haikarainen Aarre Jortikka Kari Mikkola Vesa Nivala Valokuvaus Erkki Oksanen Eero Tikkanen Kieliasu Kimmo Kaakinen Eero Tikkanen Taitto Irja Niemelä Projektin logo Jouni Hyvärinen Kari Mikkola Kustannus Maa-ja metsätalousministeriö Metsäntutkimuslaitos Kirjapaino Gummerus Kirjapaino Jyväskylä 1995 ISBN 951-40-1407-3 SISÄLLYS Alkusanat 4 Eero Tikkanen Tutkimuksen tausta ja toteutus 5 Eero Tikkanen Pohjoisen luonnon erikoispiirteet 19 Paavo Havas ja Kari Laine Lapin metsät ja metsäntutkimus 29 Martti Varmola Ilmanlaatuja laskeuma 43 Koonnut Pia Anttila Laskeuman vaikutus metsämaahan 77 Koonneet John Derome ja Henry Väre Jäkälät reagoivat herkimmin 101 Koonnut Jari Oksanen Neulaset ja mäntyjen kunto 121 Koonnut Hannu Raitio Taudit ja tuholaiset mäntyjen lisärasitteena 147 Koonneet Risto Jalkanen ja Seppo Neuvonen Karike ja mäntymetsien tila 165 Koonnut Eeva-Liisa Jukola-Sulonen Mäntyjen kasvu muuttuvasssa ympäristössä 183 Pekka Nöjd ja Pekka Kauppi Satelliittikuvat ja metsävaurioiden laajuus 197 Kari Mikkola Päätelmät 209 Eero Tikkanen Sanasto 218 Julkaisuluettelo 220 Piirrokset tekijöittäin 232 4 Alkusanat Kuolan niemimaan suurista saastepäästöistä ja ympäristötuhoista sekä Lapin puustovaurioista 1980-luvun lopulla kantautuneet uutiset huoles tuttivat suomalaisia. Kun mielikuva Lapista puh taana tausta-alueena alkoi murentua, vaadittiin Kuolan saastepäästöjen rajoittamista ja Lapin puustovaurioiden syiden selvittämistä. Ilman saasteiden vaikutukseen liittyvää tietoa Lapin metsistä oli 1980-luvun lopulla vähän ja se oli hajanaista. Myös valtakunnallisen Happamoitu mistutkimusprojektin yhteydessä tiedot Lapin osalta todettiin puutteellisiksi, ja projektin loppu raportissa esitettiin jatkotutkimuksia Lappiin ja Kuolaan. Toukokuussa 1989 perustettiin Metsäntutki muslaitoksen aloitteesta viisivuotinen, neljän yli opiston ja viiden tutkimuslaitoksen yhteinen Itä- Lapin metsävaurioprojekti. Kaikkiaan projektiin on osallistunut 50 suomalaista eturivin ympä ristöntutkijaa metsäntutkimuksen alalta. Päätavoitteena Itä-Lapin metsävaurioprojek tissa oli selvittää Kuolan saastepäästöjen vaiku tusta Lapin metsiin. Toisena tavoitteena oli pai kantaa ja rajata Kuolan puolella olevia metsä vaurioalueita ja kolmantena tuottaa perustutki mustietoa Lapin luonnosta ja siinä tapahtuvista muutoksista. Projektia on rahoittanut maa- ja metsätalousministeriö. Tässä Itä-Lapin metsävaurioprojektin loppu raportissa esitetään Suomen Lappia ja koko Pohjois-Fennoskandiaa koskevaa ympäristö ongelmaa selvitelleen tutkimusprojektin tulokset. Tuloksissa tarkastellaan mm. Kuolan saaste päästöjen vaikutusta Lapin metsiin, metsäkuo lema-alueiden laajuutta ja vauriovyöhykkeiden laajenemista Kuolassa sekä Lapin metsien ny kyistä kuntoa. Lisäksi raportti sisältää paljon perustutkimustietoa Lapin luonnosta. Metsävaurioprojekti on laajentanut ja tiivistä nyt suomalaisten yliopistojen ja tutkimuslaitos ten välistä yhteistyötä ja luonut uudenlaisen yh teistyön ilmapiirin. Merkittävää on myös tutki musyhteistyön alkaminen suomalaisten ja Kuo lassa ympäristöntutkimusta tekevien venäläisten metsäntutkijoiden kesken. Näiden yhteistutki musten tulokset julkaistaan aikanaan kansain välisissä tieteellisissä ympäristö- ja metsäalan julkaisusarjoissa. Kuolan ympäristöongelmien ja niiden tutkimuksen saama julkisuus on vaikut tanut myös ilmanlaadun mittauksen huomatta vaan lisäämiseen ja tehostamiseen Suomen La pissa; kahden 1980-luvun lopulla toimineen kan sallisen mittausaseman sijasta alueella on nyt Suomen tihein ja parhaiten varustettu tausta ilman laatua mittaava kuuden aseman verkko. Lapin asukkaiden tietoisuus ympäristöasioista ja kiinnostus niitä kohtaan on myös metsävaurio projektin ansiosta kasvanut. Kiitän maa- ja metsätalousministeriötä laajan tutkimuskokonaisuuden rahoittamisesta. Kiitän myös projektin tutkijoita ja muuta tutkimushen kilökuntaa hyvästä yhteistyöstä. Samoin esitän kiitokseni Itä-Lapin metsäorganisaatioiden edus tajille sekä muille metsäluontomme tilasta kiin nostuneille kansalaisille ympäristöongelmien valppaasta esille tuomisesta. Loppuraportin käsi kirjoituksen ovat tarkastaneet dosentti Sylvain Joffre Ilmatieteen laitokselta, professori Erkki Haukioja Turun yliopistosta, tohtori Kari Kinnu nen Lapin vesi- ja ympäristöpiiristä, professori Lauri Kärenlampi Kuopion yliopistosta ja profes sori Eino Mälkönen Metsäntutkimuslaitokselta. Ennakko tarkastajille ja käytännön toimitustyö hön osallistuneille esitän myös parhaimmat kii tokseni. Eero Tikkanen Itä-Lapin metsävaurioprojektin johtaja Tutkimuksen tausta ja toteutus Eero Tikkanen 6 Lapin puustovauriot 1980-luvun lopulla 7 Eero Tikkanen Kuolan ympäristötuhot 9 Eero Tikkanen Itä-Lapin metsävaurioprojektin perustaminen 9 Eero Tikkanen Aineistot ja menetelmät 12 Eero Tikkanen Tutkimustyön vaiheet 14 Eero Tikkanen Koealojen kasvillisuus 15 Henry Väre ja Rauni Ohtonen Tiedonhallinta Itä-Lapin metsävaurioprojektissa 16 Kari Mikkola Kuva 1. Metsikkösadannan keruu Kemijärven intensiivikoealalla. Taustalla karikekeräin. Kuva: Erkki Oksanen 7 Tutkimuksen tausta ja toteutus Ennen 1980-luvun puoliväliä ilmansaasteisiin liittyvää metsävauriotutkimusta tehtiin Suomen Lapissa vähän ja se oli hajanaista. 1 ' 2 Siihen vaikutti käsitys Lapin luon non puhtaudesta ja sen metsien terveydestä ja elinvoi maisuudesta. Puhtaana tausta-alueena pidetystä Lapis ta kerättiin lähinnä vain vertailuaineistoa muualla teh täviin ympäristöntutkimuksiin. Ilmanlaadun mittauk sesta huolehdittiin Sodankylän ja Kevon kansallisilla taustailman laatua mittaavilla asemilla. Valtakunnalliseen Happamoitumistutkimusprojektiin (HAPRO) liittyen Metsäntutkimuslaitos aloitti vuonna 1985 Ilman epäpuhtauksien vaikutus metsiin (ILME) -projektin. Metsien elinvoimaisuuden ja terveydentilan seuraamiseksi Suomeen perustettiin vuosina 1985 ja 1986 valtakunnan metsien 8. inventoinnin yhteydessä yli 3 000 koealaa käsittävä pysyvien metsikkökoealojen verkko. Systemaattiseen otantaan perustuva koealaverk ko perustettiin puhtaammaksi otaksutussa Lapissa har vemmaksi kuin Etelä- ja Keski-Suomessa. Lapin puustovauriot 1980-luvun lopulla Lapin metsien elinvoimaisuuden ja terveydentilan tutki mus tehostui 1980-luvun puolivälin jälkeen. Vuonna 1986 Lappiin perustettiin ILME-projektin tutkimuksia varten noin 390 pysyvää metsikkökoealaa. Koealat ovat valtaosin mäntymetsissä. Osa koealoista on ns. eksten siiviseen ja osa intensiiviseen tutkimukseen tarkoitettu ja. Intensiivisen tason koealoilla tehtävät mittaukset ja havainnot toistetaan vuosittain ja ekstensiivisen tason koealoilla viiden vuoden välein. Koealoilla tehtäviin tut kimuksiin kuuluu mm. havupuiden suhteellisen neulas kadon eli harsuuntumisen arviointi. Harsuuntuneimmat männyt Inarin Lapissa Metsien vuosittainen elinvoimaisuuden seuranta 1986- 89 osoitti, että Lapin harsuuntuneimmat männyt kas voivat Inarin Lapissa (kuva 2). 3 Puiden neulaskato li sääntyi nelivuotisen seurantakauden aikana 10 prosent tiyksikköä. Neulaskato oli sitä yleisempää, mitä van- Kuva 2. Eriasteisesti harsuuntuneita mäntyjä Hietaperänkankaalla Rovanie men maalaiskunnan Vanttauskoskella. Harsuuntuminen arvioidaan kiikarilla tarkastellen ja harsuuntumisluokat ero tetaan 10 %:n välein. hempia metsiköt olivat. län ja pohjoi suuden lisäksi Kuolasta tulevan rikki- ja raskasmetallilaskeuman arveltiin vaikut taneen mäntyjen neulaskatoon Inarin Lapissa. Ankara neulaskato Etelä-Lapissa kesällä 1987 Pohjois-Suomen metsissä havaittiin al kukesällä 1987 odottamaton ilmiö, kun eri-ikäisten havupuiden neulaset alkoi vat karista ennen aikojaan monin pai koin turvemailla sekä lajittuneilla, ka ruilla kangasmailla. Kariseminen alkoi 8 Kuva 3. Voimakkaasta neulaskadosta kärsivä nuori män nikkö Hietaperänkankaalla Rovaniemen maalaiskunnan Vanttauskoskella heinäkuussa 1987. Versosurman aiheuttamia tuhoja Sallassa Vuonna 1988 Itä-Lapista Sallan Narus kalta sekä Suomen ja Venäjän rajavyö hykkeeltä löydettiin vaurioituneita män niköitä. Tuhot olivat pahimpia rajavyö hykkeellä sekä Rikkilehdossa ja Lau takotaojalla. Männyistä löydettiin sur makkasienestä johtuvan versosurman aiheuttamia vaurioita (kuva 4). Verso surmaiset metsiköt keskittyivät vesistö jen äärelle tai muunlaiseen ylänköalueen mäntyä kasvavaan painanteeseen. vanhimmasta neulasvuosikerrasta ja eteni nuorempiin. Aluksi neulaset kellastuivat ja muuttuivat myöhemmin ruskeiksi ennen karisemista. Pahinta tuho oli männyllä (kuva 3). Tutkimusten mukaan neulaskadosta kärsivillä män nyillä oli ravinne- ja vesitalouden häiriöitä. Neulasana lyysit osoittivat, että sairaat puut siirsivät normaalia aikaisemmin liikkuvia ravinteita vanhoista neulasista nuoriin kasvaviin osiin. 4 ' 5 Sen sijaan sellaisia ravinteita, joita kasvit eivät kykene siirtämään, oli nuorimmissa versoissa sairailla puilla vähemmän kuin terveillä ja ver tailualueen puilla. Puiden ravinnehäiriöt johtuivat juuristovaurioista, sillä tutkituilla alueilla oli maa-analyysien perusteella yhtä paljon ravinteita kuin karukkokankailla on keski määrin. Juuristovaurioiden pääasiallinen syy oli vuo sien 1986 ja 1987 poikkeuksellinen sää. Neulaskato oli pahinta Etelä-Lapissa ja Kainuussa eli alueella, jolla tavallista lämpimämmän ja sateisemman syksyn 1986 jälkeen lämpötila laski joulukuun alussa jyrkästi. Anka rat pakkaset routaannuttivat tällöin lähes lumettoman maan nopeasti ja syvälle. Vielä tammikuussa 1987 lumi peite oli 20-30 cm ajankohdan keskiarvoa ohuempi. Sään osuutta vaurioihin osoittaa myös se, että juuret kestävät kylmää versoja huonommin ja niiden talveentu minen alkaa myöhemmin. Lumi on juurille tärkeä suoja kylmää vastaan erityisesti kuivilla karukkokankailla, missä humuskerros ja poronlaidunnuksen vuoksi myös jäkäläpeite ovat ohuita. Säätekijöiden lisäksi ilmansaas teet saattoivat heikentää puiden kestävyyttä, sillä niiden tiedetään aiheuttavan mm. neulasten värinmuutoksia ja ennenaikaista varisemista. Kuva 4. Versosurman vaivaama mänty Lautakotaojalla Sallan Naruskalla kesä kuussa 1988. 9 Sotilaspoliittisista syistä Kuola on ollut ulkomaalaisilta vuosikymmeniä suljettu alue. Kuolan valtavat ympäris tötuhot niemimaan luoteisosassa sijaitsevien Nikelin ja Zapoljarnyin kaupunkien sekä keskiosassa sijaitsevan Montsegorskin kaupungin ympäristössä tulivat suoma laisten tietoisuuteen vasta 1980-luvun lopulla. Teolli suuskeskuksissa yli 50 vuotta toimineet nikkeli-kupa risulatot ovat kuormittaneet ympäristöä voimakkaasti ja vaurioittaneet metsiä ennennäkemättömällä tavalla. Suuret rikkidioksidi- ja raskasmetallipäästöt ovat tu honneet kasvillisuuden laajoilta alueilta kokonaan, ja eroosio on kuluttanut kallioperän päällä olevan irtaimen maan (kuva 5). Venäläisten tutkijoiden arvioiden mu kaan kokonaan tai lähes kokonaan kasvittomat teolli suusaavikot sulattokaupunkien ympäristössä ovat usei den satojen neliökilometrien laajuisia. 6 Alueiden pohjoi nen sijainti on tehostanut ilmansaasteiden vaikutusta. Vuonna 1989 ilmestyneessä silloisen Neuvostoliiton aluetta koskevassa ympäristön tilan raportissa Kuolan niemimaa on mainittu kahdeksan saastuneimman eko katastrofialueen joukossa. 7 Lännessä Kuolan saaste päästöistä saatiin viitteitä 1980-luvun puolivälissä yh teispohjoismaisessa sammalten raskasmetallikartoituk sessa. 8 Samansuuntaisia havaintoja tehtiin 1980-luvun lopulla HAPROn tutkimuksissa sekä Lapin vesi- ja ym päristöpiirin tekemissä Lapin ja Kuolan vesistöjen hap pamoitumista koskevissa tutkimuksissa. 9, 10- 11 Suomen Lapissa 1980-luvun lopulla havaitut puus tovaurioiden merkit sekä Kuolan saastepäästöistä ja ympäristötuhoista kantautuneet tiedot herättivät epäilyä niiden yhteydestä. Mielikuva Lapin luonnon puhtaudes ta ja metsien terveydestä ja elinvoimaisuudesta alkoi samalla murentua. Kasvutappioita pelkäävät metsän omistajat Itä-Lapissa ja muut tilanteesta huolestuneet kansalaiset vaativat ilmansaasteisiin liittyvien metsä vauriotutkimusten ja ilmanlaadun mittausten tehosta mista Lapissa. Vaatimuksiin yhtyivät yhä äänekkääm min myös tiedotusvälineet. Itä-Lapin metsävaurioprojektin perustaminen Toukokuussa 1989 Metsäntutkimuslaitos kutsui suo malaisten yliopistojen ja tutkimuslaitosten edustajia Vantaalle pohtimaan ilmansaasteisiin liittyvän metsä vauriotutkimuksen tehostamista Lapissa. Metsäntutki- Kuva 5. Suuret rikkidioksidi- ja raskas metallipäästöt Nikelissä ovat tuhonneet kasvillisuuden tuntureiden rinteiltä, mikä on aiheuttanut eroosiota. Kuva 5 km Nikelistä koilliseen. muslaitoksen lisäksi neuvonpitoon osal listui tutkijoita Helsingin ja Oulun yli opistoista sekä Ilmatieteen laitokselta, Geologian tutkimuskeskuksesta ja Lapin vesi- ja ympäristöpiiristä. Kokouksessa perustettiin viisivuotinen Itä-Lapin met sävaurioprojekti ja valittiin sille suunnit teluryhmä ja johtaja. Projektin suunnit telu aloitettiin maa- ja metsätalousmi nisteriön myöntämällä 100 000 mk: n suunnittelumäärärahalla. Suomalaiset tutkimuslaitokset ja yliopistot laajaan yhteistyöhön Perustavan kokouksen jälkeen tutki mukseen tulivat lisäksi mukaan Kuo pion ja Turun yliopistot sekä Lapin yli opiston Arktinen keskus. Kaikkiaan met sävaurioprojektissa on noin 50 tutkijaa neljästä yliopistosta ja viidestä tutki muslaitoksesta. Metsäntutkimuslaitok sesta tutkijoita on Helsingin ja Vantaan tutkimuskeskusten lisäksi Parkanon, Suonenjoen, Muhoksen ja Rovaniemen tutkimusasemilta (kuva 6). Tutkijoiden lisäksi projektissa on kenttä- ja labora toriotyöt sekä atk-työt hallitsevaa avus tavaa henkilökuntaa. Itä-Lapin metsävaurioprojektin pe rustamisen aikaan HAPRO oli päättynyt eivätkä Suomalaisen Ilmakehänmuutos- Kuolan ympäristötuhot 10 Kuva 6. Itä-Lapin metsävaurioprojektissa muka na olevat suomalaiset yliopistot ja tutkimuslaitok set sekä Kuolan tiedekeskus, Lapin luonnonpuis toja Montsegorskin metsäntutkimusasema. ten Tutkimusohjelman (SILMU) tutkimukset olleet vielä alkaneet. Siten metsävaurioprojektiin oli saatavilla mukaan parhaita suomalaisia tut kijavoimia ympäristöntutkimuksen alalta. Osaprojekteja 16 Itä-Lapin metsävaurioprojektiin perustettiin alussa 13 osaprojektia tutkimuksessa mukana oleviin yliopistoihin ja tutkimuslaitoksiin. Koko projektin koordinaatio keskitettiin Metsäntutki muslaitoksen Rovaniemen tutkimusasemalla toimivaan koordinaatio-osaproj ektiin. Kuolan vaurioalueita alettiin tutkia satelliitti kuvien avulla. Saastepäästöjen vaikutusta met siin alettiin selvittää tutkimalla neulasten stres siä ja vaurio-oireita sekä kemiallista koostumus ta ja pakkaskestävyyttä, versosurman biokemiaa ja sen esiintymistä, puitten rungoilla ja oksilla kasvavien jäkälien esiintymistä sekä toimintaa ja rakennetta, kariketta, kaarnan ja sammalten kemiallista koostumusta, maata ja vajovettä sekä maan mikrobiologiaa ja mäntyjen juuria ja kasvua. Vuosina 1990-92 projektiin perustet tiin kolme uutta osaprojektia. Niissä tutkitaan ilmanlaatua ja laskeumaa sekä jäkäläpeitteen vaikutusta maahan ja männyn juurten pakkas kestävyyteen. Kaikilla 16 osaprojektilla on oma vastuututkija (kuva 7). Haastavat tavoitteet Päätavoitteena Itä-Lapin metsävaurioprojektissa on tutkia Kuolan saastepäästöjen vaikutusta Lapin metsiin. Sen ohessa tavoitteena on tuot taa perustutkimustietoa Lapin luonnosta ja sii nä tapahtuvista muutoksista. Edellisten lisäksi tavoitteisiin kuuluu Venäjän puoleisten vaurio alueiden paikantaminen ja rajaaminen, sillä projektin alkaessa vaurioalueista saatu tieto oli ristiriitaista. Projektin tuottamaa tutkimus tietoa tarvitaan päästöjen rajoittamista koske vaan päätöksentekoon. 1990-luvun alussa vaa dittiin Kuolan saastepäästöjen vähentämistä, jopa lopettamista. Ratkaisuina pidettiin sulat tojen teknologian uusimista tai laitosten sulke mista. Rahoitus järjestyy Syyskesällä 1989 koordinaatio-osaprojektissa aloitettiin projektin rahoituksen suunnittelu. Projektin vuotuisiksi kustannuksiksi arvioitiin 4-5 milj. mk. Ajankohtaisena ja kiireellisenä pidetylle tutkimukselle anottiin rahoitusta useilta Kuva 7. Itä-Lapin metsävaurioprojektin osapro jektit sekä niiden vastuututkijat ja toimintayksi köt. METLA = Metsäntutkimuslaitos, IL = Ilmatie teen laitos, HY = Helsingin yliopisto, TuY = Turun yliopisto, GTK = Geologian tutkimuskeskus, OY = Oulun yliopisto, AK = Arktinen keskus, KuY = Kuopion yliopisto. Valokuva: Erkki Oksanen, Piir ros: Aarre Jortikka 12 rahoittajilta. Rahoituksen järjestelyä auttoi tut kimuksen saama runsas myönteinen julkisuus tiedotusvälineissä. Vuoden 1989 lopulla projektin rahoituksen järjestelyssä edistyttiin: perehdyttyään tutki musongelmaan eduskunta myönsi projektille 2 milj. mk vuodeksi 1990. Rahoitustarpeesta puuttuvat 1 milj. mk eduskunta myönsi vuoden 1990 alun lisäbudjetissa. Metsävaurioprojektille myönnetyt 3 milj. mk ohjattiin projektin käyt töön maa- ja metsätalousministeriön kautta tut kimus- ja kehittämismäärärahoina. Vuoden 1990 alussa maa-ja metsätalousmi nisteriö nimitti projektin johtoryhmän, jossa on viisi jäsentä projektissa mukana olevista tutki musorganisaatioista. Johtoryhmän tehtävänä on ollut mm. valmistella vuosittain projektin rahoi tusesitys ministeriöön ja seurata myönnettyjen määrärahojen käyttöä. Projektin rahoitus on vaihdellut vuosina 1990-94 välillä 3,0-3,7 milj. mk. Viiden vuoden aikana projektin tutkimuksiin on myönnetty noin 17 milj. mk. Myönnetystä rahasummasta Metsäntutkimuslaitoksessa tehtyihin tutkimuk siin on käytetty reilut 50 % ja loppu on jakau tunut muiden tutkimusorganisaatioiden kesken (kuva 8). Maa-ja metsätalousministeriön myön tämien määrärahojen lisäksi tutkimuksessa on käytetty mukana olevien tutkimusorganisaatioi den omaa rahoitusta sekä työministeriön työllis tämisrahoja. Esimerkiksi Metsäntutkimuslaitos on sijoittanut projektiin omia budjettivarojaan lähes 10 milj. mk. Yhteistyö venäläisten ympäristöntutkij öiden kanssa alkaa 1980-luvun lopulle saakka tieto Kuolassa tehtä västä ympäristöntutkimuksesta oli puutteellista, Ensimmäisiä tietoja saatiin venäläisiltä tutkijoil ta vuonna 1988 Rovaniemellä järjestetyssä ym päristöseminaarissa. 12 Vasta Itä-Lapin metsä vaurioprojektin myötä alkoi suomalaisten tutki joiden konkreettinen tutkimusyhteistyö venä läisten, Kuolassa tutkimustaan tekevien met säntutkijoiden kanssa. Ensimmäiset tutkijavierailut Suomesta Kuo lan ongelma-alueille tehtiin vuonna 1989. Sen jälkeen solmittiin yhteydet Apatityssä keskus paikkaa pitävään Kuolan tiedekeskukseen ja aloitettiin tutkimusyhteistyö vasta perustetun Pohjoisten ympäristöongelmien instituutin maa- Kuva 8. Maa- ja metsätalousministeriön Itä Lapin metsävaurioprojektille 1990-94 myöntämien määrärahojen jakautuminen eri tutkimusorgani saatioiden kesken. ekosysteemejä tutkivan laboratorion tutkijoiden kanssa. Myöhemmin yhteistyöhön on tullut mu kaan Arkangelin metsäinstituuttiin kuuluvan Montsegorskin tutkimusaseman sekä Lapin luonnonpuiston tutkijoita (kuva 6). Yhteistyön ansiosta suomalaiset tutkijat ovat työskennelleet ja keränneet aineistoja Venäjän puolella. Myös venäläiset tutkijat ovat tehneet aineistonkeruu matkoja Suomen Lappiin. Lisäksi he ovat työs kennelleet suomalaisissa tutkimuslaitoksissa ja osallistuneet Lapissa järjestettyihin ympäristö alan kokouksiin ja kongresseihin. Suomalaiset ovat edistäneet myös yhteistä julkaisutoimintaa venäläisten tutkijoiden kanssa. 13' 14- 15 Aineistot ja menetelmät Kesäkuussa 1989 työnsä aloittanut Itä-Lapin metsävaurioprojektin suunnitteluryhmä päätti käyttää tutkimuksessa gradienttitutkimuksen menetelmää. Menetelmällä tutkitaan ilmansaas teiden vaikutusta luontoon suhteessa päästöläh teestä olevaan etäisyyteen. Gradienttitutkimukset ovat yleensä pieni alaisia, yksittäisten päästölähteiden tai taaja mien ympäristössä tehtäviä kartoituksia. Laa joilla alueilla tehtävissä tutkimuksissa ongelmia 13 Kuva 9. Itä-Lapin metsävaurioprojektin koealat ja koealalinjat. Suuret mustat pallot ovat intensiivikoe aloja ja punaiset jäkäläkoealoja. A = Angeli, M = Muonio. R-J = Raja-Jooseppi, N = Naruska. aiheuttaa saastekuormituksesta riippumaton luontainen, esimerkiksi ilmastosta johtuva, maantieteellinen vaihtelu. Gradienttitutkim.uk sen käytön laajalla alueella Suomen ja Venäjän Lapissa mahdollistaa pohjoisen yksinkertaiset, vähälajiset ekosysteemit ja päästölähteiden kes kittyminen kahteen sulattokaupunkiin Kuolas sa. Kuolan saastepäästöjen vaikutusten havain nointia helpottaa lisäksi se, ettei kalottialueella ole muita vastaavansuuruisia päästölähteitä. Koealat kangasmetsiin Tutkimusta varten Metsäntutkimuslaitos perusti vuosina 1989 ja 1990 metsikkökoealoja kuiviin ja kuivahkoihin, happamoitumiselle herkiksi oletettuihin kangasmetsiin. Kohteet valittiin mäntyvaltaisista metsistä, joissa puiden ikä on 80-200 vuotta ja maanpinta on tasainen tai itään päin viettävä. Suomen Lapin poikki lou naaseen, länteen ja luoteeseen kulkeville linjoil le perustettujen koealojen väli on itärajan tuntu massa neljä kilometriä ja se kasvaa 8, 16 ja 32 kilometriin etäisyyden kasvaessa päästölähteistä (kuva 9). Koealojen perustaminen Kuolaan vuon na 1990 turvasi koealalinjojen jatkumisen valta kunnanrajalta päästölähteisiin saakka. Samana vuonna perustettiin intensiivikoealat Svanvikiin Koillis-Norjaan. Koealoja perustettiin linjoille kaikkiaan 133, joista 14 Suomen Lapissa, 7 Kuolassa ja 2 Nor jassa sijaitsevaa ovat muita seikkaperäisemmän tutkimuksen kohteina, ns. intensiivikoealoina. Todellisuudessa koealojen lukumäärä on monin kertainen, sillä jokaisessa tutkimuspisteessä on 3-4 koealan muodostama ryväs, minkä lisäksi aineistojen keruu on pysyvien koealojen kulu 14 misen estämiseksi keskitetty erillisille näytteenottokoe aloille (kuva 10). Kaikkien osaprojektien maastomittauk set ja aineistojen keruu laboratorioanalyysejä varten on keskitetty samoille metsikkökoealoille, jopa samoihin puihin. Vuosina 1990 ja 1991 Itä-Lapin metsävaurioprojektin tutkimuksia varten perustettiin lisäksi 16 ns. jäkäläkoe alaa. Perustamiseen vaikuttivat intensiivikoealojen pe rustamisen yhteydessä Kuolassa runsaista poronjäkäli köistä tehdyt havainnot. Jäkäläkoealat perustettiin Län si-Lappiin Angeliin ja Muonioon sekä Itä-Lappiin Raja- Jooseppiin ja Naruskalle (kuva 9). Koealoilla on tutkittu jäkäläpeitteen vaikutusta maahan sekä männyn juurten pakkaskestävyyteen. Aineistoja satelliittikuvista pohjamaahan saakka Aineistoina Itä-Lapin metsävaurioprojektissa käytetään puiden juuria ja sienijuuria, sieniä, puiden oksilla ja rungoilla sekä maassa kasvavia jäkäliä, sammalta, neu lasia, maata, vajovettä, sadevettä ja lunta sekä puiden kaarnaa, kariketta ja siemeniä. Muuta aineistoa ovat puiden kasvukairaukset ja elinvoimaisuuden arvioinnit, ilman ja maan lämpötilamittaukset sekä satelliittikuvat, joita käytetään vaurioalueiden paikantamiseen ja rajaa miseen. Lisäksi projektin tutkimuksissa hyödynnetään Lapissa olevien ilmanlaadun mittausasemien aineistoja. Monipuoliset, luotettavat menetelmät Monitieteisessä Itä-Lapin metsävaurioprojektissa sovel letaan biokemian, eläintieteen, geologian, kasviekolo gian, kasvifysiologian, limnologian, maamikrobiologian, meteorologian sekä metsätieteiden ja ympäristötieteiden tutkimusmenetelmiä. Eri osaprojekteissa työskentelevät tutkijat ovat olleet keskenään tiiviissä yhteistyössä yh teisten tutkimustavoitteiden ja yhteiskunnan kannalta tärkeän sekä tieteellisesti kiinnostavan ja haastavan tut kimusongelman ansiosta. Yhteistyötä on edistänyt Met säntutkimuslaitoksen Rovaniemen tutkimusasemalla toimiva koordinaatioryhmä ja sen rakentama ja ylläpi tämä tietokanta projektin tuloksista. Koordinaatioryhmä on järjestänyt lukuisia tutkijoi den tapaamisia ja seminaareja. Lisäksi se on toimitta nut projektin tutkijoille sekä metsäalan organisaatioiden edustajille ja muille tutkimuksesta kiinnostuneille kan salaisille tutkimustyön vaiheista kertovaa koordinaatto rin kirjettä. Vuodesta 1992 lähtien koordinaatioryhmä on ylläpitänyt projektin julkaisu- sekä julkaisuunnitel maluetteloa ja toimittanut vuoden 1994 alusta lähtien Kuva 10. Itä-Lapin metsävaurioprojektin koealarypään rakenne. Rypääseen kuu luu 3-4 pysyvää koealaa, joista 23 ry päässä yksi on intensiivikoealana. Näyt teenottokoealoja on ryvästä kohden 3-4 kpl. projektin tutkijoille loppuraporttitiedo tetta. Tutkimustyön vaiheet Projektin suunnitteluun vuonna 1989 myönnetyllä määrärahalla aloitettiin koealojen perustaminen Itä-Lappiin 15 Itä-Lapin metsävaurioprojektin eteläisimmät koealat sijaitsevat havumetsävyöhykkeen keskiosassa (keskibo reaalinen vyöhyke) ja muut sen pohjoisosassa (pohjois boreaalinen vyöhyke). Kasvillisuuden perusteella koealat luokitellaan suomalaisen metsätyyppijärjestelmän mu kaisesti variksenmaija-poronjäkäläkankaiksi (ErCIT). Tämän tyyppisissä metsissä kasvaa säännönmukaisesti myös puolukkaa ja toisinaan lisäksi kanervaa (kuva 11). Suomen puolella koealojen kasvillisuus on kuitenkin epävakaa voimallisen poronlaidunnuksen vuoksi, ja usein niiden voitiin osoittaa edustavan lähinnä karuinta poronjäkälä- tai kanervatyyppiä (CIT/CT), missä poron jäkälä vallitsee pohjakasvillisuutta. Tuoreempien kasvu paikkojen koealat edustavat variksenmarja-puolukka tyyppiä (EVT), jossa pohjakasvillisuutta vallitsee seinä sammal. Venäjän puolella koealat ovat yhtenäisen jäkä lämaton verhoamia (CIT) paitsi tuhoutuneilla alueilla tehtaiden lähiympäristössä. Kaikki metsiköt ovat niukkaravinteisia kasvupaik koja. Svanvikin koeala Koillis-Norjassa, Imandran koe ala Venäjällä sekä Kessin ja Kemijärven koealat Suomen Lapissa ovat luontaisesti sammalvaltaisia ja hyvin var puisia, koska koealojen perustamispaikoilta ei löytynyt aivan halutun tyyppisiä mäntykankaita. Montsegorskin tehdasalueen eteläpuolella olevalla Montsegorsk l:n koealalla (8 km sulatosta) päästöt ovat tuhonneet pohjakasvillisuuden ja eroosio on alkanut. Vapautuneesta kasvualasta ovat hyötyneet eräät rupijä kälät, etenkin kangasruskeinen {Trapeliopsis granulosa), turveruskeinen (Placynthiella oligotropa) ja kunttaruskei nen (P. uliginosa). Koealalla kasvaa myös neljä maksa sammallajia, joita ei esiinny muilla koealoilla. Varvuista viimeinen selviytyjä on sianpuolukka (Arctostaphylos uva-ursi), ja pensaista kestävimpiä ovat raita [Salix caprea) sekä tunturikoivu (Betula pubescens subsp. czerepanovii). Sianpuolukoiden juuristo on pahoin vau rioitunut, ja ne irtoavat maasta herkästi (kuva 12). Pen saat ovat matalia, lähinnä lumirajan alla menestyviä. Seuraavalla Montsegorsk 2:n koealalla (10 km sula tosta) pohjakasvillisuus on runsaampaa, mutta koostuu vain pahoin vaurioituneista tinajäkälistä (Stereocaulon sp.), harmaatorvijäkälästä (Cladonia deformis) sekä edel lä mainituista ruskeisista. Säilynyttä pintakasvillisuutta vallitsevat varvut sekä metsälauha (Deschampsiajlexu osa), jotka ovat tunnettuja raskasmetallien kestävyydes tään. Muilla Venäjän puolen koealoilla ei kasvillisuuden rakenteessa näy Montsegorskin tehtaiden päästöjen aiheuttamia vaikutuksia. Kuva 11. Itä-Lapin metsävaurioprojektin koealojen pintakasvillisuuden tyyppilaje ja ovat variksenmarja ja puolukka. Kuva on Sätsin intensiivikoealalta Sallasta. Kuva 12. Suuret rikkidioksidi-ja raskas metallipäästöt ovat tuhonneet männiköi den pintakasvillisuuden Montsegorskin ympäristössä ja eroosio on alkanut. Sian puolukka kestää saastekuormitusta mui ta kasvilajeja paremmin. Koealojen kasvillisuus 16 Tiedonhallinta Itä-Lapin metsävaurioprojektissa Itä-Lapin metsävaurioprojektin alkaessa eri osaprojektien kesken sovittiin yhte nevästä käytännöstä otosyksiköiden (puut, koealat, rypäät) tunnusten koo dauksessa. Kaikki tutkimusaineistot sidottiin loogiseen yhteyteen toisiinsa yhteisten koodiavainten välityksellä. Havaintoaineistojen tiedon rakenne muotoutui hierarkkiseksi; ylimpänä on metsikkö (ryväs), sen alapuolella yksit täinen koeala, vielä alempana puu ja kaikkein alimpana esimerkiksi neulas vuosikerta tai rungosta kairattu lastu. Rakenne suo hyvät mahdollisuudet to teuttaa toimiva tiedonhallintajäijestelmä ja siten päästä mittaustulosten helppoon yhdistämiseen ja vertailuun. valtakunnanrajan tuntumaan. Koealojen perustamista linjoille jatkettiin, ja se saatiin päätökseen vuonna 1990. Perus tamisen yhteydessä maastotyöryhmät määrittivät kaikilta koealoilta puusto- ja metsikkötunnukset, mm. puiden iän ja puuston tilavuuden. Tutkimussuunnitelman arviointi Toukokuussa 1990 Itä-Lapin metsävau rioprojektin vieraaksi kutsuttiin Suomen Akatemian rahoituksella gradienttitutki muksen asiantuntija, yhdysvaltalainen metsätieteiden professori John A. Witter, joka arvioi metsävaurioprojektin tutki mussuunnitelman.16 John A. Witterin arvion mukaan projektin tutkimussuun nitelma oli onnistunut. Hän piti tutki mukseen valittua gradienttitutkimuksen menetelmää oikeana ja korosti monitie teisen tutkimusotteen sekä suomalais ten yliopistojen ja tutkimuslaitosten yhteistyön merkitystä projektissa. Hyvin tärkeää John A. Witterin mielestä oli myös metsävaurioprojektin myö tä alkanut suomalaisten ja venäläisten metsäntutkijoi den välinen yhteistyö ympäristöntutkimuksessa. Tutkimuksen ongelmana John A. Witter piti pitkistä koealalinjoista johtuvaa maantieteellistä vaihtelua luon nossa. Siksi hän kehotti Itä-Lapin metsävaurioprojektin tutkijoita mm. aloittamaan koealakohtaiset ilman läm pötilan ja kosteuden mittaukset. Hän korosti arvioinnis saan myös intensiivikoealoille keskitettävän perustutki muksen ja kokeellisen tutkimuksen tärkeyttä metsävau rioprojektissa. Professori John A. Witterin tekemiä parannusehdo tuksia otettiin projektissa huomioon mahdollisuuksien mukaan. Esimerkiksi maan ja ilman lämpötilamittauk set aloitettiin useilla metsävaurioprojektin koealoilla vuonna 1990. Maastomittaukset, aineistojen keruu ja analysointi Itä-Lapin metsävaurioprojektin maastomittaukset ja aineistojen keruu aloitettiin kesällä 1990. Koordinaa- 17 Käytännössä havainnot ladataan tietokantaan (tiedon tallennusta, hakua ja yhdistelyä palveleva tietokoneoh jelmisto), jonka kautta muutoin työläät vastinhavainto jen yhdistelyt onnistuvat vaivatta. Tietokantaa rakenne taan ja ylläpidetään koordinaatio-osaprojektissa Met säntutkimuslaitoksen Rovaniemen tutkimusasemalla. Projektin loppuvaiheessa tietokantaan on keskitetty koko numeeriseen muotoon saatettavissa oleva havain tomateriaali. Tietoa yhdistelemällä ja monipuolisesti analysoimalla voidaan Kuolan päästöjen vaikutukset arvioida luotettavasti. Toisistaan riippumatta saatujen tulosten rinnakkainen tulkinta jo analyysivaiheessa voi tuottaa paremman tuloksen kuin perinteinen ja työläs irrallisiin raportteihin perustuva synteesi. Kuvassa 13 on tarkasteltu tiedonhallinnan roolia tutkimusprosessissa. Kuva 13. Itä-Lapin metsävaurioprojektin maastomittauk set ja analyysitulokset jalostetaan havaintoaineistosta tiedonhallinnan ja -käsittelyn kautta päätöksentekoa tukevaksi tietämykseksi. tioryhmä on järjestänyt projektin kuluessa tutkijoille lukuisia yhteisiä aineistonkeruumatkoja Lapin ja Kuo lan koealoille. Aineistot on analysoitu yliopistojen ja tut kimuslaitosten omissa laboratorioissa. Elokuussa 1992 koordinaatioryhmä järjesti retken Montsegorskin länsi puolella olevaan noin 3 000 km 2: n kokoiseen Lapin luonnonpuistoon. Maastomittausten teko sekä aineis tojen keruu ja analysointi ajoitettiin vuosiksi 1990-93. Syksyllä 1991 Inarin Sevettijärvellä olevan intensii vikoealan tuntumaan perustettiin Itä-Lapin metsävau rioprojektin tarpeita palveleva ilmanlaadun mittausase ma. Pääosin Kuolan saastepäästöjä mittaava asema rakennettiin metsähallituksen, Ilmatieteen laitoksen, Metsäntutkimuslaitoksen ja Inarin kunnan yhteishank keena. Tulosten käsittelyjä tulkinta Maastomittausten sekä aineistojen keruun ja analysoin nin ohessa tutkijat aloittivat tulosten käsittelyn ja tul kinnan, joka ajoitettiin pääosin vuosiksi 1993 ja 1994. Helmikuussa 1992 järjestettiin projektin välitulossemi naari, jossa pidetyt esitelmät julkaistiin väliraporttina. 17 Väliraportin lisäksi Itä-Lapin metsävau rioprojektin tutkijat ovat kirjoittaneet tutkimustuloksistaan mm. kongressi- ja seminaarijulkaisuissa sekä lehtiartikke leissa. Loppuraportointi etenee vaiheittain Projektin loppuraportointia suunnittele maan perustettiin projektin 14 tutkijasta koostuva toimituskunta vuoden 1993 lopulla. Raportointi päätettiin toteuttaa vaiheittain. Ensimmäisenä vuoroon tuli projektin suomenkielinen loppuraportti. Siihen liittyvä loppuraporttiseminaari järjestettiin huhtikuussa 1994. Semi naariesitelmien pohjalta laadittavasta raportista päätettiin tehdä kirja ja julkis taa se kevättalvella 1995. Suomenkielisen loppuraportin jäl keen vuorossa ovat projektin tutkijoi den kirjoittamat tieteelliset artikkelit kansainvälisiin metsä- ja ympäristöalan julkaisusarjoihin. Niiden tekeminen on ajoitettu pääosin vuoteen 1995. Tieteel listen artikkelien pohjalta projektin tu loksista laaditaan englanninkielinen kooste, joka julkaistaan kansainvälises sä ympäristötieteellisessä sarjassa vuo sien 1996 ja 1997 vaihteessa. Suomenkielinen loppuraportti Kädessäsi oleva kirja on viisi vuotta kes täneen Itä-Lapin metsävaurioprojektin loppuraportti. Kirjassa on 12 lukua, joi hin projektin tutkijat ja joukko muita asiantuntijoita ovat kirjoittaneet artik keleita tutkimustuloksistaan. Kirjoituk sissa kerrotaan enimmäkseen koealalin j oilta saaduista gradientti tutkimuksen tuloksista. Sinipohjaisissa "ikkunoissa" olevat kirjoitukset ovat omia itsenäisiä artikkeleita, joissa kerrotaan mm. erilais ten luonnonilmiöiden perusteista sekä tutkimuksen taustoista ja menetelmistä. Valokuvien lisäksi kirjassa on runsaasti piirroskuvia. Koealalinjoilta oleviin ku viin on merkitty punaisella katkoviivalla Suomen ja Venäjän välinen raja, M-kir 18 jaimella Montsegorsk ja N-kiijaimella Nikel. Tutkimuksen tausta ja toteutus -luvun jäl keen kirjassa on pohjoisen luonnon erikoispiir teitä sekä Lapin metsiä ja metsäntutkimusta käsittelevät yleisartikkelit. Seuraavissa kahdek sassa luvussa kerrotaan projektin tuloksista. Kirjoitukset päättyvät Päätelmät-lukuun, jossa pohditaan tutkimustuloksia ja Itä-Lapin metsä vaurioprojektin tavoitteiden täyttymistä. Projek tin tuloksista kertovien lukujen lopussa oleviin kirjallisuusviitteisiin on tekstissä viitattu yläin dekseillä. Kirjan lopussa olevassa sanastossa on selitetty tekstissä esiintyviä termejä. Julkaisu luettelossa ovat vuoden 1994 loppuun mennessä ilmestyneet ja julkaistaviksi hyväksytyt projektin julkaisut. Kirjallisuusviitteet 1 Tikkanen, E. 1989. Ilman epäpuhtaudet uhkaavat metsiä - tutkimus tehostuu Lapissa. Abstract: Pollut ants in the air are threatening the forests - research in Lapland intensified. Julkaisussa: Saastamoinen, O. & Varmola, M. (toim.). Lapin metsäkuja. Acta Lapponica Fenniae 15: 179-190. 2 Tikkanen, E. 1991. A review of research into forest damage connected with air pollution in Finnish Lapland. Julkaisussa: Tikkanen, E. & Varmola, M. (toim.). Research into forest damage connected with air pollution in Finnish Lapland and the Kola Penin sula of the U.S.S.R. A seminar held in Kuusamo. Finlad, 25-26 May 1990. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 373: 7-19. 3 Jukola-Sulonen, E-L., Salemaa, M., Mikkola, K., Lindgren, M. & Nieminen, T. 1993. Metsien vuosit tainen elinvoimaisuuden seuranta. Julkaisussa: Hyvärinen, A., Jukola-Sulonen, E-L., Mikkelä, H. & Nieminen, T. (toim.). Metsäluonto ja ilmansaasteet. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 446: 106- 116. 4 Tikkanen, E. & Raitio, H. 1990/91. Nutrient stress in young Scots pines suffering from needle loss in a dry heath forest. Julkaisussa: Zöttl, H. & Hilttl, R.F. (toim.). Management of nutrition in forests under stress. Water, Air, and Soil Pollution 54: 281-293. 5 Tikkanen, E. & Raitio, H. 1993. Pohjois-Suomen neulaskato kesällä 1987. Julkaisussa: Hyvärinen, A., Jukola-Sulonen, E-L., Mikkelä, H. & Nieminen, T. (toim.). Metsäluontoja ilmansaasteet. Metsäntutki muslaitoksen tiedonantoja 446: 159-162. 6 Kryuchkov, V.V. 1993. Extreme anthropogenic loads and the northern ecosystem condition. Ecological Applications 3(4): 622-630. 7 Report on the state of the environment in the U.S.S.R. 1988. The U.S.S.R. state committee for the protection of the nature. Moscow 1989. 184 s. 8 Ruhling, Ä., Rasmussen, L., Pilegaard, K., Mäkinen, A. & Steinnes, E. 1987. Survey of atmospheric heavy metal deposition in the Nordic countries in 1985. Nord 21. 44 s. 9 Kauppi, P., Anttila, P., Karjalainen-Balk, L., Kenttä mies, K., Kämäri, J. & Savolainen, I. 1990. Happa moituminen Suomessa. HAPROn loppuraportti. Ympäristöministeriö, ympäristönsuojeluosasto. Sarja AB9. 89 s. 10 Kinnunen, K. 1990. Acidification of waters in Finnish Lapland. Julkaisussa: Kinnunen, K. & Varmola, M. (toim.). Effects of air pollutants and acidification in combination with climatic factors on forests, soils, and waters in northern Fennoscandia. Report from a workshop held in Rovaniemi, Finland, 17-19 October, 1988. Miljorapport 1990(20): 72-78. 11 Kinnunen, K. 1992. Acidification of waters in north ern Fennoscandia and the Kola Peninsula. Julkai sussa: Tikkanen, E., Varmola, M. & Katermaa, T. (toim.). Symposium on the state of the environment and environmental monitoring in northern Fenno scandia and the Kola Peninsula. October 6-8, 1992, Rovaniemi, Finland. Extended abstracts. Arctic Cen tre Publications 4: 123-132. 12 Kinnunen, K. & Varmola, M. (toim.). 1990. Effects of air pollutants and acidification in combination with climatic factors on forests, soils, and waters in northern Fennoscandia. Report from a workshop held in Rovaniemi, Finland, 17-19 October, 1988. Miljorapport 1990(20). 240 s. 13 Tikkanen, E. & Varmola, M. (toim.). 1991. Research into forest damage connected with air pollution in Finnish Lapland and the Kola Peninsula of the U.S.S.R. A seminar held in Kuusamo, Finland, 25-26 May 1990. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonanto/a 373. 157 s. 14 Tikkanen, E., Varmola, M. & Katermaa, T. (toim.). 1992. Symposium on the state of the environment and environmental monitoring in northern Fenno scandia and the Kola Peninsula. October 6-8, 1992, Rovaniemi, Finland. Extended abstracts. Arctic Cen tre Publications 4. 369 s. 15 Derome, J. (toim.). 1993. Russian-Finnish coopera tion report. The Finnish Forest Research Institute, Rovaniemi Research Station. Moniste. Ills. 16 Witter, J. A. 1991. Evaluation of the research plan of the Lapland forest damage project. Julkaisussa: Tikkanen, E. & Varmola, M. (toim.). Research into forest damage connected with air pollution in Finnish Lapland and the Kola Peninsula of the U.S.S.R. A seminar held in Kuusamo, Finlad, 25-26 May 1990. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 373: 35-48. 17 Kauhanen, H. & Varmola, M. 1992. (toim.). Itä-Lapin metsävaurioprojektin väliraportti. The Lapland forest damage project. Interim report. Metsäntutkimuslai toksen tiedonantoja 413. 269 s. Pohjoisen luonnon erikoispiirteet Paavo Havas Kari Laine 20 Moni-ilmeinen ilmasto 21 Paavo Havas ja Kari Laine Arktinen valorytmi 23 Paavo Havas ja Kari Laine Karu ja kylmä maaperä 24 Paavo Havas ja Kari Laine Metsien rakenne ja tuotos 24 Paavo Havas ja Kari Laine Muutoksia ekosysteemien toiminnassa 26 Paavo Havas ja Kari Laine Ihminen ja pohjoinen luonto 27 Paavo Havas ja Kari Laine Tiedontarve 28 Paavo Havas ja Kari Laine Kuva 14. Tykkylumen kertyminen puihin on Lapin tunturialueiden erikoispiirre. Kuva on helmi kuulta 1994 Pyhätunturin kansallispuistosta Pelkosenniemeltä Peurakeron päältä koilliseen Soutajavaaran suuntaan. Tykkyraja Soutajalla on noin 300 m mpy. Kuva: Tapani Vartiainen 21 Pohjoisen luonnon erikoispiirteet Vaikka pohjoisuuden käsitettä ei täysin ja yksi selitteisesti pystytä määrittelemään, voidaan puhua eräistä juuri sille luonteenomaisista piir teistä. Elämän yleinen menestyminen, kasvu, lisääntyminen ja monimuotoisuus ovat voimak kaimmillaan maapallon keskileveyksillä. Napoja kohti siirryttäessä elollisen luonnon asema heik kenee ja saavuttaa lähes täydellisen rajansa napaseutujen ikijäätiköillä. Pohjoisuudelle on ominaista ankarat luonnonolot, joihin elollinen luonto ja sen mukana ihminen on sopeutunut. Pohjoinen luonto toimii pääosin samojen periaatteiden mukaisesti kuin luonto muualla kin. Eliöiden toimeentulo riippuu ratkaisevasti energian, ravinteiden ja veden saannista. Ener gian lähde on pohjoisessakin aurinko, jonka valoa ja lämpöä hyväksikäyttäen vihreät kasvit kykenevät elämään, kasvamaan ja lisäänty mään. Kasvien tuottamaa energiaa hyödyntävät kuluttajat eli kasvinsyöjät ja niitä tai toisiaan syövät pedot. Kuluttajien maailma - ihminen mukaan lukien - on siis toisvaraista loiselämää, joka vain kuluttaa energiaa (tietysti kasvitkin sitä kuluttavat hengityksessä). Toisvaraisen elä män aiheuttama kulutus ei pohjoisessa ole kui tenkaan kovin mittavaa lukuun ottamatta ihmis tä, poroa ja aika ajoin esiintyviä pienempien eläinten joukkoesiintymisiä. Ekosysteemissä kiertää ravinteita ja vettä, osin energian virtaan eli orgaaniseen aineeseen sitoutuneena, osin siihen sitoutumatta. Vedestä ei pohjoisissa ekosysteemeissä yleensä ole puu tetta, vaikka sademäärä onkin pieni. Kasvukau den aikana myös valoa on riittävästi, tosin ryt miltään ja laadultaan erilaista kuin etelämpänä. Sen sijaan ravinteiden niukkuus, ilmaston viile ys ja säätilan suuri vaihtelu ovat täällä minimi tekijöitä, jotka asettavat rajat eliöiden esiintymi selle ja menestymiselle. Ne vaikeuttavat eliöitä hankkimasta itselleen riittävästi resursseja mm. kasvun, lisääntymisen tai puolustautumisen tarpeisiin. Pohjoisissa ekosysteemeissä lajien lukumää rä on pieni, mutta yksittäisten lajien yksilöitä saattaa olla paljonkin. Lajien reviirit ja levinnei syydet ovat usein laajoja. Tämän takia monien lajien painoarvo pohjoisen luonnon toiminnassa on suuri verrattuna etelän monilajisiin ekosys teemeihin. Kun häiriö kohdistuu jonkin lajin toimintaan, siitä saattaa aiheutua laajalle ulot tuvia muutoksia. Tämä piirre korostuu sen vuoksi, että monien eliölajien toimeentulo riip puu tiukasti jonkin tietyn toisen lajin elämästä. Eri eliöiden ja populaatioiden vuorovaikutussuh teet ovat erityisen tärkeitä juuri vähälajisissa ekosysteemeissä. Näin ollen ekosysteemit ovat pohjoisessa alttiita bioottisten eli elollisten teki jöiden, esimerkiksi eri lajien välisen kilpailun, muutoksille. Pohjoisen eliöiltä vaaditaan hyvää fysiologista jousto- tai sietokykyä erityisesti lämpötilan suh teen. Monet eliöt ovatkin jo ehtineet kehittyä hyviksi pohjoisen spesialisteiksi: ne pystyvät käyttämään niukkoja resursseja optimaalisella tavalla. Mutta spesialistit eivät oikein tule toi meen muunlaisissa oloissa. Samat periaatteet koskevat pohjoisia eko systeemejä. Ne ovat nuoria, pääosin vasta jää kauden jälkeen muodostuneita. Tämä aiheutta nee ekosysteemeissä tiettyä muutosherkkyyttä. Esimerkiksi Lapin metsät ovat sijaintinsa puo lesta maailman pohjoisimpia, herkästi ympäris töstresseihin reagoivia spesialisteja. Moni-ilmeinen ilmasto Alhainen lämpötila, alati vaihteleva sää ja lyhyt kesä rajoittavat pohjoisten lajien, populaatioiden ja ekosysteemien toimintaa. Kuvatessaan aikoi naan Lapin luonnon ongelmia tunnettu kasvi maantieteilijä professori Ilmari Hustich otti käyt töön termin "climatic hazard", ilmastollinen ris ki. Aika ajoin kaikki onnistuu hyvin, joskus tu lee katastrofi. Eliöiden käytössä olevien resurs sien määrä ja niiden käyttö elämän eri tarpeisiin ovat oleellisia riskitilanteessa. Ihminen on viime aikoina lisännyt riskitekijöitä. Yhdessä luontais ten riskien kanssa ne voivat muodostaa kohta lokkaita yhdistelmiä, joihin luonto ei ole geneet tisesti sopeutunut tai joihin lajien fysiologinen joustokyky ei riitä. 22 Kuva 15. Juhannusviikolla 1985 halla turmeli kasvunsa aloittaneita mustikan versoja pahasti monin paikoin Lapissa. Kuva on Pyhätunturin kansallispuistosta Pelkosenniemeltä Kultakeron pohjoisrinteeltä. Kasvukauden oikulliset lämpöolot Kasvukauden aikaisten keskilämpötilojen vaih telu on pohjoisessa suurempaa kuin etelässä. Erityisen suureksi erot muodostuvat loppuke väällä ja -kesällä. Kasvukauden alun suuret vuotuiset vaihtelut ovat pohjoisen luonnolle on gelmallisia - väärin ajoitettu kasvun alkaminen saattaa olla monille kasveille turmiollista (kuva 15). Toisaalta pohjoisen ilmaston erikoisuutena on eräänlainen lämpötilan tietty ennustettavuus: toukokuun lopun ja kesäkuun alun suotuisaa aikaa seuraa todennäköisesti suotuisa jakso. Vastaavaa yhteyttä ei havaita Suomen eteläosis sa. Tämä piirre viittaa arktiseen ilmastoon, jossa lämpötila kohottuaan lämpimän puolelle pysyt telee siellä lähes syksyyn asti. Lämpösummaa, joka selvästi korreloi monien elintoimintojen kanssa, kertyy joinakin kesinä hitaasti ja vähän, joskus taas on normaalia läm pimämpi kesä. Esimerkiksi fenologiset ilmiöt, mm. kasvun alkamisen, kukkimisen tai siemen ten kypsymisen ajankohta, kertovat eri vuosien erilaisuudesta, mutta myös monien kasvien suu resta joustokyvystä. Tietyn lajin kukinta saattaa kylmänä kesänä myöhästyä useita viikkoja läm pimään kesään verrattuna, tai kasvu jää viileänä kesänä heikoksi. Esimerkiksi Kilpisjärvellä tun turikoivun lehtien puhkeamisen ajankohta vaih telee äärivuosina toukokuun lopulta kesäkuun lopulle. Tällainen vaihtelu asettaa lajin fysiolo gisen joustokyvyn suurelle koetukselle ja vaikut taa paitsi eliöiden ja populaatioiden geneettiseen rakenteeseen ja lajinkehitykseen myös koko eko systeemin toimintaan ja muuttumiseen (sukkes sioon). Talvi rasittavaa aikaa Riskitekijöiden uhka on suuri myös talvella. Lapin talvi on normaalisti pitkä ja runsaslumi nen mutta ei kovin kylmä. Metsissä on silloin kaksi suuresti toisistaan poikkeavaa ekolokeroa: lumen alainen ja sen päällinen maailma. Lumen alla on tasaisen "lämmintä", kosteaa ja pimeää. Lumen päällä puut ja pensaat joutuvat koke maan talven kaikessa ankaruudessaan. Kasveja stressaavat etenkin suuri lämpötilan vaihtelu, jääkiteiden kulutus, tuulen kuivattava vaikutus ja kevään armoton auringonsäteily (kuva 16). Luontomme on aika hyvin sopeutunut nor maaliin lumitalveen. Mutta jos maa on lumeton, se saattaa jäätyä kauttaaltaan. Silloin puiden tai varvuston juuristoa ja maaperän pieneliöitä voi paljon tuhoutua. Siitä puolestaan seuraa, että Kuva 16. Lumirajan yläpuolella olevat puiden ja pensaiden versot joutuvat erityisesti tunturialueil la alttiiksi kylmyyden, voimakkaan tuulen ja au ringonsäteilyn sekä hangella juoksevien lumikitei den hiovalle vaikutukselle. Lapin luonnonpuistos ta Kuolan niemimaalta kuvatussa kuusessa nä kyy lumen suojaava vaikutus ja hankirajan kes kimääräinen sijainti. 23 esimerkiksi männyn neulaset kärsivät veden ja ravinteiden puutetta. Tällaisessa tilanteessa ehkä vain uudet neulaset säilyvät hengissä - vanhat kuolevat siirrettyään elintärkeitä aineita nuoriin osiin. Neulasmäärän vähetessä puun tuotto- ja lisääntymiskyky heikkenee. Vähälumi nen, kylmä talvi voi joskus johtaa myös laajoihin varvustotuhoihin, jolloin koko metsikön ravinne talous ja lajien väliset kilpailu- ja symbioosiase telmat muuttuvat suuresti. Lapin tunturialueen erikoispiirteitä ovat voi makas huurteenmuodostus talvikautena ja suu ret lämpötilaerot tunturien lakien ja kurujen välillä erityisesti tyyninä pakkaskausina. Huur teenmuodostus ja osin sen jatkona tykkylumen kertyminen puihin aiheuttaa ajoittain huomat tavia lumituhoja. Huurteen ja tykyn tuntuva lisääntyminen alkaa 200-300 metrin korkeu dessa (kuva 14). Mänty on erityisen altis lumi tuhoille, mutta eivät muutkaan puulajit niiltä säästy (kuva 17). Suuret paikalliset lämpötila erot asettavat samankin lajin eri populaatiot eri laisiin ympäristöoloihin. Kasvien valmistautuminen sietämään pitkän talven stressiä vaatii paljon resursseja jo kasvu kauden aikana. Erityisesti huolehtiminen riittä västä kylmän- ja kuivuudensiedosta on tärkeää. Monet pohjoisen luonnonkasvit tosin sietävät kseromorfisina verraten hyvin kuivuutta, mutta varsinkin uudet solukot ovat arkoja sekä kui vuudelle että kylmälle, ellei valmistautuminen talveen onnistu. Kun juuri syntynyt männyn tai kuusen neulasen solukko kestää kesällä vain muutaman asteen hallaa, täytyy saman solukon kestää jo seuraavana talvena jopa 50 asteen pakkasia ja puolen vuoden pituinen kuivakausi. Vielä keväälläkin pitää resursseja olla uuden kasvun käynnistymiseen. Tosin monien pohjois ten kasvien ikivihreys helpottaa tilannetta: ke väällä yhteyttämiseen valmista lehtivihreää on paitsi silmuissa ja lehdissä myös oksa-ja runko solukoissa. Arktinen valorytmi Pohjoisuuden olennainen tunnusmerkki on lä hes koko kasvukauden jatkuva valoisuus, jolloin yön ja päivän vaihtelu katoaa lähes kokonaan. Monet pohjoisen kasvit ovat sopeutuneet tähän: ne pystyvät yhteyttämällä hyödyntämään pitkän Kuva 1 7. Mänty on altis tykkylumen aiheuttamille tuhoille. Kuva on elokuulta 1994 Pyhätunturin kansallispuistosta Pelkosenniemeltä Kultakeron pohjoisrinteeltä runsaslumisen talven 1993-94 jäljiltä. päivän valon ja siten kompensoimaan kasvukau den lyhyyden. Kasvukauden valoisuus - yötön yö - on arktinen piirre. Läpi yön jatkuva säteily tasoittaa vuorokautisia lämpötilan vaihteluita, jolloin kasvukauden aikaiset yöpakkaset eivät ole kovin tavallisia. Valon vaihteluun voi luottaa Voimakas valorytmi on pohjoisen luonnon ekolo gisista muuttujista luotettavin. Valorytmi toimii biologisena kellona, josta kasvit pystyvät tunnis tamaan vuotuisen ajankulun. Valo määrää pit källe kasvukauden loppumisen, jota lämpötila hienosäätää. Pimenevät elokuun alun yöt viestit tävät kasveille ajankohdan, jolloin aloitetaan val mistautuminen viilenevän syksyn pakkasiin ja tulevaan talveen (kuva 18). Keväällä lumen pääl lä vallitsee puolestaan eräänlainen ekologinen ristiriita: valoa olisi fotosynteesin käynnistämi seen riittävästi jo maalis-huhtikuussa, mutta yökylmyys estää elintoimintojen vilkastumisen. Hyvin usein pohjoisen kasvit paljastuvat lumenalaisesta pimeydestä suoraan valoisaan ja yhteyttämisen kannalta riittävän lämpimään varhaiskesään. Ikivihreät kasvit kykenevät aloit tamaan yhteyttämisen heti kohta lumesta va pauduttuaan. Yleensä pohjoisen kasveilla lehti en ja kukkasilmujen puhkeaminen on nopeaa, mikä auttaa niitä hyödyntämään lyhyen kasvu kauden. 24 Kuva 18. Kasvien talveentuminen alkaa fysiologi sesti jo syyskesällä valon vähetessä. Muutamia viikkoja myöhemmin se näkyy ruskana. Kuva on syyskuulta 1994 Enontekiön Mukkavaaralta poh joiseen. Taustalla siintävät keskellä Norjan tuntu rit sekä Mallan luonnonpuistoja oikealla Saana. Karu ja kylmä maaperä Metsäkasvien hiilen sitomista ja kasvua rajoittaa pohjoisessa myös kylmä, karuja hapan podsoli maannos. Kangashumuksen kylmyys, karuus ja happamuus rajoittaa myös orgaanisen ainek sen hajottajina tärkeiden pieneliöiden toimintaa. Osa kuolleesta aineksesta joutuu sitä paitsi oloi hin, joissa hajottajat eivät kykene toimimaan juuri ollenkaan; näin käy esimerkiksi suotur peessa ja osin kangashumuksessakin. Kuitenkin monet sienirihmastot viihtyvät yleensä hyvin pohjoisen metsämaassa ja toimivat elintärkeinä hajottajina bakteerien ja kastematojen puuttu essa. Lisäksi monet sienirihmastot elävät sym bioosissa useimpien pohjoisten metsäkasvien kanssa auttaen niitä saamaan ravinteita niu koista varastoista. Pohjoisten metsäkasvien hy vinvointi riippuu paljon sienirihmastojen hyvin voinnista. Pohjoisessa on vähän eliöitä, jotka kykenevät sitomaan ilmassa olevaa typpeä. Käyttökelpoisen typen puute leimaakin pohjoisia ekosysteemejä ja niiden toimintaa. Lapin metsät saavat hajo tusprosessien myötä typpeä ehkä vain kymme nisen kiloa hehtaarille vuodessa, ja ilmasta sitä tulee nykyisin muutamia kiloja. Toisaalta typen runsaus voi olla jopa haitaksi mm. kasvien tal vehtimiselle. Pohjoisten metsien kasvilajisto koostuukin valtaosin karuun maaperään sopeu tuneista lajeista; aidot lehdot tai muut viljavat kasvupaikat ovat Lapissa hyvin harvinaisia eri tyisesti kuivalla maaperällä. Metsät ja suot ovat tunturipaljakoiden ohella tyypillistä Lapin luontoa. Kasvimassaa (fytomas saa) on Lapin luonnossa verraten vähän ja kas vilajien lukumäärä on pieni. Tämä merkitsee mm. sitä, että kasvien syönti tai muu tiettyyn lajiin kohdistuva tuho saa herkästi aikaan näky vää jälkeä koko ekosysteemissä. Harvan metsän pohjalla vilkasta elämää Lapin metsissä on kasvimassaa keskimäärin vain 100-300 tn/ha, puuttomilla soilla kym menkunta tonnia ja karuissa järvissä vieläkin vähemmän. Metsäpuusto on matalaa ja harvaa, mutta pintakasvillisuus (varvut, sammalet, jäkä lät) on hyvin kehittynyttä ja tiheää, koska valoa ja kosteutta riittää metsän pohjallekin (kuva 19). Pintakasvillisuuden merkitys koko metsikön ra vintotaloudessa onkin huomattava, sillä ravin teet kiertävät varvustossa paljon nopeammin kuin puustossa. Humuskerroksen yläosien ravintotaloudellinen merkitys korostuu pohjoi sessa, koska maa on kesällä kovin kylmää. Elä mä keskittyy maan pintaosiin, jossa käydään myös kovaa kilpailua. Sitä käydään ennen kaik kea lajinsisäisesti: samaan ekolokeroon pyrkii paljon saman lajin yksilöitä. Monet pohjoisten maaekosysteemien kasvit ovat ikivihreitä ja pitkäikäisiä. Havupuut, var vut, sammalet ja jäkälät kykenevät tällä tavoin pidentämään yhteytyskauttaan ja säästämään sekä energiaa että tärkeitä yhdisteitä tarvitse matta muodostaa joka kevät uudestaan koko vihreää koneistoaan. Valoa saadaan tasaisesti ja riittävästi metsän pohjallekin läpi kasvukauden. Pohjoisen metsäluonnossa ei ole sellaista kevät aspektia kuin etelän lehtipuumetsissä, missä keväällä valossa kylpevä pintakasvillisuus muut tuu vallan toisennäköiseksi kesän varjostavan lehvästön alla. Pienehkö vihreä massa riittää pohjoisessa elättämään myös kasvien "toisvaraiset" solukot, kuten juuristot ja versoston muut lehtivihreät tömät, elävät osat. Vanhoissa männyissä saattaa joskus olla vain 1-2 neulasvuosikertaa (ehkä prosentin verran koko fytomassasta), ja silti puut elää kituuttavat vuodesta toiseen. Useilla pohjoisen varvuilla ja ruohoillakin on pääosa elävästä massasta maan sisässä - näemme vain Metsien rakenne ja tuotos 25 ei aina onnistu varsinkaan, jos kunttakerros on paksuja liian kuiva. Kloonautuminen on aina kin vaikeissa oloissa varmempi elossa säilymi sen ja lisääntymisenkin keino. Voisi ajatella, että pääosin metsälajistoa käsittävä tunturipaljakoit temme kasvillisuus on säilynyt kasvullisen li sääntymisen ja lumipeitteen turvin eräänlaisena reliktinä noin 5 000 vuoden takaa, jolloin puus to peitti tuntureiden lakiosia. Kuva 19. Lapin luonnontilaisilla mäntykankailla puut ovat matalia ja ne kasvavat harvassa. Valoi suus metsien pohjalla turvaa runsaan pintakas villisuuden. Kuva on kesäkuulta 1994 Pyhätuntu rin kansallispuistosta Pelkosenniemeltä Isonku runkankaalta. vihreän jäävuoren huipun. Jos kunttakerros on riittävän paksu, voi esimerkiksi mustikan ver sostosta jopa yli 2/3 sijaita maan sisässä. Viileä kunttakerros on kesällä hyvä kellari: sinne va rastoitu energia kuluu hitaasti. Kunttakerros toimii myös ikään kuin varmuusvarastona: jos pakkanen, metsäpalo tai kasvinsyöjät tuhoavat maanpäälliset osat, elämä säilyy maan sisässä, vaikka juuristot ovatkin yleensä verraten kyl mänarkoja. Uusi vegetatiivinen kasvu on tällai sen katastrofin jälkeen usein hyvin voimakasta. Kasvullinen lisääntyminen etualalla Monet pohjoisen kasvit panostavat erityisesti kasvulliseen lisääntymiseen, vaikka siemeniäkin tuotetaan. Runsas siementuotto vaatii kuitenkin melkoisesti resursseja, jolloin muut elintärkeät toiminnat, mm. kasvu tai puolustautuminen, saattavat kärsiä. Alaskassa tehdyissä tutkimuk sissa on todettu, että eräille kasveille siemenel linen lisääntyminen on jopa 10 000 kertaa "kal liimpaa" kuin kasvullinen lisääntyminen rönsy jen tai versojen avulla. Suvullinen lisääntyminen mahdollistaa kuitenkin geenien vaihdon ansios ta paremman sopeutumisen kuin kasvullinen lisääntyminen eli kloonautuminen. Yksivuotisia siemenkasveja on Lapissa vähän, esimerkiksi metsissä lähinnä vain maitikat, jotka nekin ovat puoliloisia. Yksivuotisuuteen liittyy pohjoisessa suuri riski: jollei siemensato onnistu, on tuho edessä. Metsäkasvien siementaimen kasvuunlähtö Tuottavuus alhainen, mutta hiiltä sitoutuu tehokkaasti Pohjoisten ekosysteemien vuotuiset tuotosluvut jäävät aika pieniksi ja vaurioista palautuminen hitaaksi verrattuna eteläisempiin alueisiin. Näin siitäkin huolimatta, että viileä ja valoisa kesä on energiataloudellisesti edullinen yhdistelmä. Boreaalisten havumetsien nettoperustuotanto (= näkyvä uusi kasvu) on tietysti monta kertaa suurempaa kuin puuttoman tundran tuotos. Numeroina ilmaistuna pohjoiset havumetsät tuottavat uutta fytomassaa 5-10 tn/ha vuodes sa, mikä on enintään 5 % näiden metsien koko fytomassasta. Vuotuinen korko ei siis pääomaan nähden ole kovin korkea, mikä johtuu pääosin puuston heikosta kasvupotentiaalista. Metsien pintakasvillisuus antaa pääomalleen jopa kym meniä prosentteja parempaa korkoa puhumatta kaan vesistä, joissa lähes koko fytomassa saat taa vuosittain uusiutua. Toisaalta on todettava, että käyttökelpoisen auringonsäteilyn käytön hyötysuhde on pohjoisissa metsissäkin verraten hyvä, noin 0,75 %, mikä on vain vähän heikompi kuin keskieurooppalaisissa lehtimetsissä. Pohjoisen puilla kuluu hengitykseen energiaa melko vähän, mutta niillä kasveilla, jotka viet tävät talvensa lumen alla, sitä kuluu melkoises ti. Esimerkiksi paksusammaltyypin eli HMT metsän pintakasvillisuuden maanpäälliset osat (sammalet ja mustikan versot) kuluttavat vuo den mittaan jopa 80 % kesällä hankkimastaan energiasta, joten kasvuun ja lisääntymiseen sitä jää vain 20 %. Mustikka sitoo hiiidioksidia ke sällä hyvissä oloissa 10-15 mg kasvin vihreää kuivapainogrammaa kohti tunnissa mutta ku luttaa hengityksessään 4-8 kertaa vähemmän, joten sen kasvu on verraten hyvä. Sen sijaan jäkälien ja sammaltenkin kasvu on hidasta, sillä sitä rajoittaa keskikesän kuivuus. Toisaalta nii den kasvukausi on pitkä, koska ne kykenevät yhteyttämään jopa 0-asteen lämpötilassa. 26 Hiilen nettositojina pohjoisilla metsillä ja varsinkin soilla on tärkeä merkitys maapallon ilmaston kannalta, sillä hiiltä sitoutuu täällä myös kangas- ja suoturpee seen ja kulkeutuu edelleen mineraalimaahan lähes pysyvästi varastoitavaksi. Näin nämä ekosysteemit ovat kasvihuoneilmiön uhkaa ajatellen todellisia "ilman puh distajia", eivätkä trooppiset sademetsät, kuten usein kuulee väitettävän. Tietysti myös nuori, kasvava metsä sitoo itseensä hiiltä tehokkaasti. Muutoksia ekosysteemien toiminnassa Mikään ei eliömaailmassa ole pysyvää, vaikka emme hevin havaitse hitaita tai pieniä muutoksia. Ajatus ekosysteemien tasapainotilasta samoin kuin ihmisen luomat käsitteet kliimaks-aste, yli-ikäinen metsä tai itsemurhakuusikko ovat ekologisessa mielessä harha kuvia tai ainakin yksipuolisia. Vaikka monilla pohjoisilla eliöillä onkin takanaan pitkä evoluutio, etsivät lajit ja ekosysteemit varsinkin esiintymisalueensa äärirajoilla yhä uusia ulottuvuuksia voidakseen menestyä. Tunnet tu esimerkki on tunturikoivu, joka on syntynyt hies- ja vaivaiskoivun perintöaineksesta, mutta ei vielä ole saa vuttanut itsenäisen lajin tunnusmerkkejä. Tunturikoivutuho - esimerkki luonnon ekokatastrofista Käytettävissä olevien resurssien rajallisuus pohjoisessa ilmenee hyvin tunturikoivujen elämän sykkeessä. Näi den puiden talous heikkeni 1960-luvun lopulla ehkä kylmien kesien seurauksena siinä määrin, että puut eivät jaksaneet puolustautua tunturimittarin toukkia vastaan. Tästä sai alkunsa Lapin tunturikoivutuho, suurin ekokatastrofi, joka Lapin aikakirjoihin on kos kaan merkitty (kuva 20). Kun koivut oli syöty (porot täydensivät tätä tuhoa), lisääntyi valoja ravinteiden saanti entisen koivikon pohjalla, ja pintakasvillisuus muuttui monin tavoin. Uutta koivikkoa ei ole vieläkään - lähes 30 vuotta tuhon jälkeen - kehittynyt kaikille tuho alueille. Tämä esimerkki kertoo, kuinka herkästi juuri metsänraja - puiden elämän sietoraja - voi siirtyä. Ja kun metsänraja siirtyy, siirtyvät monet metsän eliöt sen mukana. Lapin suojametsäalueen ekologinen ja luon nonsuojelullinen merkitys on suuri, kun muistamme, että myös ihminen voi synnyttää tämänkaltaisen noi dankehän. Kuva 20. Tunturimittarin toukat aiheutti vat 1960-luvun lopulla suuren luonnon ekokatastrofin syömällä tunturikoivujen lehdet, "energiapyydykset", kesken par haan kasvukauden. Koivikoita tuhoutui Pohjoismaissa eriasteisesti noin 500 000 ha. Kuva on vuodelta 1970 Utsjoelta Shir rajärven rannalta 5 km Kevolta länteen. Totaalinen tuho on luonnossa harvi nainen, mikäli tarkastelun aikaväli on riittävä. Metsäpalon vaikutukset, tauti tuhot tai havupuiden harsuuntumiset ovat tässä aikaskaalassa varsin lyhyt aikaisia. Mänty ehtii satoja vuosia kes tävän elämänsä aikana saada jälkeläi siä Lapissakin enemmän kuin meistä kukaan. Soistuminen tai ilmastonmuu tokset metsänrajalla johtavat kuitenkin joskus siihen, että metsäekosysteemi muuttuu pysyvästi aivan toiseksi eko systeemiksi. Monimuotoisuus auttaa sopeutumaan Jääkauden loppuvaiheissa oli useita hyvin nopeita ilmastonmuutoksia, jotka aiheuttivat tuntuvia muutoksia myös sil loisissa ekosysteemeissä. Aikakirjoihin merkityistä ilmastonmuutoksista on 1930-luvun lämpökausi lähinnä nyky aikaa. Tiedämme kuitenkin valitettavan vähän tuon ajan ekosysteemien muutok sista, niin tärkeää kuin se olisikin, kun teemme ennusteita mahdollisen kasvi huoneilmiön vaikutuksista luontoomme. Tiedämme tosin, että esimerkiksi puiden kasvu lisääntyi ja metsien luontainen uudistuminen onnistui tuona aikana 27 Lapissa hyvin. Tämä kertoo puulajistamme jous tokyvystä nopeisiinkin ilmastonmuutoksiin. Tosin on muistettava, että mm. tauti- ja tuho laisriski kasvaa ilmaston lämmetessä. Esimer kiksi männyn kasvu alkoi yllättäen vähetä kes ken parhaimman 1930-luvun lämpökauden. Syi tä tähän voi vain arvailla - ehkä taudit, tuholai set tai jonkinlainen väsyminen "tehokasvuun" stressasi puita? Luonnossa on geneettistä vaihtelua saman kin kasvilajin tai populaation piirissä. Tällä sei kalla on ehkä suurempi merkitys ekosysteemin rakenteen ja toiminnan kannalta kuin nyt tie dostammekaan. Sopeutumisen kannalta on tär keää, että pohjoiset populaatiot pysyvät riittä västi erillään etelän populaatioista. Tämä on varmistettu mm. siten, että kasvit kukkivat La pissa hiukan myöhemmin kuin etelässä, joten jos siitepölyä leviää tuulen mukana etelästä, pohjoisen kasvit eivät vielä ole vastaanottavassa tilassa. Mutta silloin tällöin kukinta on lähes samanaikaista ja etelän geeniainesta tulee poh joisenkin kasveihin. Ehkä tällaiset jälkeläiset nyt usein kuolevat, mutta jos ilmasto lämpenee, saattaa tilanne olla toinen. Kaikki ne toiminnalliset ja rakenteelliset keinot, joita luonto käyttää hyväkseen sopeu tuessaan pohjoisen ankariin oloihin, perustuvat monimuotoisuuteen. Kasvilajit ylläpitävät run sasta geneettistä vaihtelua myös levinneisyy tensä äärirajoilla, mikä on yksi osa monimuo toisuutta. Näin kasvit ja muu luonto pystyvät sopeutumaan vuodesta toiseen vaihteleviin ilmasto-oloihin. Ihminen ja pohjoinen luonto Pohjoinen luonto on tunnetusti herkästi haavoit tuvaa. Tämä johtuu osittain ekosysteemien hei kosta tuottavuudesta ja hitaasta uusiutumisky vystä, jotka ovat seurausta kylmästä ilmastosta ja luonnon omista elinstrategioista. Pienikin muutos voi aiheuttaa suuren häiriön, joka ei hevin korjaannu. Erityisen herkkiä ovat karut ja kuivat biotoopit, missä kasvillisuuden uusiu tuminen on vaikeaa. Nykyään tunnetaan yhä yleisemmin huolta siitä, että ihminen aiheuttaa pohjoisen luonnon sietokyvyn ylittymisen. Äärirajaksi luonnon sie tokyvylle (kantokyvylle) määritellään usein se, josta luonto omin voimin pystyy palautumaan entiselleen. Palautumisessa aika on ratkaiseva. Luonnon omassa kiertokulussa ja aikataulussa, johon ihmisen aikamääreet sopivat hyvin huo nosti, luonnon palautuminen entiselleen saattaa olla täysin mahdollista. Kuitenkin ihmisen pers pektiivistä katsoen pohjoisen luonnossa ollaan usein palautumattomassa tilanteessa. Yleissään tönä on, että pohjoisessa luonnon sietokyvyn raja on alhaisempi kuin etelässä. Tämä koskee lähes kaikkia ekosysteemejä, metsistä vesiin. Ihmistoiminnan uusia uhkia Ihmisen toiminnasta on viime aikoina koitunut pohjoisen luonnolle uusia rasitteita. Näitä ovat mm. happamoituminen, ilman epäpuhtaudet, kasvihuoneilmiö sekä metsien ja metsämaan käsittely (kuva 21). Kemialliset analyysit osoit tavat epäpuhtauspitoisuuksien kohonneen sekä kasveissa että maaperässä. Ilman epäpuhtauk sien leviämismallit osoittavat eräiden Pohjois suomen alueiden saastepitoisuuksien olevan paikoin Etelä-Suomen tasoa. Käsitys puhtaasta pohjolasta on murentunut. Tällä voi olla arvaa mattomia ja laajoja seurauksia pohjoisen luon nossa, joka muutenkin on alttiina monille luon taisille stresseille. Kuva 21. Ihminen muuttaa toiminnallaan pohjois ta luontoa monin tavoin, mistä tehometsätalouden vaikutukset Lapissa ovat hyvä esimerkki. Pyhä tunturin kansallispuiston pohjoisrajalla Pelkosen niemellä näkyvät selvästi avohakkuun, metsä maan käsittelyn, metsänviljelyn ja ojituksen jäl jet. 28 Pohjoinen metsäluontomme on muuttumassa myös siten, että alkuperäiset metsäalueet pirs toutuvat eli fragmentoituvat. Tällä on merkittä viä vaikutuksia paitsi maisemaan myös kasvi ja eläinpopulaatioiden pysyvyyteen sen vähän tiedon nojalla, mikä on olemassa. Monet pohjoi sen ongelmat kytkeytyvät metsätalouden aikaan saamiin muutoksiin kasviyhteisön rakenteessa ja toiminnassa. Tulevaisuuden suurimmaksi ympäristöuh kaksi on useissa yhteyksissä nimetty kasvihuo neilmiö. Tutkijoiden keskuudessa vallitsee mel koinen yksimielisyys siitä, että juuri pohjoisilla leveyksillä mm. hiilidioksidipitoisuuden nousun aiheuttama kasvihuoneilmiö vaikuttaisi eniten. Tiedontarve Ihmisellä on suuri vastuu luonnon hyödyntäjä nä. Hänen on tunnettava luonnon sietokyvyn rajat, jotta voisi toimia oikein. Meidän on myön nettävä, että tietomme pohjoisen luonnon sieto kyvystä ovat huomattavan puutteellisia. Norjalaisen Nansen-instituutin tutkija Olav Schram Stokke on tiivistänyt pohjoisen luonnon keskeisimmiksi ympäristöuhkiksi tiedon puut teen, soveltumattoman teknologian ja poliittisen kyvyttömyyden. Nämä kaikki liittyvät oleellisesti pohjoisuuden problematiikkaan, joka rajaa koko suomalaista elämänmuotoa. Suomalaista luon toa ja kulttuuria leimaa pohjoisuus. Maamme maantieteellinen sijainti antaa suo malaisille tutkijoille hyvät mahdollisuudet selvit tää pohjoisuuden vaikutuksia ja olemusta. Var sinkin maaperän elämässä, joka on ekosystee mien toiminnan kannalta elintärkeää, on vielä paljon tutkimatonta. Jotta tuntisimme pohjoisen luontomme omaleimaiset pelisäännöt, emme voi tukeutua yksinomaan etelämpänä tehtyihin tut kimuksiin. Pohjoisen luonnon tutkiminen on myös kansainvälisesti katsoen meidän velvolli suutemme. Kirjallisuutta Havas, P. & Kubin, E. 1983. Structure, growth and or ganic matter content in the vegetation cover oj an old spruce forest in Northern Finland. Annates Botanici Fennici 20(2): 115-149. Havas, P. & Mäenpää, E. 1972. Evolution of carbon diox ide at the floor of a Vaccinium myrtillus type spruce forest. Aquilo Series Botanica 11: 4-22. Havas, P. & Sulkava, S. 1987. Suomen luonnon talvi. Kirjayhtymä. Helsinki. 222 s. Hustich, I. 1948. The Scots pine in northernmost Finland and its dependence on the climate in the last dec ades. Acta Botanica Fennica 42: 1-75. Kallio. P. 1984. Adaptation and evolution at the northern limits of life. Acta Universitatis Ouluensis F 1. Scripta Academica. s. 131-150. Kallio, P., Karunen, P., Mikola, H., Pihakaski, K., Piha kaski, S. & Salin, M. 1981. Kasvien pohjoinen stressi ja sopeutuminen. Luonnon Tutkija 85: 98-107. Kallio, P. & Lehtonen, J. 1973. Birch forest damage caused by Oporinia autumnata (Bkh.) in 1965-66 in Utsjoki, N Finland. Reports of Kevo Subarctic Re search Station 10: 55-69. Kaurin, Ä., Junttila, O. & Nilsen, J. (toim.). 1985. Plant production in the north. Norwegian University Press. Tromso. Oslo. Bergen. Stavanger. 356 s. Marchand, P. J. 1991. Life in the cold. An introduction to winter ecology. University Press of New England. Hanover. 240 s. Laine, K. 1988. Long-term variations in plant quality and quantity in relation to cyclic microtine rodents at Kilpisjärvi, Finnish Lapland. Acta Universitatis Ouluensis, Series A 198: 1-33. Lapin metsät ja metsäntutkimus Martti Varmola 30 Pohjoinen havumetsävyöhyke ja metsänraja 31 Martti Varmola Luonnon ja ihmisen vaikutus metsiin 33 Martti Varmola Lapin metsävarat 35 Martti Varmola Tutkimus metsien käytön perustana 37 Martti Varmola Kuolan metsät ja niiden tutkimus 40 Pertti Veijola, Matti Rautiainen ja Martti Varmola Kuva 22. Pyhätunturin kansallispuistosta Pelkosenniemeltä Kultakeron etelärinteeltä avautuu näkymä Peräpohjolan laajoille metsä-ja suoalueille. Etualalla on Tunturiaapaja taka-alalla Javarustunturit. Kuva: Erkki Oksanen 31 Lapin metsät ja metsäntutkimus Fennoskandiassa metsää kasvaa pohjoisempana kuin missään muualla pohjoisella pallonpuolis kolla. Golfvirran ansiosta metsän kasvuolot ovat Lapissakin jokseenkin suotuisat. Lapissa on kol mannes Suomen maapinta-alasta, 16 % puuva rastosta ja 10 % puuston kasvusta. Lapissa metsä kasvaa hitaasti. Samalla pin ta-alalla kasvu on noin viidesosa Etelä-Suomen metsien kasvusta. Suurten pinta-alojen ja val tion metsänomistuksen ansiosta Lapissa on kui tenkin harjoitettu tehokasta metsätaloutta. Metsillä on suuri merkitys Lapille. Läänin teollisesta tuotannosta 50 % ja vientituloista 70 % on peräisin metsäteollisuudesta. Metsäta louden lisäksi luonnonsuojelu, poronhoito, mar jastus ja sienestys, metsästys ja matkailu ovat tärkeitä metsänkäyttömuotoja. Lapin metsät ovat myös intensiivisen tutki muksen kohteena. Puuntuotannon kohottami seen liittyvien tutkimusten rinnalle on viime aikoina noussut etenkin metsien terveydentilan ja metsien monikäytön tutkimus. Pohjoinen havumetsävyöhyke ja metsänraja Lapin metsäkasvillisuuden kehitys jääkauden jälkeen Suomen ja samalla Lapin nykyinen kasvilajisto on syntynyt viimeisen ns. Wurm-jääkauden jäl keen noin 10 000 vuotta sitten. Koivu levisi pio neeripuulajina nopeasti jäätikön sulamisesta vapautuneille alueille. Boreaalikaudella 6 800- 5 500 eKr. metsät muuttuivat mäntyvaltaisiksi sekametsiksi, joissa oli runsaasti lehtipuita. Nykyistä lämpimämpi ja kosteampi atlanttinen kausi vallitsi 5 500-2 000 eKr., jolloin esimer kiksi metsänraja sijaitsi tuntureilla jopa 200 m nykyistä ylempänä ja metsien soistuminen yleis tyi. Kuusi saapui idästä Suomen Lappiin vasta noin 4 000 vuotta sitten ja valtasi alaa männyltä. Lapin ilmasto ei ole muuttunut viimeksi ku luneiden 2 000 vuoden aikana siten, että se olisi ratkaisevasti vaikuttanut puulajien levinneisyy teen. Lyhytaikaista vaihtelua on toki esiintynyt. Tästä ovat esimerkkeinä kylmät kesät, katovuo det 1860-luvulla ja erityisesti tavanomaista läm pimämpi jakso 1930-luvulla, jolloin mm. saatiin lupaavia tuloksia metsänraja-alueiden metsän viljelystä. Pohjois-Suomen kasvimaantieteelliset alueet Suomi kuuluu maapalloa kiertävään havumetsä vyöhykkeeseen. Osa siitä on boreaalista vyöhy kettä. Se vastaa ilmastollisesti viileää vyöhyket tä, jossa keskilämpötila ylittää ainakin yhtenä mutta enintään kolmena kesäkuukautena 10 °C. Boreaalista vyöhykettä pohjoisempana on arktis alpiininen alue, joka kuuluu maapallon kylmään kasvillisuusvyöhykkeeseen. Se muodostuu met sänrajan pohjoispuolella olevasta tundrasta ja myös vuoristojen metsänrajan yläpuolisesta alpiinisesta alueesta. Lapin eteläosa kuuluu keskiboreaaliseen vyö hykkeeseen, jonka pohjoisraja noudattelee Poh janmaa-Kainuun kasvimaantieteellisen alueen pohjoisrajaa. Suurin osa Lappia kuuluu pohjois boreaaliseen vyöhykkeeseen, joka voidaan jakaa Peräpohjolan ja Metsä-Lapin kasvimaantieteelli siin alueisiin (kuva 23). Havumetsänrajan poh joispuolella sijaitsee subalpiinis-subarktinen koivumetsävyöhyke, joka Suomen Lapissa kä sittää lähinnä Enontekiön ja Utsjoen kunnat. Pohjanmaa-Kainuu muodostaa Etelä- ja Pohjois-Suomen välisen vaihtumisvyöhykkeen. Eteläiset ja pohjoiset kasvilajit ja kasvillisuus tyypit kohtaavat tällä vyöhykkeellä. Puulajeista tervaleppä saavuttaa levinneisyytensä pohjois rajan alueen pohjoisosissa. Vaivaiskoivun run saan esiintymisen eteläraja puolestaan noudat telee vyöhykkeen eteläreunaa. Peräpohjolan vyöhyke ulottuu pohjoisessa kuusen metsänrajalle asti. Lehtomaisia metsiä on hyvin vähän. Peräpohjolalle ominaisena met sätyyppinä esiintyy tuoreen kankaan paksusam maltyyppi, päätemetsä- eli kliimaksvaiheen kuu sia ja sekapuuna yleensä hieskoivua kasvava metsä, jota on laajalti muutettu viljelymänni köiksi. Jäkälikkäitä mäntykankaita on runsaasti. Metsä-Lapin vyöhykkeen pääpuulaji on män ty. Koivua esiintyy männiköissä sekapuuna ja viljavammilla kasvupaikoilla pääpuulajinakin. 32 Kuva 23. Pohjois-Suomen kasvimaantieteellinen aluejako ja havupuiden levinneisyys Suomen kartaston (1988) mukaan sekä Itä-Lapin metsävaurioprojektin koealat. Tunturi-Lappi on vaihtumisvyöhykettä boreaalisen ja arktisen vyöhykkeen välillä. Se on tunturikoivun valta aluetta; mäntymetsiä tavataan vain suurimpien jokien laaksoissa. Tunturikoivikoiden kasvilajisto muistuttaa havumetsävyöhykkeen lajistoa. Laajimmat puuttomat paljakat tavataan Muotkatuntureiden, Paistuntureiden ja Käsivarren alueilla. Itä-Lapin metsävaurioprojektin koealalinjoista useat kulkevat kahden metsäkasvillisuusvyöhykkeen poikki. Linjalla 1 koealoja on Suomen puolella Pohjanmaa-Kai nuun ja Peräpohjolan vyöhykkeillä. Venäjän puolen koe alojen olot vastaavat pikemminkin Metsä-Lappia kuin Peräpohjolaa. Maaston korkeuden vaihtelun samoin kuin paikallisten päästölähteiden (Kemi ja Kemijärvi) takia linja 1 on ongelmallinen. Linja 2 edustaa hyvin itä-länsisuuntaista gradienttia. Sen koealat sijoittuvat Suomen puolella enimmäkseen Peräpohjolan vyöhykkee- seen. Linjat 3 ja 4 kulkevat Metsä-Lapis sa ja pohjoisimmat linjat 5 ja 6 suurelta osin männyn metsänrajan pohjoispuolel la Tunturi-Lapin koivumetsäalueella. Suomessa mänty muodostaa havupuiden metsänrajan Päinvastoin kuin muualla pohjoisella pallonpuoliskolla, Fennoskandiassa ja osin myös Kuolan niemimaalla mänty muodostaa kuusen tai lehtikuusen sijas ta havupuiden pohjoisen metsänrajan (kuva 23). Ilmiötä on selitetty etenkin levin n e i syy shi s to riallisilla ja ilmastolli silla syillä. Myös maaperätekijöitä on tuotu esiin. Kuusen metsänraja kulkee Pallas- Ounastuntureiden kautta Ivalojoelle ja Saariselän tunturialueelle (kuva 24). Yksittäisiä kuusia ja kuusiryhmiä tava taan toki pohjoisempanakin. Suomen pohjoisin kuusi kasvaa tiettävästi lähellä Nellimiä, männyn metsänrajankin poh joispuolella. Männyn metsänraja kulkee Enonte kiön tunturialueen kautta Muotkatuntu reille ja Inarijärven pohjoispuolelta Nää tämöjoelle. Erillisiä, yhtenäisiä mänty metsiköitä tavataan pohjoisempana Uts joki- ja Kevojokilaaksoissa sekä Pulman kijärven ympäristössä samoin kuin Jää meren vuonojen rantamilla. Tunturikoivua esiintyy lähes koko Tunturi-Lapissa. Inarin Lapin tunturi alueilla ja paikoin etelämpänäkin sekä erityisesti Käsivarren Lapissa ilmasto muuttuu niin ääreväksi, että myös tun turikoivu saa väistyä puuttoman palja kan tieltä. Haapaa kasvaa paikoin tun turikoivun seassa, usein juurivesoista syntyneinä klooneina, Utsjokilaaksoa myöten. Metsänrajaan vaikuttaa ennen kaikkea ilmasto Nykyiseen puulajien levinneisyyteen vai kuttavat ennen kaikkea ilmastotekijät. Kasvukauden aikaisen lämpötilan lisäksi keskiarvosta huomattavasti poikkeavilla 33 Kuva 24. Kuusen pohjoista metsänrajaa Saariselän Kuu sipäällä. kriittisillä lämpötiloilla ja talviaikaisilla tuulilla on oma merkityksensä metsänrajan muotoutumisessa. Maaston muodot määräävät metsänrajan jyrkkyyden Loivilla rinteillä samoin kuin suojaisissa painanteissa havupuut ja koivu ovat ikään kuin hiipineet ylöspäin. Jyrkillä rinteillä metsänraja on hyvinkin selvä. Maaperä vaikuttanee etenkin kuusen metsänrajaan. Pohjoisimman Lapin maaperä on niin karua, ettei kuusi voi siellä menestyä. Kuusen leviäminen saattaa myös olla vielä kesken, onhan se levinnyt Suomeen huomat tavasti mäntyä myöhemmin. Myös bioottiset tekijät vai kuttavat paikallisesti metsänrajaan. Tunturimittari tuhosi 1965-66 tunturikoivikoita eriasteisesti Pohjois maissa noin 500 000 ha:n alueella. Saariselän Kaunis päällä taas mäntypistiäinen tappaa korkeimmalla olevia viimeisiä mäntyjä. Luonnon ja ihmisen vaikutus metsiin Kulo muovasi metsäkuvaa Metsäpalot vaikuttivat vielä viime vuosisadalla pohjoisen havumetsävyöhykkeen luontaiseen puulajikiertoon. Salaman tai ihmisen sytyttämät kulot muovasivat voi makkaasti metsäkuvaa. Kuuset joutuivat väistymään; Varhainen poronhoitoja asutuksen leviäminen Lapin alkuperäinen saamelaisasutus oli harvaa. Poronhoitoon, metsästykseen ja kalastukseen ei tarvittu puuta kovin kaan paljon. Lähinnä tarvittiin poltto puita ja rakennuspuita asumuksia ja poronhoidon rakennelmia varten. Eräs merkki porotalouden vaikutuksista met säkuvaan olivat 1880-luvun loppupuo len ns. luppokasket: paksulumisina tal vina kuusia kaadettiin porojen hätära vinnoksi tuhansia hehtaareja. Poromies ten tiedetään myös polttaneen etäisiä laidunmaita saadakseen porot pysymään lähempänä asumuksia. Kateelliset saat toivat vaikeuttaa poronhoitoa polttamal la parhaita jäkälämaita. Suomalaisasutuksen levitessä met sien käyttö lisääntyi. Etelämpänä erit täin yleinen kaskeaminen ulottui 1800- luvulla pohjoisessa Rovaniemen tienoille asti, mutta oli tavallista vain Kuusamon seudulla (kuva 25). Lapissa maanviljelys perustui etupäässä jokivarsiniittyjen käyttöön ja vähäiseen pellonraivauk seen. Puuta tuhlaavaa tervanpolttoa ei Lapissa harrastettu, toisin kuin Pohjois pohjanmaalla ja Kainuussa. Siellä ter vanpoltto oli 1700-ja 1800-luvuilla niin yleistä, että sen arvioidaan kuluttaneen enimmillään mäntypuuta noin 3/4 ny kyisestä puuntuotannon tasosta. Pohjoi simmat tervanpolttoalueet olivat lijoki laaksossa. Ihmisen vaikutus Lapin metsiin pysyi koivu, haapa ja mänty saivat tilaa. Viime vuosisadan loppupuolella val tionmaiden vuotuiseksi paloalaksi on ar vioitu 0,1-0,5 % metsämaiden kokonais pinta-alasta. Pohjois-Ruotsissa tehdyis sä tutkimuksissa on arvioitu kuivien kankaiden palaneen keskimäärin alle sadan vuoden välein. Pohjois-Suomen paksusammalkuusikoissa kulot ovat käyneet huomattavasti harvemmin, ehkä 400-500 vuoden välein. Viimeksi suuri metsäpalo sattui Lapissa 1960, jolloin Sallan Tuntsalla paloi noin 20 000 haja Venäjän puolella vielä enemmän. 34 Kuva 25. Kaskeamisen yleisyys Pohjois-Suomes sa 1860-luvulla. vähäisenä viime vuosisadan loppupuolelle asti, toisin kuin Etelä-ja Keski-Suomessa. Eniten vaikuttivat kulot, jotka nekin yleensä jäivät pie nialaisiksi kostean ilmaston ja soiden runsau den vuoksi. Suomen metsävaroja arvioineen Claes W. Gyldenin tunnetun arvion mukaan La pissa oli 1850-luvulla "metsää yltäkylläisesti". Puunkäyttö lisääntyy Suomen ensimmäinen höyrysaha, Kestilän saha sai perustamisluvan lijoen suulle 1857. Se mer kitsi teollisen puun menekin alkua Lapissakin. Isonjaon yhteydessä 1800-luvun puolivälissä kruunulle jäi suurin osa Lapin metsistä. Näitä maita valvomaan perustettiin 1851 Metsänhoi tolaitos, nykyisen metsähallituksen edeltäjä. Lapinkin metsiä alettiin kartoittaa ja arvioida. Valtion metsissä noudatettiin hakkuut pinta alaan sitovaa ns. vuosilohkojärjestelmää. Pääasiallinen hakkuumenetelmä oli hirren harsinta eli sahapuiden määrämittahakkuu. Vaikka metsähallitus pyrki siirtymään harsin nasta metsikkö talouteen jo 1907, harsinta jatkui yksinomaisena hakkuumenetelmänä sekä val tion- että yksityismetsissä 1920-luvun alkuun asti. Hakkuut kohdistuivat järeään mäntytuk kiin. Metsiä ei uudistettu, joten ne jäivät vajaa puustoisiksi. Sahatavaran vienti ulkomaille ku koisti. Puut kuljetettiin uittaen Tornionjokea ja Kemijokea pitkin. 1920-ja 1930-luvuilla puuta uitettiin myös pohjoisimmassa Lapissa Paatsjo kea pitkin Jäämerelle. Etenkin metsänrajan alenemisen estämisek si ja myös pohjoisimman Lapin metsätaloutta rajoittamaan säädettiin 1922 laki, jolla rajattiin kaikkiaan noin 3 milj. ha suojametsäalueeksi tundraa vastaan. Vuonna 1928 säädetty yksi tyismetsälaki puolestaan antoi mahdollisuudet ohjata ja valvoa yksityismetsätaloutta. Tällä tavalla saatiin alkuun järjestelmällisen metsä talouden aika myös Lapissa. Toiseen maailman sotaan saakka metsätalous perustui enimmäk seen sahapuuhakkuisiin ja luottamukseen met sien luontaiseen uudistumiseen. Viljelymetsätalouden aika alkaa Toinen maailmansota, alueluovutukset, sotakor vaukset, jälleenrakentaminen ja asutustoiminta aiheuttivat Lapinkin metsätaloudessa suuren muutoksen. Suuria savottoja perustettiin kau kaisiin erämaihin ja puuta hakattiin ennennä kemättömiä määriä. Sotakorvauksia maksettiin pitkälti Lapin puulla. Metsätalouden laajentuminen ei ollut mah dollista ilman hakkuumenetelmien suuria muu toksia. Harsinnasta siirryttiin aktiiviseen met sien luontaiseen uudistamiseen ja etenkin met sänviljelyyn. Lapin metsien hyväksikäytön pää suunnaksi tuli vanhojen metsien nopea ja laaja mittainen uudistaminen. Erityisesti keskityttiin paksusammalkuusikoihin, joiden katsottiin ole van alkuaan hyvinkin viljavia metsänkasvupaik koja. Vanhojen kuusikoiden uudistamismenetel mäksi vakiintui avohakkuu ja männynviljely, jo ka alussa oli kylvöä kulotuksen jälkeen. Maan pintaa käsiteltiin myös laikuttamalla. Metsämaan auraus ja männyn istutus yleis tyivät 1960-luvulla (kuva 26). Tuolloin pääsi 35 Kuva 26. Aurattua männynviljelyaluetta Sallan Naruskalla elokuussa 1994. Taimissa näkyy surmakkasienen aiheuttamaa tuhoa. vauhtiin myös metsätöiden koneellistaminen. Moottorisahat korvasivat pokasahat ja justeerit, hevosista siirryttiin metsätraktoreihin. Jätkät ja kuokat saivat väistyä, kun maanpintaa alettiin käsitellä katerpillareiden ja metsätraktoreiden vetämillä laikkureilla ja auroilla. Myös soiden ojituksessa siirryttiin lapiokaivusta oja-auroihin ja konekaivuun. Metsätöiden koneellistaminen "saatiin loppuun" 1990-luvun alussa: Lapissa kin siirryttiin hakkuissa lähes yksinomaan mo nitoimikonein tapahtuvaan puiden korjuuseen. Metsureille ovat jääneet vain ensiharvennus sekä metsänistutus- ja kylvötyöt, joita Lapin kivisissä maastoissa ei hevin voida koneellistaa. Uitto eli kukoistustaan 1950-ja 1960-luvuil la, jolloin vuosittain uitettiin yli 3 milj. m 3 puu tavaraa. Auto- ja rautatiekuljetukset syrjäyttivät myöhemmin uiton. Tornionjoella uitto loppui 1971 ja Lapin valtaväylällä Kemijoella 1991. Metsäteollisuus laajentuu Teollinen puunkäyttö perustui Lapissa 1920- luvulle asti pelkästään sahaukseen. Vuonna 1893 oli perustettu Lapin läänin vanhin metsä teollisuuden suuryritys, Kemi Oy, alun perin yksityisen sahauksella aloittaneen suuryhtiön osakekannasta. Kemi-yhtiö rakensi Lapin en- simmäisen sellutehtaan 1919 Kemiin. Toinen tehdas valmistui 1927. Lapin suurin metsäteollisuusyritys, Veitsi luoto Oy, sai alkunsa eduskunnan hyväksyttyä 1919 esityksen uuden sahalaitoksen perustami sesta Perämeren rannikolle. Saha rakennettiin Kemiin 1922, ja sulfiittisellutehdas aloitti toi mintansa 1930. Näin oli luotu pohja laajamit taiselle puun käytölle myös Lapissa. Seuraava merkittävä metsäteollisuuden laa jennus oli Kemijärvi Oy:n perustaminen 1965. Vuonna 1968 tämä selluloosaa valmistava teh das sulautettiin Veitsiluoto Oy:öön. Kemijärven tehdas lisäsi tuntuvasti Koillis-Lapin metsien käyttöä. Lapin puunjalostusteollisuuden kehitys on suomalaiselle integroituneelle teollisuudelle tyy pillinen: Kemijoen varrelle perustetuista vesisa hoista kehitys eteni höyrysahojen kautta nykyi siin, valtaosaltaan kemiallista metsäteollisuutta harjoittaviin yrityksiin. Tuotanto on tätä nykyä keskittynyt paino- ja hienopaperiin, kartonkiin, selluloosaan sekä saha- ja rakennusteollisuuden tuotteisiin. Lapin metsävarat Ensimmäiset inventoinnit Ennen 1920-lukua arviot Lapin metsävaroista perustuivat lähinnä valtion maiden kartoitusten yhteydessä tehtyihin laskelmiin. Akateemikko Yrjö Ilvessalon johtama valtakunnan metsien 1. inventointi, jonka maastotyöt tehtiin 1921-24, antoi ensimmäiset luotettavat tiedot Lapin met sistä. Silloin käytetyn päävesistöaluejaon mukai sella Lapin alueella elävän puuston kokonaisti lavuus oli metsämaalla 343 milj. m 3 ja puuston keskitilavuus 43 m3/ha. Mäntyvaltaisten metsi en osuus kasvullisen metsämaan alasta oli suu rin Pohjoisen jäämeren vesistöalueella (76 %). Tornion- ja Muonionjoen sekä suurella Kemijoen alueella mäntyvaltaisia metsiä oli 53 %, mutta Tuntsajoen ja Oulankajoen vesistöalueilla vain 34 %. Soiden osuus oli suurin Kemijärven vesis töalueella, 47,3 % koko maa-alasta. Silloisen La pin alueella soiden osuus oli keskimäärin 38 %. Näistä kasvullista metsämaata oli vain 24 %. Ennen toista maailmansotaa 1936-38 Yrjö Ilvessalo johti toisen inventoinnin silloisen Suo men alueella. Inventointitulosten perusteella 36 metsävarat olivat vähentyneet noin 25 milj. m 3. Hakkuut olivat siis reilusti ylittäneet metsien kasvun. Valtakunnan metsien 3. inventoinnin (1952-53) tu losten mukaan Lapin metsävarojen havaittiin yllättäen kasvaneen. Kokonaistilavuus oli 310 milj. m 3. Tulos johtui todennäköisesti tavanomaista lämpimämmästä ilmastojaksosta ja vähäisistä hakkuumääristä sodan aikana. Tämä antoi sysäyksen Lapin metsien hakkuiden tuntuvalle laajentamiselle. Viimeisessä Yrjö Ilvessalon johtamassa, linjoittaiseen arviointiin perustuvassa valtakunnan metsien 4. inven toinnissa (1962-63) hakkuiden lisääntyminen näkyi selvästi. Elävän puuston määrä pieneni 15 vuodessa 40 milj. m 3. Väheneminen oli suurin männyllä. Myös puuston kasvu vähentyi huolimatta suurista uudista mispinta-aloista. Metsien nykyinen rakenne Lapin metsät on inventoitu 4. inventoinnin jälkeen kes kimäärin 10 vuoden välein. Professori Kullervo Kuuselan johtama 5. inventointi, VMIS (1969-70). perustui loh koittaiseen arviointiin. Professori Simo Poson, metsäta lousinsinööri Matti Kujalan ja tohtori Eero Mattilan ke hittämänä Lapin metsien 6. (1970, 1974-76) ja 7. inven tointi (1978, 1982-84) tehtiin kaksivaiheisella ilmakuva tulkinnan ja maastomittausten yhdistelmällä. Inventoin nit osoittavat laajojen hakkuiden vaikutukset puusto tunnuksiin. Nuorten metsien ja ojitettujen soiden osuu den kasvu on suurentanut kokonaiskasvun Lapissa 6,1 milj. m 3 :stä (VMIS) 7,55 milj. m 3 :iin (VMI7) vuodessa. Puuston kasvun lisääntyminen on lisännyt myös puus- Kuva 27. Puuston kuorellinen tilavuuskasvu ja kokonais poistuma Pohjois-Suomessa 1916-92. (Lähde: VMI) ton kokonaistilavuutta 5. inventoinnista lähtien. Kokonaistilavuus on vielä kui tenkin alempi kuin 1950-luvulla. Pohjois-Suomessa eli Lapin läänissä ja valtaosassa Oulun lääniä, joka alue on ollut tulostusalueena ensimmäisestä inventoinnista lähtien, männyn, kuusen ja lehtipuiden vuotuinen kasvu oli 11-13 milj. m 3 viidessä ensimmäisessä inven toinnissa (kuva 27). 1980-luvulla kasvu lisääntyi voimakkaasti. Vuotuinen pois tuma ylitti vuotuisen kasvun 1970-lu vulle asti, kun hakkuut keskittyivät van hoihin metsiin. Hakkuut olivat suurim millaan 1960-luvulla. 1970-luvun kes kivälin laskukausi samoin kuin 1990- luvun alun lama-aika näkyvät selvästi poistumamäärissä. Lapissakin on 1990- luvulla siirrytty runsaiden hakkuusääs töjen aikaan. Mänty on Lapin vallitseva puulaji. Sen osuus puuston kokonaistilavuu desta on 60 %. Kolmen pohjoisimman kunnan, Utsjoen, Enontekiön ja Inarin, alueella metsä- ja kitumaan alasta män ty vallitsee 93 %:lla. Tunturialueiden puuntuotannollisesti vähäarvoisilla jou tomailla vallitsee koivu. Muualla Lapissa männyn osuus vähenee jonkin verran siirryttäessä itään päin. Lapin metsä lautakunnan alueella mänty vallitsee 70 %:lla ja Koillis-Suomen metsälauta kunnan alueella 65 %:lla metsä- ja kitu maan pinta-alasta. Valtakunnan metsien 7. inventoinnin mukaan Pohjois-Suomen kokonaismaa alasta on suota 40,8 % eli suunnilleen saman verran kuin 1. inventoinnissakin senaikaisella tulostusalueella. Suopinta alasta on Pohjanmaalla ja Kainuussa oji tettu yli puolet. Lapissa kuitenkin vain 23 %. Ojituksen ansiosta kasvullisen metsämaan osuus kokonaissuopinta alasta on Pohjois-Suomessa suurentu nut 37 %:iin. Lapissa vastaava osuus on 25 %. Pääosa Suomen luonnonsuojelualu eista sijaitsee Lapissa (kuva 28). Merkit tävimpiä metsäluonnon suojelualueita ovat lailla perustetut luonnon- ja kansal lispuistot ja erämaa-alueet. Lisäksi met sähallitus on omilla päätöksillään perus tanut aarnialueita ja luonnonhoitomet- 37 Tutkimus metsien käytön perustana Tutkimuksen pioneerit Metsäntutkimuksen alku Lapissa liittyy metsä hallituksen kiinnostukseen omista metsistään, niiden rakenteesta, käsittelystä ja uudistamises ta. Tutkimukset tehtiin käytännön työn ohella metsähallituksen hoitoalueilla. Utsjoen aluemet sänhoitaja August Renvall julkaisi vuonna 1912 ensimmäisen Lappia koskevan tutkimuksen väi töskirjanaan kohta Suomen metsätieteiden luo jan, professori Aimo K. Cajanderin, väitöskirjan jälkeen. Renvallin tutkimus käsitteli nykyäänkin ajankohtaista aihetta, männyn kukkimis-, käpy jä siemenvuosia "polaarisella metsänrajalla". Kuva 28. Pohjois-Suomen luonnonsuojelualueet ja muut rauhoitusalueet. siä ja jättänyt korkeiden maiden alueita puun tuotannon ulkopuolelle. Lapin noin 9,6 milj. ha:sta on puuntuotannon metsä- ja kitumaata noin 5,2 milj. haja loppuosa puuntuotannolli sessa mielessä joutomaata tai eri päätöksillä suojeltuja luonnonsuojelualueita. On laskettu, että puuntuotannon ulkopuolella olevat suojelu alueiden puuvarat ovat vähentäneet Lapin suu rinta kestävää hakkuusuunnitetta yli 1 milj. m 3 vuodessa. Itä-Lapin metsävaurioprojektin koealat pe rustettiin mäntyvaltaisille kuivahkoille ja kuiville kankaille. Näiden metsätyyppiryhmien osuus on suurin Lapin metsälautakunnan pohjoisosassa, 72 % metsämaan kankaista. Muussa osassa La pin metsälautakuntaa osuus on 62 % ja Koillis- Suomen metsälautakunnan alueella 49 %. Näis tä kankaista suurin osa on mäntyvaltaisia, joten koealat edustavat puulajisuhteiltaan tyypillisim piä Lapin metsiä (kuva 29). Kuva 29. Mäntyvaltaisten kuivahkojen ja kuivien kankaiden yleisyys Pohjois-Suomessa sekä Poh jois-Suomen metsälautakuntien aluejako. (Lähde: VMI) 38 Renvall teki myös metsänviljely kokeita metsän rajan pohjoispuolella. Renvallin lisäksi etenkin professori Olli Hei kinheimo, Metsäntutkimuslaitoksen tuleva joh taja, julkaisi 1910-ja 1920-luvuilla merkittäviä tutkimuksia Lapin metsien käytöstä: Pohjois suomen kuusimetsien hoidosta, Suomen lumi tuhoalueista ja niiden metsistä sekä Suomen metsänrajametsistä ja niiden vastaisesta käytös tä. Renvallin ja Heikinheimon käsitykset vaikut tivat suuresti suojametsälain säätämiseen 1922. Mäntymetsien luontaista uudistumista tutki vat tohtori Oiva Lakari, professori Viktor T. Aal tonen ja professori Ilmo Lassila 1910-ja 1920- luvuilla. Mäntymetsien uudistuminen todettiin tutkimuksissa jokseenkin hyväksi, joskin hi taaksi. Heikinheimon ja myös Lakarin mukaan kuu simetsien käyttömahdollisuudet perustuivat puulajin vaihtoon. Kuusikoiden luontainen uu distuminen oli erittäin hidasta, jos ollenkaan mahdollista. Heikinheimo piti parhaana ratkai suna kaskeamista tai kulotusta ja männyn kyl vöä. Toisena mahdollisuutena hän esitti mäntyä suosivaa kaistalehakkuuta. Valtakunnan metsien inventointien kehittäjä ja johtaja Yrjö Ilvessalo selvitti 1930-luvulla puustojen rakennetta työssään "Perä-Pohjolan luonnonnormaalien metsiköiden kasvusta ja ke hityksestä", joka on yhä perusselvitys hakkaa mattomien metsiköiden kehityksestä Lapissa. Tutkimuksen kiintopisteiksi perustettiin laa ja kokeilualueiden verkko silloisen Metsätieteel lisen koelaitoksen, nykyisen Metsäntutkimuslai toksen, hallintaan: Kivalo 1924, Laanila 1925, Petsamo 1927, Kilpisjärvi 1940 ja Pallasjärvi 1945. Näistä etenkin Kivalon kokeilualue kehit tyi paikaksi, jonka metsänviljelykokeiden, ulko maisten puulajien viljelmien, lannoituskokeiden ja soiden ojitusten tuloksia käytettiin laajasti hyväksi luotaessa suuntaviivoja Lapin metsäta loudelle. Harsinnasta metsänviljelytutkimuksiin Professori Risto Sarvas julkaisi 1950 tutkimuk sensa Peräpohjolan harsimalla hakattujen yksi tyismaiden uudistumisesta. Tutkimuksella oli suuri vaikutus luontaisen uudistamisen mene telmien kehittymiseen Lapissakin. Harsinnasta siirryttiin siemen- ja suojuspuumenetelmien käyttöön. Heikinheimon 1920-ja 1930-luvuilla perus tamien metsänviljelykokeiden tulosten perus teella voitiin osoittaa etenkin männiköiden hyvä kasvu paksusammalkuusikoiden uudistusaloil la. Professori Gustaf Sirenin väitöskirja 1955 käsitteli perusteellisesti Pohjois-Suomen paksu sammalkankaiden kuusimetsien kehitystä ja ekologiaa. Sirenin mukaan paksusammaltyypin kuusikot olivat viljavan mustikkatyypin degene roituneita sekundäärimetsiköitä, jotka oli mah dollista saattaa metsänviljelyllä tuottavaan kun toon. Sirenkin suositteli kulotuksen ja männyn kylvön käyttöä. Metsänviljelyt yleistyivät 1950-luvulla nope asti. Suomen Metsänhoitajaliiton jäijestämillä neuvottelupäivillä ja retkeilyllä 6.-8.9.1954 luo tiin arvovaltaisen joukon voimin suuntaviivat Lapin metsätalouden kehittämiselle. Tilaisuu desta julkaistussa kirjassa "Lapin metsien mah dollisuudet" annettiin, suurelta osin tutkimus ten perusteella, valoisa kuva Lapin metsätalou den tulevaisuudesta. Julkilausumassa esitettiin metsäteollisuuden laajentamista, metsänhoidon tehostamista, puutavaran kuljetusolojen kehit tämistä, metsäopetuksen aloittamista maatalo usväestölle ja erityisen Pohjois-Suomen osaston luomista Metsäntutkimuslaitokseen. Kaikki esi tykset ovat toteutuneet. Vuonna 1959 perustettu Lapin tutkimusseu ra julkaisi tutkimuspoliittisen ohjelmansa 1975. Siinä metsäntutkimuksen painoaloiksi asetettiin pitkälti puuntuotannon tehostamiseen liittyviä aihealueita: metsämaan ja sen käsittelyn, met sänviljelymenetelmien, taimikonhoidon, soiden kuivatuksen ja suometsien käsittelyn sekä suo ja- ja lakimetsien käsittelyn tutkimukset. Muina aiheina tuotiin esiin metsien monikäytön ja met säekonomian sekä metsänomistusrakenteen tut kimus. Yliopistojen tutkimusasemat Metsäntutkimuslaitoksen tutkijoiden ohella yli opistojen tutkijat ovat tehneet runsaasti luon nontieteellistä ja metsiin liittyvää tutkimusta Lapissa. Esimmäisenä yliopistojen tutkimusase mista perustettiin Utsjoen Kevolle Turun yliopis ton Lapin tutkimuslaitos 1956. Kevon tutkimuk set keskittyivät alkuvaiheessa eri koivulajien ja erityisesti tunturikoivun ekologiaan sekä met sänrajakysymyksiin. Kevolle perustettiin 1970- luvulla kaikki pohjoisen metsänrajan puulajit 39 käsittävä puulajipuisto. Viime vuosina Kevolla on paneuduttu Kuolan saastepäästöjen vaiku tusten selvittämiseen kokeellisesti. Kokeissa on tutkittu tunturikoivuja ja mäntyjä ja niitä ravin nokseen käyttäviä hyönteisiä eli herbivoreja. Helsingin yliopiston Kilpisjärven biologinen asema aloitti toimintansa 1964. Se sijaitsee ilmastoltaan Suomen ankarimmalla alueella. Asemalla tehdään sekä ekofysiologista että ym päristöntutkimusta. Asema on saanut tunnus tusta jo 1940-luvulla aloitetuista seurantasar joista. Metsiin liittyviä aiheita ovat olleet tunturi koivun, ilmastonmuutosten paineen alla elävän tundrakasvillisuuden sekä metsänrajan tutki mukset. Helsingin yliopiston Värriön tutkimusasema perustettiin 1967. Alkuaikoina tehtyä eläintie teellistä tutkimusta on täydennetty metsätieteil lä. Mäntyjen kaasuaineenvaihdunnan reaktioi den selvittäminen pohjoisen äärevissä oloissa on viime vuosina laajentunut Kuolan alueen saaste tutkimuksilla: herkin analyysimenetelmin selvi tetään saastepitoisuuksien vaikutuksia mänty jen ekofysiologiaan. Metsäntutkimuslaitoksen tutkimusasemat Metsäntutkimuslaitoksella on Lapissa kaksi tut kimusasemaa, Kolarin ja Rovaniemen asemat. Kolarin aseman syntyvaiheet ulottuvat tavallaan kauas 1920-luvulle. Pula-ajan ja suuren työttö myyden takia valtio myönsi varoja Kolarin Teu ravuomalle laajamittaiselle metsäkoeojitukselle. Viljavia, kalkkipitoisia soita ojitettiin 1930-luvul la yli 2 000 hehtaaria, ja ojitetuille alueille pe rustettiin lukuisia metsäntuotoskoealoja. Teura vuomalle perustettiin 1949 suurviljelmä rehun tuotantoa varten. Peltoa raivattiin yli 500 ha:n verran. Heinän menekin tyrehdyttyä alue siirtyi asutushallitukselle 1960. Metsäntutkimuslaitos ilmaisi halukkuutensa tehdä alueella metsänjalostukseen ja suontutki mukseen liittyviä kokeita. Ajatusta perusteltiin sillä, että Lapissa tarvittiin tutkimuksia metsän viljelystä ja suopohjien katsottiin soveltuvan hy vin viljelykokeisiin. Kolarin tutkimusasemasta toivottiin myös yhteispohjoismaista tutkimuspis tettä. Asema perustettiin 1964. Sen tutkimukset liittyvät nykyisin lähinnä metsänjalostukseen ja suontutkimukseen. Kolarin asema on suuntau tumassa myös metsänrajakysymyksiin. Jos Kolarin tutkimusaseman perustamiseen liittyikin tarve saada muussa käytössä olleille alueille uutta toimintaa, niin Rovaniemen tutki musaseman syntyvaiheet kytkeytyivät tiukasti tutkimuksellisiin kysymyksiin. Lapissa oli 1960- luvulla tavattu laajalti tuhoja nuorissa viljelytai mikoissa. Viljelyiden tarkastuksissa oli arvioitu, että noin puolet Lapin viljelytaimikoista oli kuol lut tai heikossa kunnossa. Pääasiallinen tuhon aiheuttaja oli surmakkasieni (kuva 26). Maa- ja metsätalousministeriön aloitteesta Rovaniemellä pidettiin marraskuussa 1969 ko kous, jossa tehtiin päätös laajan viljelykoesarjan perustamisesta Lappiin. Metsäntutkimuskomi tean mietinnön mukaisesti Rovaniemelle perus tettiin tutkimusasema keväällä 1970. Aseman tutkimukset painottuivat alkuaikoi na selvityksiin, jotka tähtäsivät metsänuudista misen ja nimenomaan metsänviljelyn tulosten varmistamiseen. Jo 1970-luvulla aseman tutki mus laajeni metsien monikäytön, puuntuotok sen, metsäninventoinnin, metsätalouden liike tieteen ja metsämaan tutkimukseen. 1980-luvun lopulla Rovaniemen tutkimus aseman uudeksi painoalaksi muotoutui metsien terveydentila. Tämä oli seurausta Metsäntutki muslaitoksen tutkimusstrategian muutoksesta ja ennen muuta Lapissa havaituista puustovau rioista, joiden selvittämiseen tutkimusasemalla paneuduttiin. Perustiedot Lapin metsien rea goinnista ihmistoiminnan aiheuttamiin muutok siin puuttuivat. Näiden tutkimuksen aukkojen paikkaamiseen ryhdyttiin 1980-luvun lopulla. Viime vuosina yli neljännes Rovaniemen tutki musaseman voimavaroista on suuntautunut ilman epäpuhtauksien ja muiden ihmistoimin nasta johtuvien vaikutusten tutkimiseen. Ympäristöntutkimus yhä tärkeämpää Myös Lapin tutkimusseuran uudessa tutkimus poliittisessa ohjelmassa vuodelta 1994 painote taan metsien terveydentilan tutkimuksen tär keyttä. Sen lisäksi metsäekosysteemien toimin nasta pohjoisen äärevissä oloissa tarvitaan lisää tietoa. Lappi tarjoaa ympäristöntutkimukselle oivan luonnonlaboratorion: kasvuolot ovat äärevät ja ihmistoiminta vaikuttaa metsiin metsänrajalle asti. Äärimmäiset metsänkasvun alueet ovat hel posti saavutettavissa ja suuret pistemäiset saas telähteet ovat lähellä. Lappi ja Lapissa tehtävä 40 Kuolan metsät ja niiden tutkimus Puulajien metsänrajat jatkuvat idässä Kuolan niemimaan puolelle. Itäisenä piirteenä kuusi alkaa muodostaa havupuiden metsänrajaa Mur manskin itäpuolella. Tosin Ponoi-joen laaksossa niemimaan kaakkoisosassa, mistä kuusikot puuttuvat, esiintyy laajojakin mäntyvaltaisia metsiä. Kuolan metsänrajaseudut ovat mielen kiintoinen Fennoskandiaan kuuluva kokonai suus. Kuolassa tavataan venäläisen kasvitieteelli sen määrittelyn mukaan tundraa, metsätundraa ja taigametsää. Taigan pohjoisraja kulkee nie mimaan poikki luoteesta kaakkoon. Koillisran nikko kuuluu tundra-alueeseen noin 50 km:n leveydeltä (kuva 30). Niemimaan koillisosassa on laajalti palsasoita. Metsätieteissä käytetään Venäjällä metsän rajametsistä omaa käsitettä, tundranläheiset metsät. Vuonna 1959 erotettiin tundranläheiset suojametsät talousmetsistä. Tällä alueella suo javaikutusten tulisi olla metsien käytössä ensi sijalla. Kuolan niemimaan itäosa kokonaisuu dessaan samoin kuin alue Murmanskista luotee seen kuuluu tähän vyöhykkeeseen. Tundranlä heisten metsien ongelmiksi ovat koituneet kau palliset hakkuut, ohjaamaton porojen laidun nus, metsäpalot ja ilmansaasteet. Murmanskin aluetta on pidetty runsasmet säisenä. Metsien hyödyntäminen on ollut pit kään intensiivistä. Alueen metsävarat arvioidaan noin 200 milj. m3:ksi, mistä 56 milj. m 3 on käyt tökelpoisilla alueilla ja teknisesti korjattavissa. Vuotuinen hakkuumäärä oli suurimmillaan 1960-luvulla yli 2 milj. m 3 vuodessa. Hakkuu määrät ovat pienentyneet niin, että 1991 vuo tuiseksi suunnitteeksi vahvistettiin 858 000 m 3. Uudessa metsälaissa tundranläheisissä metsissä sallitaan vain kasvatushakkuut ja niitä vastaa vat hakkuutavat. Muutoin Murmanskin alueella noudatetaan Luoteis-Venäjän metsien käsittely ohjeita, joissa nykyisin esimerkiksi rajoitetaan uudistusalan koko enintään 20 hehtaariksi. Kuolan alueen pinta-alasta on varsinaisia suojelualueita ja suojametsiä 51,5 %. Tieteelli siä suojelualueita ovat Lapin luonnonpuisto Montsegorskin länsipuolella ja useista pienistä alueista muodostunut Kantalahden luonnon puisto (kuva 30). Muita luonnonsuojelualueita ovat esimerkiksi metsäpeuran suojeluun tarkoi tetut erityiset alueet sekä puistot, joissa painot tuvat luonnonsuojelun ohella kulttuuri ja virkis tyskäyttö. Kuolan metsiä hakkaavat lähinnä paikalliset metsäkombinaatit ja metsäteollisuustaloudet. Alueen metsäteollisuus on metsäkombinaateissa tapahtuvaa puun sahausta. Suurin saha sijait see Kantalahdessa. Se käyttää puuta vuodessa 100 000 m 3. Sahatavara myydään paikallisesti. Lähimmät sellutehtaat ovat Karjalan alueen Segeza ja Kontupohja, joihin kuljetusmatka on yli 500 km. Veitsiluoto Oy on tuonut Kantalah den alueelta raakapuuta vuosittain noin 50 000 m 3 ja Metsäliitto Raja-Joosepin tien vaikutus alueelta alle 100 000 m 3. Myös rakennuskeloa on tuotu Suomeen vähäisiä määriä. ympäristöntutkimus kiinnostaa suuresti myös ulkomaisia tutkijoita. Ympäristöntutkimuksen luonne on muuttu nut. Tutkittavat ongelmat ovat niin monenlaisia, että tarvitaan laajaa yhteistyötä sekä kotimaisten tutkimuslaitosten välillä että kansainvälisesti. Tulevaisuudessa myös Barentsin alueen luon nonvarojen entistä tehokkaampi taloudellinen hyödyntäminen antaa uusia haasteita ympäris töntutkimukselle . Kirjallisuutta Havas, P. (toimj. 1980. Suomen luonto 2. Metsät. Kirja yhtymä. Helsinki. 344 s. Kalliola, R. 1973. Suomen kasvimaantiede. WSOY. Porvoo-Helsinki. 308 s. Kuusela. K., Mattila. E. & Salminen, S. 1986. Metsävarat piirimetsälautakunnittain Pohjois-Suomessa 1982- 1984. Folia Forestalia 655. 86 s. Lapin metsien mahdollisuudet. 1955. Suomen Metsän hoitajaliitto. Kirjapaino Oy Libris. Helsinki. 143 s. Lapin tutkimuspoliittinen ohjelma. 1994. Acta Lapponica Fenniae 17. 54 s. Leikola, M. (toimj. 1979. Tutkimustoiminta Lapin met- 41 Kuva 30. Kuolan niemimaan metsänraja-alueet sekä luonnonpuistot ja muut rauhoitusalueet. Kuolan niemimaan luonnonvarojen teollinen hyödyn täminen alkoi 1930-luvulla. Toiminnassa tukeuduttiin edellisellä vuosikymmenellä aloitettuihin geologisiin ja maantieteellisiin tutkimuksiin. Vuonna 1931 perustet tiin Kirovskin polaaris-alpiininen puutarha kasvitieteelli sen tutkimuksen tukikohdaksi. Vuonna 1949 tutkimus organisoitiin Neuvostoliiton tiedeakatemian osastoksi. Seuraavien vuosikymmenten aikana Kuolaan perustettiin useita instituutteja, joiden tutkimus liittyy lähinnä mineraa livarojen hyödyntämiseen. Nykyisin Apatityssä toimivaan Kuolan tiedekeskuksen keskuspaikkaan perus tettiin 1989 Pohjoisten ympäristöongel mien insituutti, johon kuuluu myös ter restristen eli maaekosysteemien tutki muslaboratorio. Tutkimus keskittyy kuusi- ja mäntyekosysteemien toimin nan kuvaamiseen saastuneissa oloissa. Tiedekeskuksen lisäksi Kuolan nie mimaalla on kaksi metsän- ja ympäris töntutkimusta tekevää yksikköä: Arkan gelin metsäinsituutin Montsegorskin tutkimusasema ja Lapin luonnonpuisto. Montsegorskin asemalla tutkitaan esi merkiksi saastuneiden alueiden metsit tämistä. Lapin luonnonpuistossa teh dään eläintieteellisten tutkimusten li säksi mm. raskasmetallien leviämiseen liittyvää tutkimusta. Kuolan niemimaa on vilkkaan tutki mustoiminnan kohteena. Alueella sijait sevien tutkimusyksiköiden ohella monet Petroskoissa, Pietarissa ja Moskovassa sijaitsevat tutkimuslaitokset tekevät maa- ja vesiekosysteemien tilaa koske vaa ympäristöntutkimusta. Kokonaisku van saamista vaikeuttaa kuitenkin tutki muksen hajanaisuus ja tutkimustulos ten julkaiseminen miltei yksinomaan venäjän kielellä. sien hoidon ia käutön suuntaajana. Silva Fennica 13(1 A). 50 s. Saastamoinen. O. & Varmola. M. (toim.). 1989. Lapin metsäkirja. Acta Lapponica Fenniae 15. 199 s. Varmola, M. (toim.). 1988. Lapin Metsä 2000 -ohjelma. Lapin lääninhallitus. Rovaniemi. 147 s. Veijola, P. 1994. Venäjän metsänrajametsien käytön kehitysnäkymiä. Julkaisussa: Tasanen, T., Varmola, M. & Niemi, M. (toim.). Metsäntutkimuslaitoksen tie donantoja 539: 48-58. Yliniemi, J. & Saastamoinen, O. (toim.). 1975. Lapin tut kimuspoliittinen ohjelma. Acta Lapponica Fenniae 9. 115 s. Ilmanlaatu ja laskeuma Koonnut Pia Anttila 44 Ilmaston erityispiirteet 45 Pia Anttila Saastepäästöt 46 Juha-Pekka Tuovinen ja Aleksei Ryaboshapko Rikkidioksidi 48 Juha-Pekka Tuovinen, Tuomas Laurila, Heikki Lättilä, Pia Anttila ja Helena Saari Ilman lämpötila ja sademäärä Suomen Lapissa normaalikautena 1961-90 52 Aulis Ritari Ilman keskimääräinen rikkidioksidipitoisuus Kuolassa ja Suomen Lapissa 54 Juha-Pekka Tuovinen ja Aleksei Ryaboshapko Happamoittava laskeuma 56 Pia Anttila, Juha-Pekka Tuovinen, Helena Saari, Anni Reissell, Sirkka Juntto, John Derome ja Antti-Jussi Lindroos Lapin rikkilaskeuman alkuperä 59 Kevin Barrett ja Juha-Pekka Tuovinen Raskasmetallilaskeuma 60 Eero Kubin, Jarmo Poikolainen, Sirkka Juntto, Anni Reissell ja Pia Anttila Otsoni 61 Tuomas Laurila, Heikki Lättilä ja Pia Anttila Ilmansaasteiden tutkiminen Inarin Sevettijärvellä 66 Aki Virkkula, Risto Hillamo, Minna Mäkinen, Timo Mäkelä, Tuomo Pakkanen, Liisa Jalkanen ja Jaakko Jurvelin Hapan sumu 72 Aki Virkkula, Risto Hillamo, Minna Mäkinen, Timo Mäkelä, Tuomo Pakkanen, Liisa Jalkanen ja Jaakko Jurvelin Keskeiset tulokset 74 Kuva 31. Severonikelin metallisulaton piippuja ja savukaasuja Montsegorskissa. Kuva: Erkki Oksanen 45 Ilmanlaatuja laskeuma Ilmatieteen laitos on mitannut Lapissa sateen mukana tulevaa laskeumaa ja ilman rikkidiok sidin keskimääräistä pitoisuutta Sodankylässä ja Utsjoen Kevolla 1970-luvun alkupuolelta läh tien. Myös vesi- ja ympäristöhallituksella on pit kiä havaintosarjoja laskeumasta muutamalta mittausasemalta Pohjois-Suomesta. Keskimää räisiä tasoja mittaava seuranta ei tuonut Lapin ilmanlaadun erityispiirteitä riittävän selvästi esiin. Niinpä Lapin ilmanlaadusta huolestuttiin varsinaisesti vasta 1980-luvun lopulla, kun Kuolan niemimaan suurista päästömääristä saatiin ensimmäisen kerran tarkkoja tietoja. Vuoden 1989 syksystä lähtien Sallan Vär riöllä ja Kuusamon Oulangalla on mitattu ilman rikkidioksidipitoisuutta vuorokausikeskiarvona ja Oulangalla lisäksi otsonia ja typpidioksidia jatkuvasti rekisteröivillä laitteilla. Keväästä 1990 lähtien on rikkidioksidia mitattu jatkuvatoimi sesti Jäniskoskella, joka sijaitsee rajan takana Inarijärven itäpuolella. Utsjoella ja Kuusamossa aloitettiin raskas metallien märkälaskeuman mittaukset 1990. Vuonna 1991 käynnistettiin vielä rikkidioksidin ja otsonin jatkuvatoiminen monitorointi Sam maltunturilla Länsi-Lapissa sekä vuonna 1992 Raja-Joosepissa Itä-Inarissa. Sammaltunturin asemaa kehitetään Maailman ilmatieteen järjes tön ohjelman mukaisesti monipuoliseksi mitta usasemaksi. Kuolan päästöt kuormittavat pahi ten Lapin alueella Inarin Lapin itäosaa. Tälle alueelle perustettiin Itä-Lapin metsävauriopro jektin tarpeisiin syksyllä 1991 Sevettijärven il manlaadun mittausasema. Asema rakennettiin metsähallituksen, Ilmatieteen laitoksen, Metsän tutkimuslaitoksen ja Inarin kunnan yhteishank keena. Asemalla tehdään normaalia seurantaa monipuolisempia mittauksia tavoitteena saada täydellisempi kuva alueen kuormituksen luon teesta. Näiden uudistusten jälkeen Lapissa on Suo men tihein ja parhaiten varustettu taustailman laatua seuraava mittausverkko. Pohjoisen il manlaadun kuvaa täydentävät norjalaisten alu eellaan tekemät mittaukset. Tähän lukuun olemme koonneet katsauksen Lapin ilmanlaatuun ja laskeumaan. Aineistona Kuva 32. Länsivirtaus tuo Fennoskandiaan eten kin talvikaudella matalapaineita ja lauhan sään. Kuvassa Norjan länsirannikkoa Narvikissa. on käytetty edellä mainittujen ilmanlaadun mit tausasemien tuloksia, Itä-Lapin metsävauriopro jektin laskeumamittauksia ja lukuisia muita La pin ilmanlaatua koskevia erillistutkimuksia. Itä- Lapin metsävaurioprojektissa toteutetut Sevetti järven yksityiskohtaisemmat tutkimukset esite tään omana artikkelinaan. Ilmaston erityispiirteet Fennoskandian ilmastoa hallitsevat Pohjois- Atlantilta itään liikkuvat matalapaineet, joiden seurauksena alueella vallitsee yleisimmin län nen ja lounaan välinen ilmavirtaus. Talvikaute na tämä länsivirtaus on voimakkain. Lännen ja lounaan väliset tuulet merkitsevät lauhaa säätä (kuva 32). Täysin erilaiseksi sääkuva muuttuu, kun Jäämereltä puhaltava tuuli tuo arktisen ilmamassan Fennoskandiaan. Tämä säätyyppi on yleisin kesäkuukausina. Nämä suuren mitta kaavan säätyyppien vaihtelut määräävät paitsi kulloisenkin säätilan myös ilmanlaadun, sillä eri suunnilta tulevat ilmamassat sisältävät erilaisia ja eri määriä epäpuhtauksia. Talvikautena (syyskuu-toukokuu) kaakon ja lounaan väliset tuulet ovat Lapissa selvästi ylei simmät (kuva 33). Sen sijaan kesä-, heinä- ja elokuussa pohjois- ja koillistuulet ovat huomat tavasti yleisempiä kuin talvella. Idänpuoleisten tuulten runsaus kesällä ja vähälukuisuus talvella johtuu edellä mainitusta säätyyppien vaihtelusta. Lapin ilmastossa on myös arktisia erityispiir teitä, jotka vaikuttavat kasvillisuuden elinoloihin 46 Kuva 33. Tuulensuuntien yleisyys Sodankylässä ja Iva lossa vuosina 1989-93. Talvikausi: syyskuu-toukokuu, kesäkausi: kesäkuu-elokuu. (Lähde: Ilmatieteen laitos) ja osaltaan myös ilmansaasteiden käyttäytymiseen. Il mansaasteiden kannalta tärkeimpiä ovat ilmakemialli sia reaktioita käynnistävän auringonsäteilyn vähäisyys, pystysuuntaista sekoittumista rajoittavan stabiilin läm pötilakerrostuneisuuden yleisyys ja alhainen sademäärä varsinkin talvella. 1 Ilman pystysuuntaista sekoittumista rajoittavia läm pötilan maanpintainversioita esiintyy Lapissa useammin kuin Etelä- ja Keski-Suomessa. Maanpintainversiolla tarkoitetaan tilannetta, jossa lämpötila kasvaa maanpin nalta ylöspäin. Tällainen tilanne syntyy kylmällä ja tyy nellä säällä. Lapissa kylmin ilma valuu jokilaaksoihin ja tunturikuruihin lisäten vielä inversion voimakkuutta. Kuva 34. Petshenganikelin metallisulatto Nikelissä. Inversiokerrokseen kertyvät saasteet lai menevat hitaasti, jolloin pienetkin pääs töt voivat aiheuttaa suuria pitoisuuksia maanpinnan lähellä. Talvikuukausina maanpintainversio voi kestää Lapissa yhtäjaksoisesti kymmenenkin päivää. Sateen mukana huuhtoutuvien ilmansaasteiden määrä riippuu sade määrästä. Pohjois-Suomen sademäärät ovat etelään verrattuna alhaisia ja pit kän talvikauden aikana sade tulee pää asiassa lumena. Sademäärät ovat erityi sen pieniä talvella ja keväällä, koska kyl mä ilma sisältää vähän kosteutta. Saastepäästöt Kuolan niemimaan länsiosan saaste päästöt ovat pääosin peräisin Petshenga nikelin ja Severonikelin nikkeli-kupari sulatoista. Petshenganikelin laitokset sijaitsevat Nikelissä ja Zapoljarnyissä ja Severonikel Montsegorskin kaupungissa (kuva 34). Sulattojen päästöt koostuvat pääosin rikkidioksidista, raskasmetal leista ja pölystä. Kuolan lisäksi Lappiin kantautuu ilmansaasteita etelästä. Kuolassa suuret rikkidioksidipäästöt Yksistään Petshenganikelin ja Severo nikelin vuotuiset rikkidioksidipäästöt (S0 2 ) olivat vuonna 1990 kaksinkertai- 47 Kuva 35. Lapin ja Kuolan niemimaan merkittävimmät rikkidioksidipäästöjä aiheuttavat paikkakunnat vuonna 1990 sekä ne ilmanlaadun mittausasemat, joiden aineistoja tässä tutkimuksessa on käytetty. Päästömäärien yksikkö on 1 000 tonnia S0 2 . set verrattuna koko Suomen päästömäärään, 260 000 tonnia S0 2 (kuva 35). 2 Kuolan niemi maan päästömääriin verrattuna Lapin läänin omat S0 2 -päästöt ovat hyvin pienet (vuonna 1990 vajaat 10 000 tonnia). 2 Kuolan sulattojen rikkidioksidipäästöt ovat valtaosaltaan peräisin raaka-aineena käytettä västä sulfidimalmista ja seurausta puutteellises ta savukaasujen käsittelystä. Sulatot ovat olleet toiminnassa 1940-luvulta alkaen. Alkuaikoina tuotanto ja päästöt olivat kuitenkin nykyistä huomattavasti vähäisempiä. Päästöt lisääntyivät merkittävästi 1970-luvun alussa, kun Kuolaan alettiin tuoda malmia Norilskista Siperiasta. Malmi sisältää noin 30 % rikkiä. Petshengani kelin päästöhuippu saavutettiin 1979, jolloin kombinaatin rikkipäästöt olivat yli 400 000 tonnia S02 (kuva 36). Sen jälkeen päästöt ovat laskeneet nykyiseen noin 260 000 tonniin vuo dessa. Väheneminen johtuu sulattojen konvert terikaasujen hyödyntämisestä rikkihapon val mistukseen. Severonikelissä päästöt ovat 1980-luvulla vaihdelleet 200 000 ja 280 000 tonnin välillä. Kuolan niemimaan yhteenlasketut rikkidioksi dipäästöt ovat kymmenen viime vuoden kulues sa vähentyneet 30 prosenttia. Se ei kuitenkaan ole tapahtunut niinkään aktiivisen ilmansuoje lupolitiikan kuin tuotannon muutosten ansiosta Suomen rikkidioksidipäästöt ovat laskeneet vuo desta 1980 lähes 80 prosenttia. Vaikka Kuolan niemimaan rikkidioksidipääs- 48 töt ovat muun Fennoskandian päästöihin ver rattuna valtavat, Euroopan teollistuneilla alueil la on moninkertaisia päästökeskittymiä (kuva 37). Kuolan rikkidioksidipäästöt ovat kuitenkin globaalisti merkittäviä, sillä Kuola on Norilskin lisäksi ainoa suuri päästölähde napapiirin poh joispuolella. Norilskin vuotuisiksi rikkidioksidi päästöiksi on arvioitu jopa 2 200 000 tonnia. Valtaosa Kuolan niemimaan rikkidioksidi päästöistä on peräisin teollisuudesta. Vuoden kuluessa päästömäärät saattavat vaihdella huo mattavasti, mutta ne eivät alene säännön mu kaan kesäkuukausina niin kuin energiantuo tannossa. Päästömäärät vaihtelevat teknisistä syistä, esimerkiksi käytetyn malmin rikkipitoi suuden ja rikkihappotuotannon mukaan. Myös raskasmetalleja runsaasti Kuolan niemimaan teollisuusyksiköille ovat lei mallisia myös suuret raskasmetallipäästöt. Eri tyisesti kuparia ja nikkeliä pääsee ilmaan val tavia määriä. Petshenganikelin vuotuiset kupa ripäästöt ovat noin 200 tonnia ja nikkelipäästöt 300 tonnia. Severonikelin raskasmetallipäästöt ovat vieläkin suuremmat: kuparin noin 2 200 tonnia ja nikkelin 3 100 tonnia vuodessa. 2 Lapin läänin merkittävin raskasmetallilähde on Tor niossa sijaitseva jaloterästehdas, jonka kromi päästöt vuonna 1990 olivat 20 tonnia ja nikkeli päästöt 1.7 tonnia. 2 Kuva 36. Kuolan niemimaan vuotuisten rikkidiok sidipäästöjen kehitys 1980-92 sekä Suomen vas taava tilanne vuodesta 1955. Petshenganikelin päästöt on arvioitu vuodesta 1946 ja Severoni kelin vuodesta 1970. (Lähde: mm. Blatov, I. ym. Ilmansuojelu-uutiset 3/1992) Typpi- ja pölypäästöt Typen oksidien (NO x ilmaistuna typpidioksidina NO z ) päästöt Kuolan alueella ovat pienehköjä. Eniten tulee suurimmista kaupungeista Mont segorskista (6 000 tonnia N0 2), Murmanskista (4 000 tonnia) ja Apatitystä (3 000 tonnia). 2 Lapin läänin NO x-päästöt vuonna 1990 olivat 11 500 tonnia ja koko Suomen 290 000 tonnia. 2 Päästöjen vähyyden takia ei myöskään Lapin ilmasta ole mitattu erityisen korkeita typpidiok sidipitoisuuksia. Svanvikin asemalla Norjassa typpidioksidin vuosikeskiarvot ovat olleet noin 0.8 pg(N)/m 3 vuosina 1989-92 ja korkeimmat vuorokausikeskiarvot noin 10 pg(N)/m 3 . 3 ' 4 Merkityksellisiä ovat myös pölypäästöt, sillä ne voivat neutraloida laskeuman happamuutta. Kuolan niemimaalla ne ovat melko suuria, mikä johtuu teollisuuden laadusta ja heikoista savu kaasujen puhdistuslaitteista. Erityisesti Apatityn ja Kovdorin kaivoskaupunkien pölypäästöt ovat huomattavia. Kaupunkien lähialueilla laskeu massa havaitaankin runsaasti mm. kalsiumia, natriumia, kaliumia ja fosforia. Rikkidioksidi Rikkidioksidipitoisuuden vaihtelu Lapin ilmassa ilmenee kolmen eri pitoisuustason vuorottelu na. 5 Nämä tasot voidaan määritellä Lappiin vir taavan ilman alkuperän mukaan, sillä pitoisuu det riippuvat suuresti kussakin suunnassa si jaitsevien päästölähteiden etäisyydestä. Ilmavir tausten suunnat puolestaan vaihtelevat vuoden ajoittain suursäätilan mukaisesti. Puhdasta ilmaa napa-alueilta ja Pohjois- Atlantilta Napa-alueilta ja Pohjois-Atlantilta Lappiin vir taava ilma on hyvin puhdasta. Sen rikkidioksi dipitoisuus jää yleensä selvästi alle 1 pg/m 3 :n. Vaikka Pohjois-Amerikan päästöjä voi kulkeutua Eurooppaan, rikkidioksidikaasun keskimääräi seen elinikään nähden kulkeutumismatka on kuitenkin liian pitkä, jotta vaikutus näkyisi La pin ilmassa. Puhtaan, arktisen ilman osuus riip puu napa-alueita ympäröivän ilmamassan laa juudesta. Lauhojen talvien (esimerkiksi 1991- 49 Kuva 37. Euroopan rikkidioksidipäästöt vuonna 1992. Päästömäärien yksikkö on 1 000 tonnia S02 . (Lähde: EMEP MSC-Wja ympäristöministeriö) 92) aikana lounainen merellinen virtaus voi olla niin hallitseva, että keskimääräiset pitoisuudet laskevat selvästi "normaalitalviin" verrattuna. Talvisin saasteita kaukaa etelästä Etelätuulten vallitessa Lappiin kulkeutuu saas teita Etelä-Suomesta ja kauempaa Euroopasta. Saasteiden kulkeutuminen etelästä Lappiin ja napa-alueille on tehokkainta talvisin, jolloin etelätuulia tuottavat säätyypit ovat yleisimpiä. Talvista kaukokulkeutumista edistää se, että rikkidioksidin elinikä on talvella pidempi kuin kesällä. Pitoisuuksia kohottaa edelleen saaste pilvien hitaampi laimeneminen ja tehottomampi poistuminen stabiilissa talvisäässä. Lisäksi Poh jois-Euroopan rikkidioksidipäästöt ovat lämmi tystarpeen vuoksi suurimmillaan talvisin. Sopi vien etelätuulten vallitessakaan kaukaiset pääs töt eivät välttämättä pääse vaikuttamaan Lapin metsiin, sillä ilmakehän pystyrakenteen vuoksi osa näistä saasteista kulkeutuu ylempiin ilma kerroksiin. 50 Kuva 38a, b. Rikkidioksidipitoisuuden alueellisen jakau man pääpiirteet Pohjois-Euroopassa talvella (a) ja kesällä (b) vuosien 1989-93 keskiarvona. (Lähde: EMEP MSC-W) Vaikka kaukaa tulevat saasteet ovat Lappiin saapuessaan pitkälle laimentu neita, Etelä-Lapin rikkidioksidipitoisuu det voivat kohota vuorokausikeskiarvoi na muutamaan kymmeneen mikrogram maan kuutiometrissä ilmaa. Tällainen kaukokulkeutumisepisodi koettiin esi merkiksi helmikuussa 1991, jolloin pi toisuudet olivat korkealla useita päiviä samaan aikaan kaikkialla Suomessa. Rikkidioksidi oli tällöin peräisin Pietarin seudulta ja muualta Euroopan itäosista. Tässä tilanteessa pohjoisessa pitoisuuk sia lisäsivät vielä Kuolan päästöt. Talven heikoissa sekoittumisoloissa rikkidioksidia voi ajoittain kulkeutua havaittavia määriä etäämpääkin, jopa Siperiasta. Puhtaan ilman ja kaukokul keutumisepisodien yhteisvaikutuksena Pohjois-Eurooppaan muodostuu luodet ta kohti laskeva rikkidioksidipitoisuus kenttä (kuva 38a ja b). Lyhytaikaisia pitoisuushuippuja Kuolasta Kuolan rikkipäästöt kohottavat paikalli sesti Lapin ilman rikkidioksidipitoisuut ta keskimääräisestä perustasosta. Vai kutus ulottuu Suomen ja Norjan puolelle ja on havaittavissa vielä 200-300 kilo metrin päässä suurimmista päästöläh teistä. Koska Kuolan rikkipäästöt ovat peräisin muutamista yksittäisistä teolli suuslaitoksista, niiden vaikutus ilmenee Lapissa lyhytaikaisina ja suppea-alaisi na altistuksina (kuva 39a-d). Suurinta tämä vaikutus on Inarin Lapissa, jossa havaitaan muutaman tunnin mittaisia pitoisuushuippuja. Enimmillään rikkidi oksidipitoisuudet ovat nousseet alueen mittausasemilla useaan sataan mikro grammaan kuutiometrissä ilmaa. Suurien pitoisuuksien jaksojen välillä ilmassa on vain vähän rikkidioksidia. Myös Länsi-Lapissa pitoisuushuippuja esiintyy mutta harvemmin ja noin kym menenteen osaan laimentuneina Inarin Lappiin verrattuna. Ajoittain korkeat rikkidioksidipitoi suudet ovat Lapin saasteilmaston tyy pillisin piirre. Sitä vastoin maan etelä- osissa rikkidioksidipäästöt ovat tasaisemmin jakaantu neet ilman vastaavansuuruisia päästökeskittymiä. Ete lä-Suomi on lähempänä Euroopan päästöalueita, joten kaukaa kulkeutuneiden saasteiden osuus on siellä suu rempi. Päästölähteiden lukuisuudesta seuraa, että Ete lä-Suomessa rikkidioksidikuormitus on ajallisesti tasai sempaa: yksittäiset pitoisuushuiput ovat matalampia, mutta toisaalta hyvin puhtaita jaksoja on vähän (kuva 40a-d). Tämä näkyy esimerkiksi Virolahdella, joka rikki dioksidin osalta on Etelä-Suomen kuormitetuinta taus- Kuva 39a-d. Rikkidioksidin tuntipitoisuu det sekä tuntipitoisuuksien keskiarvot eri tuulensuunnilla neljällä mittausasemalla Suomessa ja Kuolassa vuonna 1993. [Lähde: Ilmatieteen laitos) 52 Ilman lämpötila ja sademäärä Suomen Lapissa normaalikautena 1961-90 Kuva 40a-d. Rikkidioksidipitoisuuksien suhteellinen osuus eri pitoisuusluokissa neljällä mittausasemalla Suomessa ja Kuolassa vuonna 1993. (Lähde: Ilmatie teen laitos) Vuoden keskilämpötila oli Lapissa normaalikautena 1961-90 paikkakunnittain +l-2 °C. 6 Kun alueellinen vaihtelu otetaan huomioon mallintamisessa, saadaan vuoden keskilämpötilan vaihteluväliksi noin 8 °C. 7 Kes kilämpötilat muuttuvat eniten lounaasta koilliseen, jol loin myös maaston korkeuden vaikutus tulee selvästi esiin. Korkeuden lisääntyessä 100 m kuukauden kes kilämpötila alenee vuodenajan mukaan 0,4-0,6 °C. 8 Vuotuinen sademäärä oli Lapissa samana normaalikau tena 400-600 mm.6 Myös sademäärät pienenevät lou naasta koilliseen, joskin sateen jakautuminen havainto paikkojen välillä on lämpötilaan verrattuna epäsäännöl lisempää. Kasvukautena paikan vuorokautista lämpötilaa ku vataan kasviekologiassa usein lämpösummakertymän (d.d.) avulla. Tällöin tietyn kynnyslämpötilan (tässä +5 °C) ylittävät lukemat lasketaan yhteen. Lämpösumman vaihtelualue ulottui Lapissa normaa likautena 1961-90 lähes nollasta noin 1 100 d.d.-yksik köön (kuva 41a). Olot voivat siis vaihdella eri paikoissa ja eri vuosina arktisen alueen tilanteesta eteläisimmän Suomen keskiarvolukemiin. Lämpösumman vuotuisten arvojen hajonta poikkeaa lämpösumman ja keskiläm pötilojen alueellisesta jakaumasta siten, että vaihtelun pääsuunta kulkee lännestä itään. Länsi-Lapissa vaihtelu on keskimäärin vain muutamia d.d.-yksiköitä, kun se Itä-Lapissa on yli 100 d.d. (kuva 41b). Tämä ilmentää mantereisen ilmaston vaikutusta Lapin itäosassa ja at lanttisen ilmaston vaikutusta länsiosassa. Olemme koonneet Ilmatieteen laitoksen Sodankylän observatorion vuotuiset lämpösummat ja kesä-elokuun sademäärät aikasarjaksi vuodesta 1908 alkaen (kuva 41c). Havaintopaikka edustaa esimerkiksi yhden yksit- ta-aluetta. Yli puolet talvikauden pitoisuuksista on siellä välillä 1-10 pg/m3 ja vain harvoin ilma on hyvin puh dasta. Lapin asemilla puhtaat jaksot ovat selvästi ylei sempiä. Esimerkiksi Länsi-Lapissa sijaitsevalla Sammal tunturilla kolmasosa talvikaudenkin pitoisuuksista on alle 0,2 pg/m 3 . 53 Kuva 41 a-c. Lämpösumman alueellinen Jakautuminen (a) ja lämpösumman vuo tuisten arvojen keskihajonta (b) Pohjois suomessa normaalikautena 1961-90 sekä kasvukauden lämpösumma ja kesä-elokuun sademäärä Sodankylässä vuosina 1908-93 (c). täisen mittauspaikan, solun, tilannetta. Tarkastelujak son keskiarvo lämpösummalle on 783 d.d. ja sademää rälle 191 mm. Viimeksi kuluneiden viiden vuoden aika na kesä 1988 oli lämpimin ja kesä 1993 kylmin. Kun lämpösumman vuotuinen vaihtelu on usein yli 200 d.d.-yksikköä, lämpöener gian määrä jää Keski-Lapissa huonoina kesinä riittämättömäksi ja aiheuttaa kasveille ilmastollista stressiä. Paljon rikkidioksidia myös kesäisin Pohjoisille alueille on ominaista rikkidioksidipitoisuuden kohoaminen talvella ja laskeminen kesällä. Tämä johtuu napa-alueiden kylmän ilmamassan ja ilmakehän aalto liikkeen vuodenaikaisvaihtelusta. Ne säätelevät, kuinka paljon ilmansaasteita pääsee kulkeutu maan alemmilta leveysasteilta pohjoi seen. Inarin Lapissa rikkidioksidipitoi suudet poikkeavat tästä yleiskuvasta. 9 Kesällä yleiset koillistuulet ja läheiset suuret päästölähteet muuttavat tilan- 54 Ilman keskimääräinen rikkidioksidipitoisuus Kuolassa ja Suomen Lapissa Kuolan rikkipäästöjen vaikutusta ilman keski määräiseen rikkidioksidipitoisuuteen on arvioitu moskovalaisen Institute of Global Climate and Ecology -laitoksen kehittämällä ilmansaasteiden leviämismallilla. Mallia on sovellettu venäläis suomalaisena yhteistyönä Ilmatieteen laitoksen Lapin ilmanlaatua koskevassa tutkimuksessa. 9 Laskelmat antavat määrällisen arvion alueelli sen saastejakauman voimakkuudesta ja Kuolan päästöjen osuudesta vuotuiseen rikkikuormaan Pohjois-Suomessa ja Kuolan niemimaalla. Leviämismalli sisältää Kuolan ja Lapin tär keimmät päästöt ja niiden kuukausittaisen vaih telun. Rikkiyhdisteiden leviäminen on kuvattu yksinkertaisen tilastollisen viuhkamallin avulla (kuva 43). Mallia sovellettiin Lapin alueelle kiin nittämällä sen laskemat rikkidioksidipitoisuudet Jäniskoskella mitattuihin pitoisuuksiin ja tes- taamalla tulos Kevolla, Oulangalla, Värriöllä ja Jergulissa havaituilla pitoisuuksilla. Laskelmat tehtiin yhden vuoden (heinäkuu 1990-kesäkuu 1991) syöttötiedoilla. Vertailu mittauksiin osoittaa, että mallilla laskettu jakson keskimääräinen rikkidioksidipi toisuus täsmää 5 %:n tarkkuudella muilla ase milla paitsi Värriöllä, jossa malli ilmeisesti yliar vioi Montsegorskin vaikutusta. Yliarviointi ai heutuu mallin käyttämästä tasoitetusta tuuli jakaumasta ja maastonmuotojen vaikutusten puuttumisesta. Näistä syistä myös Nikelin lou naispuolella on havaittavissa lievästi liian suuria pitoisuuksia. Lisäksi laskelmissa ei otettu huo mioon vuotuista meteorologista vaihtelua. Laskelmien mukaan Kuolan päästöjen vaiku tus Suomen puolella on suurimmillaan Inarijär ven koillispuolella. Pitoisuus laskee hyvin jyr kästi päästölähteistä etäännyttäessä, ja Suomen puolella vaihtelu on enää suhteellisen vähäistä. Länsi-Lapissa valtaosa rikistä on muualta kuin Kuolasta peräisin. Kuolan päästöjen osuus on kuitenkin hallitseva noin 200 km:n päähän päästölähteistä. Mallin tuottamaa rikkidioksidipitoisuuskent tää käytetään selittävänä muuttujana useissa jäljempänä esitettävissä vaikutustutkimuksissa. Kuva 42. Rikkidioksidipitoisuuden kuukausikes kiarvot seitsemällä mittausasemalla Norjassa, Kuolassa ja Suomen Lapissa vuosien 1990-92 keskiarvoina. (Lähde: Ilmatieteen laitos ja Norsk Institutt før Luftforskning, NILU) teen ja ilman rikkidioksidipitoisuus nousee. Tämä ilmenee kesällä Svanvikissa ja Jäniskos kella keskiarvopitoisuuksien kohoamisena (kuva 42). 3 ' 4 Jergulln mittausasemalla, 220 km länteen Nikelistä, kuukausikeskiarvot noudattavat jo tavanomaista vuodenaikaisvaihtelua, vaikka sielläkin kesäpitoisuudet kohoavat voimakkaas ti itätuulilla.3 Korkeat kesäaikaiset pitoisuudet ovat luonnolle ratkaisevia, sillä rikkidioksidikaa sua joutuu kasveihin pääasiassa ilmarakojen kautta tai sen liuetessa kosteille pinnoille. Tal vella kaasut pidättyvät tuntuvasti heikommin kasvien ollessa lepotilassa ja pintojen lumen ja jään peittämiä. 55 Kuva 43. Ilman keskimääräisen rikkidioksidipitoisuuden (μg/m3) alueellinen Jakauma jaksolla heinä kuu 1990-kesäkuu 1991 Kuolassa ja Suomen Lapissa. Kuva 44. Rikkidioksidipitoisuuden vuosikeskiarvot seit semällä mittausasemalla Norjassa, Kuolassa ja Suomen Lapissa vuosina 1989-92. (Lähde: Ilmatieteen laitos ja NILU) Keskimääräiset pitoisuudet alhaisia Ajoittaisista pitoisuushuipuista huoli matta keskimääräiset rikkidioksidipi toisuudet jäävät Suomen Lapissa lähes kaikkialla välille 1-5 pg/m 3 (kuva 44). Inarin Lapissa keskimääräinen rikki dioksidipitoisuus on samansuuruinen kuin Kaakkois-Suomessa. Pienin S0 2 - pitoisuus on Länsi-Lapissa, jossa jo lä hestytään mittausmenetelmien havait semiskynnystä. Kuolan päästölähteiden lähellä pitoisuudet kohoavat jyrkästi. Rikkidioksidipitoisuuden vuosikeskiarvo ylittää 20 pg/m 3 usean tuhannen neliö- 56 kilometrin alueella Kuolan niemimaalla suurimpien päästölähteiden ympäristössä. 9 Tämä alue ulottuu Nor jaan, mutta ei Suomeen. Pitoisuustasojen haitallisuutta voidaan karkeasti arvioida vertaamalla niitä ns. kriittisiin pitoisuuksiin. Yhdistyneiden Kansakuntien Euroopan talouskomission ECE:n alaisuudessa on määritetty kriittisiä pitoisuuksia eri ilmansaasteille ja ekosysteemeille. Metsäekosystee meille on kriittisen korkeaksi rikkidioksidipitoisuudeksi esitetty vuosikeskiarvoa 15 pg/m 3 , joka sopii nimen omaan kylmille alueille. Herkimmille jäkälille kriittinen pitoisuus on hieman alhaisempi eli 10 pg/m 3 . Näihin pitoisuuksiin verrattuna Lapin ilma on puhdasta. Lapille tyypillinen ympärivuotinen toistuva lyhytaikainen altis tus ei kuitenkaan tule riittävästi esille vuosikeskiarvona määritellyssä kriittisessä tasossa. Hiukkasmaista sulfaattia vain vähän Rikkidioksidi hapettuu ilmassa vähitellen rikkihapoksi, joka sitoutuu enimmäkseen pieniin hiukkasiin sulfaat tina. Nämä halkaisijaltaan mikrometrin kokoiset hiuk kaset viipyvät ilmassa useita päiviä ja kulkeutuvat ilma virtausten mukana jopa tuhansia kilometrejä. Koska sulfaattihiukkaset viipyvät ilmassa pitkään, niiden pitoi suus vaihtelee paikallisesti paljon vähemmän kuin rik kidioksidin. Lapin ilman sulfaatti tulee pääosin kaukaa. Rikkidioksidin tapaisia pitoisuushuippuja ei tavata. Pohjoisessa sulfaattirikin vuosikeskiarvo vaihtelee välillä 0,5-0,7 pg (S)/ m 3, mikä on noin puolet Etelä-Suomessa havaituista arvoista. 10 Sulfaattihiukkanen on oleellinen osatekijä ns. arkti sen autereen muodostumisessa, mikä on pohjoisen na pa-alueen ilmakehän keskeisin saastumisilmiö. Arktista Kuva 45. Hapan- (H + ), sulfaatti- (SO4 2 ), nitraatti- (N03-), ammonium- (NH 4 + ) ja kationien (Ca 2+ + K + + Mg2+) las keumat happoekvivalentteina kuudella mittausasemalla Norjassa ja Suomessa vuonna 1992. (Lähde: Ilmatieteen laitos) auerta havaitaan varsinkin ylemmissä ilmakerroksissa. Suomen Lapissa kui tenkin ajoittain suuri osuus ilman rikis tä on maanpinnan lähellä kaasumaisena rikkidioksidina, mikä myös on yksi La pin erikoispiirre. Happamoittava laskeuma Ilmasta epäpuhtaudet joutuvat kasvil lisuuteen ja maaperään joko märkälas keumana eli huuhtoutumalla sateen mukana tai kuivalaskeumana suoraan kasvi-, maa-ja vesipinnoille. Myös su mupisaroiden mukana epäpuhtauksia voi kulkeutua suoraan pinnoille. Rikki dioksidi ja typen oksidit muodostavat ilmassa rikkihappoa ja typpihappoa lisä ten laskeuman happamuutta ja aiheut taen maaperän ja vesistöjen happamoi tumista. Happamoittavan vaikutuksen lisäksi kaasumaisilla rikkidioksidilla ja typen oksideilla voi olla suoria biokemi allisia ja fysiologisia vaikutuksia kasvil lisuuteen. Märkälaskeuman mukana tuleva kuormitus voidaan määrittää suoravii vaisesti mittaamalla sademäärä ja ana lysoimalla sadeveden kemiallinen koos tumus. Vaikka märkälaskeumaa mittaa malla ei saadakaan selville ekosystee min kokonaiskuormitusta, siitä saa daan käyttökelpoista tietoa arvioitaessa kuormituksen alueellista jakautumista ja aikakehitystä. Lapissa rikkihappoa neutraloivia aineita vähän Laskeuman happamuutta lisäävistä il mansaasteista tärkeimpiä ovat rikkidiok sidi ja typen oksidit. Ammoniakki sekä alkali- ja maa-alkalimetallit puolestaan neutraloivat laskeuman happamuutta. Lapin pohjoisosien laskeumalle on tyy pillistä rikin merkittävyys ja typpiyhdis teiden vähäinen osuus laskeumassa (kuva 45). Sekä nitraattitypen (N0 3 ) että ammoniumtypen (NH4 + ) pitoisuudet kas- 57 vavat etelään päin. Pohjois-Lapin vetyionilaskeu ma (H + ) on noin 10 mekv/m 2 vuodessa, kun se Suomen eteläosissa on noin kaksinkertainen. Lähellä Nikeliä sijaitsevassa Svanvikissa emäk sisten aineiden suurehko laskeuma pienentää vetyionilaskeuman Länsi-Lapin tasolle, vaikka sulfaattilaskeuma on siellä selvästi suurempi. Märkälaskeuman mukana tuleva ionikuormitus on Lapissa yleisesti alhaisempi kuin Etelä-Suo messa. 10 Tähän on osasyynä noin kolmanneksen pienempi sademäärä. Rikkilaskeuma pienentynyt Rikin märkälaskeuma vaihteli Sodankylässä 1970-luvulla ja 1980-luvun alussa välillä 200- 400 mg/m 2 vuodessa (kuva 46). Rikkipäästöjen väheneminen Suomessa ja muualla Euroopassa on kuitenkin pienentänyt saastekuormaa niin, että 1980-luvun lopulta alkaen vuosilaskeumat ovat useasti jääneet alle 200 mg/m 2 :n. Ilmassa on aina jonkin verran myrskytuul ten nostattamia merisuolahiukkasia, jotka sisäl tävät luontaisesti rikkiäkin. Merisuolassa rikki on neutraalina sulfaattina, eikä se siten lisää laskeuman happamuutta. Merisuolasta peräisin olevan rikin määrää voidaan arvioida laskeuma näytteen sisältämien muiden merisuolakompo nenttien eli kloorin (Cl ), natriumin (Na + ) tai magnesiumin (Mg 2+ ) pitoisuuksien avulla. So dankylässä merisuolan osuus vuotuisesta rikki laskeumasta on keskimäärin alle 5 % (kuva 46). Lähempänä merta osuudet ovat suurempia, esi merkiksi Kevolla kymmenisen prosenttia. Kuva 46. Vuotuinen sulfaattirikin märkälaskeu ma Sodankylässä vuosina 1974-93. Merisuolasta peräisin olevan rikin osuus on merkitty tummen nettuna. (Lähde: Ilmatieteen laitos) Rikin märkälaskeuma Lapissa alhainen Alueellisesti kattavan kuvan saamiseksi märkä laskeumaa mitattiin Itä-Lapin metsävauriopro jektin intensiivikoealoilla (ks. lukua Laskeuman vaikutus metsämaahan, s. 82 ja 83). Kuvaan 47 on koottu intensiivikoealojen sekä Suomen ja Norjan ilmanlaadun mittausasemien rikin mär kälaskeumatulokset jaksolta kesäkuu 1990-tou kokuu 1993.3 4, 10 Intensiivikoealojen näytteistä analysoitiin kokonaisrikin määrä, joten tulokset sisältävät myös orgaanista rikkiä. Orgaanisen rikin oletetaan olevan peräisin biologisesta ma teriaalista, esimerkiksi siitepölystä. Orgaanisen rikin osuus kokonaisrikkilaskeumasta oli näillä asemilla vuoden 1992 mittausten perusteella noin 10 prosenttia. Intensiivikoealojen tuloksista puuttuu reilun kolmen kuukauden jakso vuo denvaihteessa 1991-92. Tuloksista on vähen netty merisuolasta peräisin olevan rikin osuus. Rikin märkälaskeuma vaihtelee alueellisesti selvästi vähemmän kuin rikkidioksidipitoisuus. Rikin märkälaskeumassakin näkyy lievästi kuormituksen lisääntyminen pohjoisesta etelään ja lännestä itään. Näin ollen laskeuma on alhai sin luoteisimmassa Lapissa. Suomen puolella koealalinjoilla havaitut muutokset ovat kuiten kin niin pieniä, että ne hukkuvat luontaiseen vaihteluun. Kokonaisuutena rikin märkälaskeuma on Lapissa alhainen, jopa Norjan puoleisilla lähellä Nikeliä sijaitsevilla asemilla. Tähän on useita syitä, erityisesti pohjoisen alhainen sademäärä. Lisäksi suuri osa sateesta tulee lumena, johon rikkidioksidi sitoutuu huonosti. Koska sateet tulevat yleisimmin eteläisillä tuulilla, Kuolan osuus rikin märkälaskeumasta on vähäinen. Kaikkiaan Kuolan rikkidioksidipäästöistä Lap piin sataa märkälaskeumana vain hyvin pieni osa. Kuivalaskeuma vaikuttanee eniten kesäisin Koska ilman rikkidioksidipitoisuus vaihtelee suuresti, kasvillisuus joutuu aika ajoin alttiiksi kuivalaskeumalle. Aktiivisesti hengittävä kasvil lisuus ja kosteat pinnat tehostavat rikkidioksi din kuivalaskeumaa kesäisin. Kesällä myös Kuo lan suunnasta puhaltavat tuulet ovat yleisiä, jo ten kuivalaskeumalla on todennäköisesti suuri osuus Inarin Lapin kokonaiskuormituksessa. 58 Kuva 47. Rikin vuotuinen märkälaskeuma Lapissa jaksolta kesäkuu 1990-toukokuu 1993. Ympyrät ovat Itä-Lapin metsävaurioprojektin intensiivikoealojen laskeumatuloksia, rajatut ympyrät Suomen ja Norjan ilmanlaadun tausta-asemien tuloksia. (Lähde: Metsäntutkimuslaitos sekä Ilmatieteen laitos ja NILU) Kuolan päästöjen vaikutuksen pitäisikin näkyä nimenomaan kesäisen kuivalaskeuman lisään tymisenä. 1 ' 9 Jatkuvatoimiseen seurantaan sopivaa kuiva laskeuman mittausmenetelmää ei ole saatavilla. Siten kuivalaskeuman hallitsevaa osaa ei ole toistaiseksi voitu vahvistaa. Kuivalaskeuman määrä on verrannollinen ilman rikkidioksidipi toisuuteen, joten laskeuman vuotuisen kerty män pitäisi kasvaa Kuolan päästölähteitä lähes tyttäessä. Leviämismallien avulla on arvioitu, että Inarin Lapissa kuivalaskeuman osuus rikin kokonaislaskeumasta voi olla jopa yli 60 %. 9 Kuivalaskeumasta vain epäsuoria arvioita Yksi tapa arvioida rikkidioksidin kuivalaskeu maa epäsuorasti on mitata sateen mukana tule vaa laskeumaa sekä aukealla että lehvästösa dantana puiden alla ja tarkastella näiden eroja. Lehvästön läpi valuessaan sadeveden koostu mus muuttuu. Esimerkiksi rikin määrä lisään tyy lehvästösadannassa verrattuna aukealta mitattuun laskeumaan. Rikkilaskeuman lisäys voidaan olettaa sateiden välissä puuhun kerty neeksi kuivalaskeumaksi, mikäli puu ei hyödyn nä laskeumaa ravinteina eikä toisaalta vapauta maaperästä ottamiaan ravinteita latvustosta sadeveteen. 59 Happamoittavien yhdisteiden kulkeutuminen ilmakehässä on koko maanosaa koskettava il miö. Kokonaiskuvan saamiseksi on myös Lapin kuormitusta syytä tarkastella laajemmin kuin vain Kuolan päästöjen aiheuttamana ongelma na. Ilmansaasteiden kulkeutumista maasta toi seen voidaan arvioida kaukokulkeutumismallien avulla. Vaikka mallilaskelmat sisältävät paljon epävarmoja kohtia, niiden avulla saadaan arvo kasta tietoa, jota olisi hyvin vaikea johtaa pelkän mittausaineiston perusteella. Erityisesti ilman saasteiden alkuperää jäljitettäessä mallit ovat lähes korvaamattomia. Euroopan talouskomission EMEP-ohjelman yhteydessä on Norjassa (Meteorological Synthe sizing Centre-West, Oslo) kehitetty rikki- ja typ piyhdisteiden kaukokulkeutumismalli, jota käy tetään työkaluna kansainvälisessä päästöjen vähentämiseen tähtäävässä työssä. Lapin rikki laskeuman alkuperän tarkastelemiseksi poimim me EMEP-mallin tuloksista Keski-Lappia edus tavaan hilaruutuun (150 km xlso km) lasketun viiden vuoden kokonaisrikkilaskeuman ja las kimme sen alkuperän suhteellisina osuuksina Euroopan kattavien päästö ruutujen kesken. Laskelma osoittaa, että noin puolet Keski- Lapin rikkilaskeumasta voidaan kohdentaa Kuo lan päästöihin. Loppuosa on peräisin muista Euroopan päästölähteistä ja vähäisessä määrin myös muista maanosista (kuva 48). Lähellä si jaitsevat pienetkin päästöt voivat olla merkittä vämpiä kuin suuret lähteet hyvin kaukana. Toi saalta tulos osoittaa, että Lappiin kantautuu rikkiä parin tuhannen kilometrin päästä Keski- Kuva 48. Rikkilaskeuman alkuperä Keski-Lapis sa suhteellisina osuuksina viiden vuoden keski arvoina. (Lähde: EMEP MSC-W) Euroopan suurilta päästöalueilta. Myös yksit täiset päästölähteet ja -keskittymät Venäjällä vaikuttavat Lapin kokonaiskuormitukseen. Kaukokulkeutumisen merkitys korostuu eri tyisesti märkälaskeuman muodostumisessa, sil lä sateita esiintyy paljon useammin etelä- kuin pohjoisvirtausten aikana. Kuolan päästöjen vai kutus jää siten suhteellisen vähäiseksi siltä suunnalta tulevien sateiden harvalukuisuuden vuoksi. Kokonaislaskeumassa Kuolan merkitys tä kasvattaa kuivalaskeuma, jonka osuus on mallin mukaan suuri. Saasteiden alkuperäarvioiden perusteella nähdään myös, miten päästöjen vähentäminen eri alueilla vaikuttaa Lapin rikkilaskeumaan. Tässä esittämiemme tulosten perusteella Lapin pitkäaikainen kuormitus voi laskea merkittäväs ti joko yhtäkkisesti Kuolan sulattojen uusimi sen jälkeen tai vähitellen Euroopassa paraikaa toteutuvien päästörajoitusten mukana. Hetkelli set pitoisuushuiput poistuvat kuitenkin vain Kuolan päästöihin puuttumalla. Lapin rikkilaskeuman alkuperä Lapin intensiivikoealoilla rikin määrä lehväs tösadannassa oli useilla koealoilla jopa kaksin kertainen aukealta mitattuun laskeumaan ver rattuna (ks. lukua Laskeuman vaikutus metsä maahan, s. 83). Rikkilisäys lehvästösadannassa oli suuri Itä-Inarissa sijaitsevalla Sevettijärven koealalla, millä alueella ilman rikkidioksidipitoi suuksienkin perusteella kuivalaskeuman osuu den pitäisi olla merkittävin. Rikin määrän li sääntymistä lehvästösadannassa ei voi koko naan tulkita rikkidioksidin kuivalaskeuman aiheuttamaksi: rikin ja orgaanisen aineksen määrän voimakas korrelaatio voi olla merkki latvuston vapauttamista ravinteista. Kesäiset korkeat ilman rikkidioksidipitoisuu det enteilevät suurta kuivalaskeumaa Inarin 60 Lapissa. Lehvästösadantamittauksissa tätä ei voitu sel västi havaita. Joko rikkidioksidin pidättymiskyky Lapin harvoihin metsiin on oletettua heikompi tai sitten las keumalisä ei suoraan kuvaa kuivalaskeumaa. On myös mahdollista, että runsaan laskeuman alue on Suomen puolella niin suppea, että koealoilla havaittiin vain luon nollista vaihtelua. Tähänastisten tulosten perusteella rikkidioksidin kuivalaskeuman vaikutus metsäekosysteemiin ei ilmene suoraan happaman rikkilaskeuman muodostumisena. Itä-Lapin metsävaurioprojektissa neulasten rikkipitoi suuden havaittiin korreloivan voimakkaasti ilman rikki dioksidipitoisuuksien kanssa: päästölähteiden lähialu eiden korkea rikkidioksidipitoisuus näkyi myös kohon neina neulasten rikkipitoisuuksina (ks. lukua Neulaset ja mäntyjen kunto, s. 135). Koska rikkidioksidin kuiva laskeuma on osa kasvien ilmaraoissa tapahtuvaa kaasu jen vaihtoa, sen suurin merkitys voikin piillä suorissa kasvifysiologisissa vaikutuksissa. Rikkidioksidin sitou tuminen kasvillisuuteen tunnetaan vielä liian huonosti, jotta voitaisiin arvioida, mitä rikkidioksidille tapahtuu neulassolukossa ja missä muodossa se edelleen näkyy maaperän kuormituksessa. Mielenkiintoisia tutkimusai heita ovat esimerkiksi mahdolliset solujen puskurireak tiot sekä rikin sitoutuminen orgaaniseen ainekseen. Kuva 49. Seinäsammalta. Hapan laskeuma lähellä kriittistä tasoa Yhdistyneiden Kansakuntien Euroopan talouskomission alaisuudessa on kartoitettu maanosanlaajuisesti ns. kriittisiä kuormituksia eli maaperän ja pintavesien ky kyä sietää happamoittavaa laskeumaa ja verrattu näitä nykyiseen kuormitukseen. 11 Pohjois-Suomen herkim pien metsämaiden kriittisen happokuorman on arvioitu olevan alle 20 mekv/m 2 vuodessa, mikä vastaa noin 300 mg/m 2 :n vuotuista rikkilaskeumaa. Leviämismallilaskelmien ja kartoitustulosten mukaan kokonaisrikkilaskeuman kriittinen kuormitus ylittyy varsinkin Kuolan päästölähteiden ympäristössä ja myös itäisessä Lapissa. Laskelmissa rikkidioksidin kuivalas keuma on oletettu kokonaisuudessaan happamoittavak si. Intensiivikoealoilla tehtyjen lehvästösadantamittaus ten perusteella Lapin maaperän vuotuinen happokuor mitus on suurimmillaan 15-20 mekv/m 2 eli kuormitus on lähellä kriittistä tasoa. Kriittisiin kuormiin liittyy to sin vielä paljon epävarmuutta erityisesti Lapin oloissa. Kuva 50. Kerrossammalta. Raskasmetallilaskeuma Kuolan metallisulatoista pääsee ilmaan suuria määriä raskasmetalleja, erityi sesti nikkeliä ja kuparia. Raskasmetal lien leviämisestä ja mahdollisista ongel ma-alueista voidaan muodostaa tarkka kuva sammaltutkimusten avulla. Monet sammallajit muodostavat yhtenäisiä, sadeveden varassa eläviä kasvustoja, joihin kerääntyy raskasmetalleja suo raan ilmasta. Laajoja sammaltutkimuksia on tehty vuosina 1985 ja 1990 pohjoismaisena yhteistyönä. 1213 Tulosten mukaan var sinkin nikkeli- ja kuparipitoisuudet ovat voimakkaasti nousseet Kuolan päästö lähteiden ympäristössä ja myös osassa Suomen Lappia jonkin verran. Nikkelin ja kuparin lisäksi kromi on huomionar voinen raskasmetalli, jolla on merkittävä 61 lähde Lapissa, Torniossa. Sen sijaan esimerkiksi lyijyllä, vanadiinilla ja kadmiumilla ei ole suuria paikallislähteitä. Näiden metallien pitoisuudet sammalissa pienenevät säännönmukaisesti poh joista kohti. Tutkimme raskasmetallien laskeumaa ana lysoimalla koealalinjoilta kerättyjen sammal- ja kaarnanäytteiden alkuainepitoisuuksia. Samma lista tutkimme laajalle levinneitä metsäsamma lia, seinäsammalta (Pleurozium schreberi) ja ker rossammalta {Hylocomium splendens) (kuvat 49 ja 50). Toisena tutkimuskohteena käytimme männyn kaarnaa. Huokoinen kaarna kerää epä puhtauksia sekä suoraan ilmasta että runkoa pitkin valuvasta sadevedestä. Koska epäpuh tauksia kertyy usean keräystä edeltävän vuoden aikana, sammalet ja kaarna soveltuvat hyvin nimenomaan laskeuman alueellisen vaihtelun kartoittamiseen. Sammalten ja kaarnan nikkeli- ja kuparipitoisuudet kohonneet Nikkeli- ja kuparipitoisuudet olivat Kuolan su lattojen lähellä erittäin korkeita sekä sammalis sa että kaarnassa (kuva 51a-j). Lähellä Mont segorskia havaitsimme Lapin keskimääräiseen tasoon nähden jopa 300-kertaisia pitoisuuksia. Pitoisuudet laskivat hyvin jyrkästi päästöläh teestä poispäin. Kaarna-analyysien perusteella Kuolan ras kasmetallipäästöjen vaikutus tuli selvästi ilmi Inarijärven itäpuolella, missä nikkeli- ja kupari pitoisuudet olivat 3-5-kertaisia Länsi-Lappiin verrattuna. Muiden raskasmetallien pitoisuudet eivät olleet samalla tavalla nousseet. Tornion jalo terästehtaan vaikutus näkyi sel västi kohonneina kaarnan kromipitoisuuksina Kemi-Tornion seudulla. Tällä alueella myös lyi jyn ja kadmiumin pitoisuudet olivat tavallista korkeammat. Lapin lounaisosissa näkyi niin ikään yleisen etelää kohti kasvavan kuormituk sen vaikutus. Sammalanalyysien perusteella Kuolan pääs töt kohottavat nikkelipitoisuuksia noin 100 km Nikelistä länteen. Montsegorskin vaikutus on havaittavissa jopa yli 250 kilometrin päässä. Myös Tornion kromipäästöt näkyvät sammalissa vielä yli 100 kilometrin etäisyydellä. Leviämisku viot vastaavat hyvin käsitystä päästöjen luon teesta ja sopivat yhteen samoista lähteistä tule vien rikkipäästöjen leviämisen kanssa. Raskas- metallien laskeuma on kuitenkin voimakkaam min keskittynyt päästölähteiden ympärille, sillä merkittävä osa metalleista on sitoutunut karkei siin, nopeasti laskeutuviin hiukkasiin. Tämä pätee erityisesti Kuolan nikkeli- ja kuparipääs töihin. Raskasmetallien haitallisuus Biologisten materiaalien saastepitoisuudet eivät sellaisenaan kerro laskeuman haitallisuutta. Sammalissa ja kaarnassa esiintyvien pitoisuuk sien ja maaperän raskasmetallikuormituksen välinen suhde ei liioin ole täysin yksikäsitteinen Joka tapauksessa sammalten metallipitoisuuk sien perusteella laskeuma Suomen Lapissa on selvästi pienempi kuin esimerkiksi Harjavallan metallisulaton lähiympäristössä. 1 Harjavallassa raskasmetallit ovat heikentäneet maaperän bio logista toimintaa ja köyhdyttäneet kasvilajistoa. Sadevesianalyysit antavat samansuuntaisia tuloksia kuin sammaltutkimukset. Ilmatieteen laitoksen mittausten mukaan raskasmetalli laskeuma jää Suomen puolella selvästi vähäi semmäksi kuin norjalaisilla mittausasemilla lähellä Venäjän rajaa (kuva 52a ja b). Esimer kiksi nikkelilaskeuma on lähimpänä päästöläh dettä sijaitsevalla Svanvikin asemalla kymmen kertainen verrattuna Suomen puolella mitattui hin vuosilaskeumiin. Suomen asemien sadevesi keräimiin kertyy kuukaudessa vain harvoin mit tausmenetelmän havaintorajan ylittäviä määriä nikkeliä. Myös kuparilaskeuma on suurin Svan vikin asemalla, mutta ero Suomen asemiin on pienempi. Varriöllä on havaittu korkeampia vuo tuisia kuparilaskeumia kuin eteläisemmän Suo men tausta-alueilla. Otsoni Otsoni on reaktiivinen kaasu, jota on ilmake hässä luonnostaan runsaasti. Alailmakehän eli troposfäärin otsonipitoisuudet ovat kuitenkin tällä vuosisadalla kohonneet koko pohjoisella pallonpuoliskolla. Sen vuoksi otsoni on varteen otettava kasvillisuusvaurioiden aiheuttaja myös Lapissa. 5 Otsonia ei pääse ilmaan suoraan päästöläh teistä. Sitä syntyy suuria määriä yläilmakehäs Kuva 51a-j. Männyn kaarnan ja seinä- sekä kerrossammalen nikkeli- ja kuparipitoisuudet koealalin joilla 2 (a-d) ja 4 (e-h) sekä kromipitoisuudet linjalla 1 (i ja j). Suomen ja Venäjän välinen raja on merkit ty punaisella katkoviivalla. M = Montsegorsk, N = Nikel. 63 Kuva 52a, b. Nikkelin (a) ja kuparin (b) märkälas keumat seitsemällä mittausasemalla Norjassa ja Suomessa vuosina 1991 ja 1992. (Lähde: Ilmatie teen laitos ja NILU) Kuva 53. Otsonin kuukausikeskiarvoja Euroopas sa 1800-luvun loppupuolelta lähtien. (Lähde: Janach,W.E. 1989. Journal of Geophysical Rese arch 94: 18289-18294 ja Ilmatieteen laitos) sä, stratosfäärissä, auringon ultraviolettisäteilyn hajottaessa happimolekyylejä. Ilmakehän koko naisotsonista onkin noin 90 prosenttia strato sfäärissä, josta sitä ajoittain purkautuu myös troposfääriin. Maanpinnan tason otsonin pää asiallinen lähde on kuitenkin valokemiallinen muodostuminen hiilimonoksidin (CO), metaanin (CH 4 ) ja muiden hiilivetyjen sekä typen oksidien välisissä reaktioissa. Otsoni poistuu ilmakehästä pinnoille kuivalaskeumana sekä ilmassa tapah tuvissa hapetusreaktioissa. Maanpinnan tason otsonipitoisuus määräytyy otsonia tuottavien ja hävittävien reaktioiden kesken. Lopputulokseen vaikuttavat mainittujen yhdisteiden pitoisuudet, sääolot ja kuivapoistuma. Alailmakehän otsonipitoisuus noussut pohjoisella pallonpuoliskolla Viimeksi kuluneiden sadan vuoden aikana ot sonia muodostavien yhdisteiden päästöt ovat pohjoisella pallonpuoliskolla lisääntyneet ja nii den pitoisuus on ilmakehässä kohonnut. Se on aiheuttanut koko pallonpuoliskon otsonipitoi suuden nousun (kuva 53). Viime vuosisadan lo pulla Euroopassa otsonipitoisuudet olivat varsin alhaisia ja vaihtelu eri vuodenaikoina oli hyvin vähäistä. Otsonipitoisuus on 1950-luvun jälkeen noussut noin prosentin vuodessa. Kesäkuun keskimääräisen otsonipitoisuuden on arvioitu noin kaksinkertaistuneen pohjoisella pallonpuo liskolla ja lähes kolminkertaistuneen Euroopas sa ja Yhdysvalloissa. Otsonin muodostumiselle otollista aikaa on kevät: pohjoisen pallonpuoliskon alailmakehään talven aikana kertyneet typpi- ja hiilivety-yhdis teet muodostavat kevätauringossa otsonia te hokkaasti. Kevätmaksimiin on osasyynä myös otsonin kulkeutuminen stratosfääristä. Keväällä Lapissa otsonihuippu Lapissakin maanpinnan tason otsonipitoisuus on suurin keväällä (kuva 54). Pitoisuus nousee keväällä samaan aikaan kauttaaltaan Suomessa. Sama ilmiö on havaittavissa kaikkialla pohjoisil la leveysasteilla. Otsonia syntyy tehokkaasti myös kesällä lämpimällä, pilvettömällä ja heikkotuulisella säällä, kun typen oksideja ja haihtuvia hiilive tyjä on ilmassa runsaasti. Tämä ns. episodimai- 64 nen otsoni ilmenee tavallisesti muutamien vuo rokausien pituisina jaksoina kesäkuukausina. Ilmiö saa aikaan teollisuusseutujen suuret kes kimääräiset otsoniarvot kesällä. Tällöin kauko kulkeutuminen nostaa otsonipitoisuutta myös tausta-alueilla. Kaukokulkeutuminen ja episodimainen otso nin muodostuminen ovat harvinaisia Pohjois suomessa. mikä ilmenee pitoisuuden alenemise na touko-kesäkuussa (kuva 54). Virolahden ase man otsonipitoisuudet sen sijaan säilyvät suuri na myös kesäkuukausien ajan kaukaa kulkeu tuvan otsonin ja episodiluonteisen otsonin muo dostumisen vuoksi. Toisaalta, huolimatta näistä episodeista, otsonin pitkäaikaiskeskiarvot ovat Etelä-ja Keski-Suomessa jopa matalampia kuin pohjoisimmassa Suomessa. Tämä johtuu voi makkaammista otsonin kemiallisista "nielureak tioista" ja tehokkaammasta kuivalaskeumasta Etelä- ja Keski-Suomessa. Ilman otsonipitoisuuden ohjearvot Voimakkaana hapettimena otsoni vaikuttaa hai tallisesti kasveihin. Biologisten altistuskokeiden perusteella on arvioitu, kuinka suuria otsonipi toisuuksia kasvillisuus voi vahingoittumatta sie tää. Maailman terveysjärjestön WHO:n ja Euroo pan unionin direktiivin mukaan otsonipitoisuu den tuntikeskiarvon 200 pg/m 3 ja vuorokausi keskiarvon 65 pg/m 3 ylittyminen saattaa aiheut taa kasveille haittoja. Ensin mainitun rajan yli tyksiä Suomessa ei ole havaittu. Sen sijaan otso nipitoisuuden vuorokausikeskiarvot ovat kevääl lä lähes päivittäin yli 65 pg/m 3 koko Suomessa (kuva 55a ja b). Näiden ohjearvojen rinnalle on kehitteillä paremmin todellista otsonialtistusta kuvaavia tarkastelutapoja. Kasvukautena kasvin yhteyt tävissä soluissa on voimakasta kaasujen vaih toa ja otsonia kulkeutuu ilmarakojen kautta soluihin. Yhdistyneiden Kansakuntien Euroo pan talouskomission alaisuudessa määritellään otsonin kriittiset tasot kasvillisuuden saaman otsoniannoksen mukaan.14 Otsoniannoksen on todettu ennustavan kasvivaurioita paremmin kuin esimerkiksi otsonipitoisuuden pitkäaikais ten keskiarvojen. Menetelmässä otetaan huomi oon kasvukauden aikaiset kynnysarvon ylitykset ja niiden kesto. Kynnysarvoksi on päätetty ottaa 40 ppb eli 80 pg/m 3 . Euroopan talouskomission asettamilla otso nin kriittisillä tasoilla ei pyritäkään suojaamaan ekosysteemiä kaikilta vaikutuksilta vaan salli taan kymmenen prosentin kasvutappiot tai sato vahingot. Otsoniannos on ehdotettu laskettavak si kuuden kuukauden jaksolta huhtikuusta syyskuuhun. On esitetty, että kuuden kuukau den aikana kertyvä 10 000 ppb h:n otsonialtis tus aiheuttaisi kymmenen prosentin kasvutap pion metsissä. Oulangalla mainittu ohjearvo ylit tyi vuonna 1992 mutta ei vuonna 1993. Sam maltunturilla otsonialtistus jäi molempina vuo sina niukasti tämän kriittisen tason alapuolelle. Otsonin kriittisten tasojen ylittyminen Lapissa Otsonipitoisuudet ovat suurimmillaan keväällä ja alkukesästä erityisesti Lapissa. Kasvukauden alkamisajankohdan määrittelyllä on näin ollen suuri merkitys otsoniannosta laskettaessa. Ylei Kuva 54. Otsonipitoisuuden päiväkeskiarvot (klo 10.00-17.00) neljällä mittausasemalla Suomessa vuonna 1992. (Lähde: Ilmatieteen laitos) 65 Kuva 55a, b. Otsonipitoisuuden vuorokausikes kiarvon 65 μg/3m ylittävien päivien lukumäärä kuukausittain neljällä mittausasemalla Suomessa vuosina 1992 (a) ja 1993 (b). (Lähde: Ilmatieteen laitos) sesti käytetty määrittelytapa perustuu ilman lämpötilaan: kasvukausi alkaa, kun keskilämpö tila nousee pysyvästi yli 5 °C:n ja päättyy, kun se laskee pysyvästi tämän lämpötilan alapuolel le. Näin määritellyn kasvukauden aikana kerty vä otsoniannos on laskettu kolmella Lapin ha vaintoasemalla sekä Ähtärissä mitatuista arvois ta (kuva 56). Tällä perusteella laskettuna metsä puiden ohjearvo 10 000 ppb h ei ylity minään tarkasteluvuonna Suomessa. Sen sijaan herkille viljelykasveille annettu raja-arvo 5 300 ppb h lähes saavutetaan. Metsäekosysteemin herkim millä lajeilla ei otsonialtistuskokeita ole juuri tehty, mutta on mahdollista, että niiden herk kyys on viljelykasvien luokkaa. Erittäin korkeat lyhytaikaiset otsonipitoisuu det saattavat aiheuttaa myös näkyviä vaurioita kasvillisuudelle. Herkät kasvit voivat vioittua, jos altistusindeksi ylittää 700 ppb h kolmen päivän aikana. Tämä raja-arvo ylitettiin selvästi Oulangalla, Sammaltunturilla ja Jäniskoskella vuoden 1992 toukokuun lopun ja kesäkuun alun korkeiden otsonipitoisuuksien aikana. Lapissa kasvillisuudella on riski saada näkyviä otsonivaurioita, jotka eivät kuitenkaan välttä mättä aiheuta kasvutappioita. Otsoniannokseen perustuvat kriittisten taso jen määrittelyt ovat vielä hyvin alustavia. Arvioi den tueksi tarvittaisiin kasvien altistuskokeita. Silti kansainvälisten ohjearvojen valossa varsin kin Lapin eteläisissä osissa otsonialtistus voi jo tuottaa kasvillisuusvaurioita. Herkillä viljelykas veilla ja niiden kaltaisilla luonnonkasveilla suu ret otsonipitoisuudet saattavat jopa vähentää kasvua. Kuva 56. Otsoniannoksen (kynnysarvo 40 ppb = 80 μg/m3) kertyminen kasvukaudella neljällä mittaus asemalla Suomessa vuosina 1990-93. (Lähde: Ilmatieteen laitos) 66 Kuva 57. Sevettijärven Kirakkajärvelle vuonna 1991 perustettu ilmanlaadun mittausasema. Kuva 58. Ilman kaasumaisia epäpuhtauksia mit taavan DOAS-laitteen analysaattori ja valolähde Sevettijärven mittausasemalla. Ilmansaasteiden tutkiminen Inarin Sevettijärvellä Ilmansaasteiden tutkiminen Sevettijärvellä alkoi syksyllä 1991, jolloin paikkakunnalle perustet tiin ilmanlaadun mittausasema. Asema raken nettiin metsähallituksen, Ilmatieteen laitoksen, Metsäntutkimuslaitoksen ja Inarin kunnan yh teishankkeena. Se sijaitsee noin 60 km Nikelistä län,teen ja noin 30 km lounaaseen Barentsinme ren lähimmästä lahdesta (kuva 57). Seutu on hyvin harvaanasuttua, joten paikallisista läh teistä ilmaan tulee vain pieniä määriä epäpuh tauksia. Kuolan niemimaan nikkeli-kuparisula toista saapuvat saaste-episodit ja etelästä kau kokulkeutuvat epäpuhtaudet vuorottelevat poh joisesta tulevan puhtaan arktisen ilman kanssa. Tulokset Sevettijärven mittausasemalta ovat vuosilta 1992 ja 1993. Olemme mitanneet Sevettijärvellä rikkidiok sidin, typpidioksidin ja otsonin pitoisuuksia DOAS-menetelmällä (differential optical absorp tion spectroscopy). Laitteeseen kuuluu mittaus asemalla sijaitseva analysaattori ja noin yhden kilometrin päässä asemalta sijaitseva valolähde (kuva 58). Analysaattori laskee kaasujen pitoi suudet valon spektrin muutoksista. Ilmakehän hiukkasista on kerätty näytteitä virtuaali-impaktorilla. Kahden vuorokauden aikana imetään noin 48 kuutiometriä ilmaa suodattimien läpi, jolloin hiukkaset jäävät suo dattimille. Menetelmä jakaa hiukkaset kahteen kokoluokkaan: halkaisija alle 2,5 pm ja 2,5-15 pm. Jako kuvaa hyvin hiukkasten syntymeka- nismeja: pienemmät hiukkaset syntyvät kaasu hiukkasmuuntuman kautta (mm. sulfaattihiuk kaset), suuremmat ovat tulosta mekaanisista prosesseista (mm. eroosion synnyttämä maape räpöly ja merisuolahiukkaset). Joitakin yksityis kohtaisia hiukkaskokojakaumia on mitattu Ber ner-tyyppisillä moniasteimpaktoreilla. Hiukkas ten massapitoisuus on määritetty punnitsemalla suodattimet. Hiukkasten kemiallisen koostumuk sen tutkimiseksi on käytetty useita eri analyysi menetelmiä. lonikromatografialla on analysoitu epäorgaaniset ionit S0 4 2 ", N0 3 ~, Cl", NH 4 + , Ca 2+ , K + , Na + ja Mg 2+ kaikista näytteistä. Osasta näyt teitä on lisäksi analysoitu raskasmetallipitoi suuksia. Hiukkaspitoisuuksien muutoksia on seurattu kondensaatioydinlaskurin avulla. Rikkidioksidia hetkittäin erittäin runsaasti Suuren osan ajasta ilman rikkidioksidipitoisuus on Sevettijärvelläkin hyvin alhainen, mutta Kuo lan metallisulatoista lähtöisin olevat saaste-epi sodit nostavat pitoisuudet lyhytaikaisesti huo mattavasti keskiarvoja korkeammalle (kuva 59a d). Vuonna 1992 rikkidioksidipitoisuuden vuosi keskiarvo oli 4,8 pg/m 3 ja vuonna 1993 5,0 pg/ m 3. Vuosina 1992 ja 1993 Sevettijärvellä esiintyi keskimäärin 15 vuorokauden välein 100 pg/m 3 ylittäviä rikkidioksidihuippuja ja keskimääräi nen episodin kestoaika oli kolme tuntia. Keski määräiset episodien esiintymisvälit ovat havain tojakson lyhyyden takia vain viitteellisiä. Esi merkiksi ajanjaksona 8.12.1992-13.3.1993 ei esiintynyt yhtään 100 pg/m 3 ylittävää rikki- 67 Kuva 59a-d. Ilman rikkidioksidipitoisuudet Sevettijärvellä vuosina 1992 (a ja b) ja 1993 (c ja d). dioksidipitoisuutta. Noin 50 % ajasta ilman rikkidioksidi pitoisuus Sevettijärvellä oli vuosina 1992 ja 1993 alle 1 pg/m 3 eli erittäin alhainen (kuva 60). Havaituista pitoisuuksista noin 1 % ylitti 100 pg/m 3 . Nämä pitoi suudet esiintyivät Kuolan alueelta saa puvien saaste-episodien yhteydessä. Typpidioksidia vähän mutta otsonimäärä ajoittain korkea Typpidioksidipitoisuuksia ei ole aikai semmin mitattu jatkuvasti Suomen La pin tausta-alueilla. Pitoisuudet olivat Sevettijärvellä alhaisia: lähes 50 % tun tikeskiarvoista oli alle 0,4 pg/m 3 . Alhai set pitoisuudet johtuvat siitä, että mit tausaseman lähistöllä ei ole typen oksi dien lähteitä, esimerkiksi liikennettä. Suurimmat pitoisuudet (10-20 pg/m 3) mitattiin Nikelistä saapuvien episodien aikana. Pitoisuudet olivat silloinkin huo mattavasti alhaisempia kuin kaupun geissa, joissa ne voivat olla useiden kym menien pg/m 3 :n suuruisia. Etelästä tu levien saaste-episodien aikana typpidi oksidipitoisuus Sevettijärvellä voi nousta selvästi, noin 1-2 pg/m 3 :aan, varsinkin talvella. Otsonipitoisuus oli Sevettijärvelläkin suurimmillaan keväisin. Tavanomaisen vuosimaksimin lisäksi pitoisuus kohosi kerran tai kahdesti kesässä lyhytaikai sesti. Kun typpidioksidipitoisuus on alhainen, kuten Sevettijärvellä, paikalli nen otsonin muodostuminen on vähäis tä. Esimerkiksi touko-kesäkuun vaih teessa 1992 havaitut korkeat otsonipi toisuudet johtuivat kaukokulkeutumi sesta Keski-Euroopasta ja kesäkuun puolivälissä 1992 Etelä-Suomesta ja Pietarin alueelta (kuva 61). Vuosina 1992 ja 1993 noin puolet otsonipitoisuuden päivätuntien (klo 10.00-17.00) keskiarvoista ylitti kriitti sen pitoisuuden 65 pg/m 3 . 15 Sevettijär vellä otsoniannos alittaa selvästi Euroo pan talouskomission asettaman 10 000 ppb h:n suuruisen ohjearvon. 14 Altistus oli 2 800 ppb h vuonna 1992 ja 1 200 ppb h vuonna 1993. 68 Hiukkaset ovat happamia Itätuulten aikana hiukkasten lukumäärä Sevet tijärven ilmassa kasvaa yleensä samanaikaisesti rikkidioksidipitoisuuden kanssa. Niiden luku määrä on suurin Kuolan nikkeli-kuparisulatois ta lähtöisin olevien saaste-episodien aikana. Kaukaa kulkeutuneiden hiukkasten massapitoi suus voi kuitenkin olla yhtä suuri eli 1-30 pg/ m 3. Suurin massapitoisuus onkin mitattu episo dista, jonka lähteet olivat Keski-Euroopassa. Hiukkasten pääasialliset yhdisteet ovat sulfaatti ja ammoniumionit. Yleensä niissä on sulfaatti ioneja enemmän kuin ammoniumioneja (kuva 62a ja b). Tässä tutkimuksessa kävi ilmi, että Lapin ilman sisältämät hiukkaset ovat yleensä hap pamia. Syynä tähän on se, että rikkidioksidista syntyvä rikkihappo ei ammoniakin vähyyden Kuva 60. Ilman rikkidioksidipitoisuuden tuntikes kiarvojen jakauma Sevettijärvellä vuosina 1992 ja 1993. vuoksi neutraloidu ilmakehässä. Alueilla, joilla harjoitetaan voimaperäistä maanviljelyä, ilmassa on riittävästi ammoniakkia ja syntyvä rikkihap po neutraloituu ammoniumsulfaatiksi [(NH 4 ) 2 S0 4 ]. Kun rikkidioksidia sisältävä ilma massa kulkeutuu pohjoiseen, muodostunutta ammoniumsulfaattia poistuu ilmakehästä esi merkiksi sateen mukana ennen ilmamassan saapumista Lappiin. Rikkidioksidi hapettuu edelleen ilmakehässä muodostaen lisää rikki happoa, joka tiivistyy pisaroiksi. Kun ilmassa ei enää ole riittävästi ammoniakkia, hiukkaset ja pisarat eivät neutraloidu vaan jäävät happa miksi. Marraskuussa 1993 Sevettijärvelle saapui saaste-episodi, jonka havaittiin kulkeutuneen läpi koko Suomen. Trajektorilaskelmien mukaan lähdealue oli Pietarin ympäristö. Episodin aika na hiukkasista kerättiin impaktorilla näyte, jon ka avulla määritettiin hiukkasten kokojakauma (kuva 63). Suurin osa näytteestä analysoimis tamme ioneista oli sulfaattia ja ammoniumia. Sulfaatista suurin osa oli rikkihappoa. Jotta sul faatti olisi ollut neutraalia ammoniumsulfaattia, ammoniumia olisi pitänyt olla lähes nelinkertai nen määrä. Tässä tutkimuksessa emme mitanneet hiuk kasten happamuutta suoraan. Koska hiukkas ten kokonaisvaraus on nolla, happamuutta voi daan arvioida analysoimalla niiden sisältämien ionien pitoisuudet. Hiukkasten arvioitiin olevan neutraaleja, kun mitattujen anionien (SO, 2 + N0 3 ~ + Cl") ja kationien (NH4 + + Ca 2+ + Na + +K+ + Mg 2+ ) ionivarausekvivalenttien summien suhde oli yksi ja happamia, kun suhde oli suurempi Kuva 61. Ilman otsonipitoisuuden tuntikeskiarvot Sevettijärvellä vuosina 1992 ja 1993. 69 Kuva 62a. b. Ilman sulfaatti- ja ammoniumpitoi suudet (a) ja pitoisuuksien suhde (b) Sevettijär vellä vuosina 1992 ja 1993. Kuva 63. Tärkeimpien epäorgaanisten ionien hiukkaskokojakauma Pietarin alueelta Sevettijär velle saapuneessa saaste-episodissa marras kuussa 1993. kuin yksi. Puuttuvien kationien oletettiin olevan vetyioneja. Kunkin ionin varausekvivalentti saa daan kertomalla moolikonsentraatio varauksella Sevettijärvellä pienten hiukkasten sisältämi en anioniekvivalenttien suhde kationiekvivalent teihin oli keskimäärin 1,7. Vain 1,5 %:ssa näyt teistä anionien suhde kationeihin oli < 1. Suu rissa hiukkasissa suhde oli useimmiten yli 1. Kokonaisuudessaan hiukkaset olivat happamia, sillä pääosa massasta (keskimäärin yli 70 %) oli pienissä hiukkasissa. Pienistä hiukkasista (halkaisija < 2,5 pm) kol melta eri paikkakunnalta, Helsingistä, Oulan galta ja Sevettijärveltä, otettujen näytteiden ioni taseet (H + ei ole mukana taseessa) osoittivat, että pohjoisessa hiukkaset olivat happamampia kuin etelässä (kuva 64). Oulangan tulos perustuu vuonna 1991 ja Helsingin tulos vuoden 1992 touko- ja kesäkuussa tehtyihin mittauksiin. Raskasmetallit hiukkasissa Virtuaali-impaktorilla kerätyistä hiukkasnäyt teistä määritettiin useiden metallien pitoi suuksia. Kuolasta Itä-Lappiin leviää mm. nik keliä, kuparia, sinkkiä, lyijyä ja kadmiumia samantyyppisinä pitoisuushuippuina kuin rikki dioksidiakin (kuva 65a-g). Joitakin metalleja, mm. lyijyä ja sinkkiä, tulee paljon myös etelävir tausten mukana. Raskasmetallit olivat pääosin Kuva 64. Ilmassa olevista pienistä hiukkasista (halkaisija <2,5 μm) Sevettijärveltä, Oulangalta ja Helsingistä kerättyjen näytteiden ionitaseet ilman vetyionia. 70 pienissä hiukkasissa. Sinkin, lyijyn, nikkelin, kuparin, vanadiinin ja kadmiumin tilastoarvot perustuvat yhteensä 43 näytteeseen vuosilta 1992 ja 1993 (taulukko 1). Kunkin näytteen keräysaika oli 48 tuntia. Vertasimme Sevettijärveltä kerätyistä näyt teistä analysoitujen nikkelin, kuparin, lyijyn, kadmiumin, sinkin ja vanadiinin pitoisuuksia viiden vertailupisteen kanssa (kuva 66a-lj. Maa javri sijaitsee Venäjän puolella runsaat 10 km Nikelistä koilliseen (saastunein ilmansuunta) ja Svanvik 10 km Nikelistä länteen. Näiden ase mien pitoisuudet perustuvat NILU:n (Norsk In stitutt for Luftforskning) tutkimuksiin. 16 Viro lahti edustaa eteläisen Suomen tausta-asemaa, johon Pietarin ja Viron päästöt vaikuttavat. Äh täri on Keski-Suomessa sijaitseva tausta-ase- Kuva 65a-g. Sulfaatin (a), rikkidioksidin (b)ja raskasmetallien (c-g) pitoisuuksia ilmassa Sevet tijärvellä vuonna 1992. Pitoisuudet ovat 48 tun nin keskiarvoja. ma. 17 Ny Älesund Huippuvuorilla edustaa puh tainta tausta-aluetta. Esittämämme tilastolliset arvot eivät ole täy sin vertailukelpoisia. Svanvikin ja Maajavrin pitoisuudet ovat puolivuotiskeskiarvoja huhti kuun 1992 ja maaliskuun 1993 väliseltä ajalta. Ähtärin ja Virolahden pitoisuudet ovat 21 vuoro kausinäytettä käsittävien mittausjaksojen keski arvoja. Ny Älesundissa on kerätty talvien 1983, Taulukko 1. Metallipitoisuuksia (ng/m3) ilmassa olevissa hiukkasissa Sevettijärvellä vuosina 1992 ja 1993. Kuva 66a-f. Ilmassa olevien hiukkasten raskas metallipitoisuuksia kuudella mittausasemalla Suomessa. Norjassa ja Venäjällä vuosina 1992 ja 1993 (Ny Ålesund 1983-86). Zn Pb Ni Cu V Cd Keskiarvo 3,00 1,80 1,60 2,20 1,90 0,13 Mediaani 2,00 1,30 0,50 0,60 0,90 0,06 Maksimi 10,6 7,40 10,3 17,0 11,4 1,19 71 1984 ja 1986 aikana yhteensä 46 ja kesällä 1984 kaikkiaan 13 kahden vuorokauden näytet tä, joista on julkaistu mediaanipitoisuudet (50 % pitoisuuksista on pienempiä kuin mediaanipitoi suus). 18 Sevettijärven näytteistä olemme laske neet vallitsevien etelä- ja lounaistuulten samoin kuin itätuulten aikana havaittujen pitoisuuksien keskiarvot. Vertailu osoittaa, että itätuulten aikana usei den metallien pitoisuudet Sevettijärvellä olivat samansuuruisia kuin Svanvikin keskimääräiset pitoisuudet, mutta huomattavasti alhaisemmat kuin Maajavrissa. Etelävirtausten aikana ras kasmetallien keskiarvopitoisuudet olivat Sevetti järvellä alhaisia. Ne olivat yhtä suuria tai alhai sempia kuin Ähtärissä ja vain hieman suurem pia kuin Huippuvuorilla. Etelässä, missä liiken nettä on enemmän, lyijypitoisuudet olivat sel västi korkeammat. Myös sinkki- ja vanadiinipi toisuudet olivat suurimmat etelässä. Joidenkin aineiden pitoisuudet Sevettijärvellä olivat etelä virtauksilla suurempia kuin Svanvikin keski määräiset pitoisuudet. Tämä johtuu analyysien pienestä lukumäärästä: valitsimme raskasme tallianalyyseihin selkeiden saaste-episodien aikana kerätyt suodattimet sekä yhdet suodat timet ennen ja jälkeen episodin. Pääosa rikistä saapuu itätuulilla Saasteiden alkuperää on tutkittu yksinkertai simmin vertaamalla mitattuja pitoisuuksia sa manaikaisesti tehtyihin tuulimittauksiin. Sevet tijärvellä ilman rikkidioksidipitoisuuden vuosi keskiarvo on suurin itätuulilla: vuosina 1992 ja 1993 se oli noin 30 pg/m 3. Keskiarvopitoi suus ei kuitenkaan kerro, mikä on kunkin il mansuunnan osuus rikkidioksidin kasveille aiheuttamasta altistuksesta. Tätä varten pitää ottaa huomioon myös tuulensuuntien jakauma, sillä etelä- ja lounaistuulet ovat Sevettijärvellä vallitsevia. Olemme laskeneet rikkidioksidi- ja sulfaattialtistukset eli pitoisuuden ja mittaus ajan tulon eri tuulensuuntasektoreilta. Rikkidi oksidin kokonaisaltistus vuodessa (1.9.1992- 31.8.1993) oli 18,5 mgh/m 3 ja sulfaatin koko naisaltistus 3,8 mgh/m 3, molemmat rikkinä. Suurin osa rikkidioksidialtistuksesta tuli itä tuulilla (kuva 67). Sektoreilta, joiden keskipis teet ovat 60°, 90° ja 120° saimme arvion Kuo lasta peräisin olevalle altistukselle. Summaksi saimme 11,0 mgh/m 3 (rikkinä) eli noin 60 % rikkidioksidin kokonaisaltistuksesta. Ylälikiar von Kuolasta peräisin olevalle altistukselle saim me laskemalla yhteen sektoreiden 30°, 60°, 90°, 120° ja 150° arvot. Summa oli 13,6 mgh/m 3 eli noin 73 % rikkidioksidin kokonaisaltistuksesta. Sektoreilta 180°, 210° ja 240° saimme etelä-ja lounaisvirtausten osuudeksi noin 13 % koko naisaltistuksesta. Loppu 14 % oli peräisin länsi-, 72 Kuva 67. Rikkidioksidi- ja sulfaattialtis tus (rikkinä) Sevettijärvellä eri tuulen suuntasektoreilta 1.9.1992-31.8.1993. Hapan sumu Vuosina 1992 ja 1993 noin joka kolmannen Kuolasta lähtöisin olevan rikkidioksidiepisodin aikana näkyvyys ilmanlaadun mittausasemalla Sevettijärvellä heikkeni selvästi, usein todennäköisimmin sumun takia. Keski määrin SOa-pitoisuudet olivat suurimpia silloin, kun ilman suhteellinen kosteus oli suurin. Tämä voidaan selittää mm. sillä, että Nikel ja Barentsinmeri ovat suu rin piirtein samalla suunnalla Sevettijärveen nähden. Rikkidioksidi saapuu alueelle usein kostean merellisen ilmamassan mukana. Ilmassa oleva vesi lisää rikkidioksidin hapettumis nopeutta ja siten edistää happamien pisaroiden syntyä. Hapan sumu muodostuu, kun ensin rikkidioksidista hapettumalla syntynyt rikkihappo alentaa veden tiivis tymiskynnystä. Syntyneet sumupisarat imevät edelleen tehokkaasti rikkidioksidia, joka pisarassa hapettuu rik kihapoksi. Sumun hälvetessä vesi haihtuu sumupisa rasta. Happamuuden aiheuttava rikkihappo ei sen si jaan haihdu, vaan jää jäännöshiukkaseen (pisaraan). Tämä prosessi voi lisätä hiukkasen happamuutta mer kittävästi. Sumupisaroiden laskeutumisnopeus on suu ri, joten voidaan olettaa, että sumun aikana Kuolan alu een rikkidioksidipäästöjen kuormitus Inarin Lapissa kasvaa. Sumun happamuuden, koostumuksen ja käyt täytymisen sekä sumulaskeuman järjestelmällinen tut kiminen ei ole vielä ollut mahdollista Sevettijärvellä Itä- Lapin metsävaurioprojektin tutkimusten aikana. luoteis-ja pohjoissektoreilta. Kaikkien sektoreiden arvo ja kasvatti Kuolasta peräisin oleva rikkidioksidi, jota kulkeutuu Sevettijärvelle myös muilla kuin itätuulilla. Vain pieni osa Kuolan metallisulatoista peräisin ole vasta rikkidioksidista ehtii muuntua sulfaatiksi ennen kuin se kulkeutuu Sevettijärvelle. Tämän vuoksi itäsek toreilta 60°, 90° ja 120° tuleva sulfaattialtistus oli vain 24 % sulfaatin kokonaisaltistuksesta. Sektoreilta 180°, 210° ja 240° tuleva etelä-ja lounaistuulten aikainen altistus oli noin 40 % sulfaatin kokonaisaltistuksesta. Lyhin reitti Sevettijärveltä Barentsinmerelle on 30 km suuntaan 60°. Koillissektoreilta 30° ja 60° tulevasta altistuksesta merkittävä osa olikin merestä lähtöisin olevaa ns. merisuolasulfaattia. 73 Kuva 68a, b. Ilmansaasteiden kaukokulkeutumis episodi Sevettijärvellä 12.-15.11.1992. Kunkin trajektorin pituus on 96 tuntia (4 vrk] saapumis hetkestä. Ilmansaasteita kulkeutuu myös etelästä Olemme tutkineet ilmansaasteiden alkuperää ja kulkeutumisreittejä tarkemmin kolmiulotteisilla ratakäyrillä eli trajektoreilla, jotka on laskettu Ilmatieteen laitoksessa kehitetyllä TRADOS-mal lilla. 19 Laskenta perustuu Ilmatieteen laitoksen numeerisen säänennustusmallin (HIRLAM) tuu liennusteisiin. Marraskuun 12.-15. päiville 1992 laske mamme trajektorit osoittivat 12.11. mitattujen alhaisten rikkidioksidi-, typpidioksidi-ja hiuk kaspitoisuuksien olevan peräisin Pohjois-Atlan tilta (kuva 68a ja b). Kun pitoisuudet alkoivat kohota, trajektorit osoittivat Pohjois-Suomeen saapuvien ilmamassojen olleen peräisin aluksi etelästä ja myöhemmin kaakosta. Trajektori tar kastelua tukee vertailu synoptisiin sääkarttoi hin. Muutkin vastaavankaltaisten episodien analyysit osoittavat, että etelästä tulevien saas te-episodien aikana rikkidioksidipitoisuus nou- 74 see usein 5-20 pg/m 3 :aan ja typpidioksidipitoi suus noin 1-2 pg/m 3 :aan. Keskeiset tulokset Lapin saasteilmaston tyypillisin piirre on ajoit taiset suuret rikkidioksidipitoisuudet. Lähim pänä Kuolan päästöjä, Inarin Lapissa, pitoisuu det saattavat itätuulten vallitessa kohota usei siin satoihin mikrogrammoihin kuutiometrissä ilmaa. Pitoisuushuiput kestävät tavallisesti muutamia tunteja. Alle prosentti rikkidioksidi pitoisuuden tuntiarvoista ylittää 100 pg/m 3 . Pitoisuushuippuja esiintyy myös Länsi-Lapissa, mutta noin kymmenenteen osaan laimentuneina Inarin Lapin itäosaan verrattuna. Pohjois- ja länsituulilla napa-alueilta ja Poh jois-Atlantilta virtaava ilma on hyvin puhdasta. Etelätuulten vallitessa Lappiin kulkeutuu saas teita Etelä-Suomesta ja kauempaa Euroopasta. Ajoittaisista huipuista huolimatta keskimääräi set rikkidioksidipitoisuudet jäävät lähes kaik kialla Lapissa välille 1-5 pg/m 3, mikä on selväs ti metsäekosysteemille kriittiseksi arvioidun pitoisuuden alapuolella. Lapille luonteenomai nen ympärivuotinen toistuva lyhytaikainen altis tus ei kuitenkaan tule riittävästi esille vuosikes kiarvona määritellyssä kriittisessä tasossa. Lapissa laskeuman happamuutta säätelee rikkidioksidista muodostuva rikkihappo, kun taas typen oksideilla ei ole juuri happamoittavaa merkitystä. Neutraloivia aineita on Lapin las keumassa vain vähän, joten vuotuinen happo laskeuma yltää kuitenkin noin puoleen Etelä- Suomen laskeumasta. Lapin maaperän vuotui nen happokuormitus on suurimmillaan 15-20 mekv/m 2 eli lähellä kriittistä tasoa. Ilmasta rikkidioksidi pidättyy kasvillisuuteen kuivalaskeumana. Kuivalaskeuman määrä on verrannollinen ilman rikkidioksidipitoisuuteen. Koska korkeita rikkidioksidipitoisuuksia esiin tyy Inarin Lapissa myös kasvukauden aikana, rikkidioksidin pidättymisellä on todennäköisesti suuri vaikutus alueen kokonaiskuormitukseen. Laskennallisesti on arvioitu, että jopa yli 60 % rikin kokonaislaskeumasta Inarin Lapissa on kuivalaskeumaa. Kuivalaskeuman mittaaminen on kuitenkin vaikeaa, eikä sen hallitsevaa osaa Lapissa ole toistaiseksi voitu vahvistaa. Kuolan rikkidioksidipäästöillä on selvä vaiku tus alueella, joka ulottuu parinsadan kilometrin etäisyydelle päästölähteistä. Noin puolet Keski- Lapin rikkilaskeumasta on peräisin Kuolasta. Nikkeli- ja kuparilaskeumat ovat voimak kaasti kasvaneet Kuolan sulattojen ympäristös sä. Laskeumat pienenevät kuitenkin hyvin jyr kästi päästölähteistä poispäin ja ovat Suomen puolella jo lähellä tausta-arvoja. Inarijärven itä puolella nikkeli- ja kuparipitoisuudet männyn kaarnassa ovat kolmin-viisinkertaisia verrattuna Länsi-Lappiin. Männyn kaarnassa ja sammalis sa havaitaan lievästi kohonneita kupari- ja nik kelipitoisuuksia 100-200 kilometrin etäisyydellä Kuolan päästölähteistä. Myös Tornion kromi päästöjen aiheuttama laskeuma näkyy samma lissa yli 100 kilometrin päässä. Koko Suomessa otsonipitoisuudet ovat suu ria keväällä, kun talven aikana ilmakehään ker tyneet ilmansaasteet muodostavat kevätaurin gossa otsonia. Kesällä runsaasti otsonia on eri tyisesti maan etelä- ja keskiosissa, minne kau kokulkeutuman ja suomalaisten päästöjen vai kutus kohdistuu raskaimmin. Lapin ilmassa esiintyvien otsonipitoisuuksien vertailu kansain välisiin ohjearvoihin viittaa siihen, että varsinkin alueen eteläosissa otsonialtistus voi aiheuttaa kasvillisuusvaurioita. Sevettijärven ilma on keskimäärin erittäin puhdasta: 50 % rikkidioksidipitoisuuden tunti keskiarvoista vuosina 1992 ja 1993 oli alle 1 pg/ m 3. Kerran tai kaksi kertaa kuukaudessa Kuo lan niemimaan metallisulatoista saapui joitakin tunteja kestävä saaste-episodi, jonka aikana rik kidioksidipitoisuus kohosi yli 100 pg/m 3 :aan. Episodeihin liittyi usein ilman kosteuden koho aminen ja näkyvyyden heikentyminen. Rikkidi oksidin aiheuttamasta altistuksesta 60-70 % tuli itätuulilla. Lapin ilman sisältämät hiukkaset osoittau tuivat tässä tutkimuksessa happamiksi. Tämä johtuu siitä, että rikkidioksidista syntyvä rikki happo ei ammoniakin vähyyden vuoksi neutra loidu ilmakehässä. Hiukkasnäytteiden raskas metallianalyysit osoittivat, että Kuolan metalli sulatoista kulkeutuu Sevettijärvelle erityisesti nikkeliä, kuparia, kadmiumia, lyijyä, sinkkiä ja vanadiinia. Sinkkiä ja lyijyä tulee myös etelästä saapuvien saaste-episodien aikana. 75 Kirjallisuusviitteet 1 Laurila, T., Tuovinen, J-P. & Lättilä, H. 1991. Lapin ilmansaasteet. Ilmatieteen laitos. 67 s. 2 Ezhegodnik sostojannija zagrjaznenija atmosfernogo vozduha i vybrosov vrednyh vestsestv v atmosferu na territorii dejatelnosti Murmanskgidrometa v 1989 gody. Murmanskoje territorialnoje upravalenie po gidrometeorologii, Murmansk. Lapin läänin ja Murmanskin alueen sekä Pohjois- Norjanja Pohjois-Ruotsin ilmansuojelu vuonna 1990. 1992. Lapin lääninhallitus, Ympäristönsuojelutoi misto. Rovaniemi. 25 s. 3 Overväking av langtransportertforurenset luft og nedbör. Ärsrapport 1989, Rapport 437/91, 306 s., Ärsrapport 1990, Rapport 466/91, 320 s., Ärsrap port 1992, Rapport 533/93, 296 s. Statens For urensningstilsyn, Oslo. 4 Sivertsen, 8., Makarova, T., Hagen, L.O. & Baklanov, A. A. 1992. Air pollution in the border areas of Nor way and Russia. NILU OR 8/92, Norwegian Institute for Air Research, Lilleström. 14 s. 5 Tuovinen, J-P. & Laurila, T. 1994. Variability of sul phur dioxide and ozone concentrations in Northern Finland. Julaisussa: Sivertsen, B. (toim.). Air pollu tion problems in the northern region of Fennoscandia included Kola. Proceedings from the seminar at Svanvik, Norway. June 1-3, 1993. NILU TR 14/94: 41-45. 6 Heino, R. 1994. Climate in Finland during the period of meteorological observations. Finnish Meteorologi cal Institute, Contributions 12: 1-209. 7 Ritari, A. & Nivala, V. 1993. Pohjois-Suomen numee rinen ilmastomalli mesoskaalassa. Julkaisussa: Nikula, A., Ritari, A. & Lahti, M-L. (toim.). Paikkatie don ja satelliittikuvainformaation käyttö metsäntut kimuksessa. Tutkimuspäivä Rovaniemellä 1993. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 479: 88-98. 8 Laaksonen, K. 1976. Factors affecting mean air tem perature in Fennoscandia, October and January 1921-1950. Fennia 145: 1-93. 9 Tuovinen, J-P., Laurila, T., Lättilä, H., Ryaboshapko, A., Brukhanov, P. & Korolev, S. 1993. Impact of the sulphur dioxide sources in the Kola Peninsula on air quality in northernmost Europe. Atmospheric Envi ronment 27A: 1379-1395. 10 Ilmanlaatumittauksia 1991. 220 s., 1992. 248 s. Ilmatieteen laitos. Helsinki. 11 Downing, R.J., Hettelingh, J-P. &de Smet, P.A.M. (toim.). 1993. Calculation and mapping of critical loads in Europe. Status Report 1993, Coordination Center for Effects, National Institute of Public Health and Environmental Protection (RTVM), Bilthoven, the Netherlands. 163 s. 12 Ruhling, A., Rasmussen, L., Pilegaard, K., Mäkinen, A. & Steinnes, E. 1987. Survey of atmospheric heavy metal deposition in the Nordic Countries in 1985. Nord 21. 44 s. 13 Ruhling, Ä., Brumelis, G., Goltsova, N., Kvietkus, K., Kubin, E., Liiv, S., Magnusson, S., Mäkinen, A., PilegaarcL, K., Rasmussen, L., Sander, E. & Steinnes, E. 1992. Atmospheric heavy metal deposition in Northern Europe 1990. Nord 12. 41 s. 14 Fuhrer, J. & Achermann, B. (toim.). 1994. Critical levels for ozone, a UN-ECE workshop report. FAC Nro 16. Swiss federal research station for agricul tural chemistry and environmental hygiene, Liebefeld-Bern. 328 s. 15 Air quality standards for Europe. 1987. World Health Organisation, Copenhagen. WHO Regional Publica tions 23. 16 Hagen, L.0., Sivertsen, B. &Aarnes, M.J. 1993 a, b. Overväkning av luft- og nedbor kvalitet i grenseom rädene i Norge og Russland. April-September 1992 (1993 a) NILUOR 21/93, Oktober 1992-Mars 1993 (1993 b). NILU OR 55/93. NILU, Lillestmm, Norge. 17 Jalkanen, L. & Häsänen, E. 1994. Heavy metals in aerosols on Finnish EMEP stations. Poster presented at EMEP Workshop on European monitoring, model ling and assesment of heavy metals and persistent organic pollutants. Beekbergen, the Netherlands, May 3-5, 1994. Ilmatieteen laitos, Helsinki. 18 Maenhaut.W., Cornille, P., Pacyna, J.M. & Vitols.V. 1989. Trace element composition and origin of the atmospheric aerosol in the Norwegian Arctic. Atmos pheric Environment 23: 2551-2569. 19 Valkama, I. & Salonoja, M. 1993. Operatiiviseen käyttöön soveltuva radioaktiivisten aineiden kauko kulkeutumismalli. Ilmatieteen laitos. 45 s. Laskeuman vaikutus metsämaahan Koonneet John Derome Henry Väre 78 Puuston vaikutus laskeumaan 79 John Derome, Kaarina Niska ja Antti-Jussi Lindroos Lapin ja Kuolan alueen geologiaa 80 Matti Kontio Laskeuman vaikutus maaperän happamuuteen 83 Kaarina Niska, John Derome ja Antti-Jussi Lindroos Podsolimaannoksen kehitys 84 John Derome Maannoksen hydrologiaa 86 Antti-Jussi Lindroos Maaperän ja vajoveden vuorovaikutus 88 Antti-Jussi Lindroos, John Derome ja Kaarina Niska Laskeuman vaikutus maaperän rikki- ja raskasmetallipitoisuuteen 90 Antti-Jussi Lindroos, John Derome ja Kaarina Niska Kationien jakauma sekä puskuri- ja neutralointimekanismit maassa 92 John Derome Laskeuman vaikutus maan mikrobistoon 92 Henry Värejä Rauni Ohtonen Maa-aineiston tulkinta ACIDIC-maamallin avulla 94 Hannu Ilvesniemi, Timo Kareinen ja Ari Nissinen Laskeuman vaikutus männyn juuristoon 96 Henry Värejä Rauni Ohtonen Maan mikrobiologiaa 97 Rauni Ohtonen ja Henry Väre Keskeiset tulokset 99 Kuva 69. Podsolimaannos Kemijärven intensiivikoealalla. Kuva: Erkki Oksanen 79 Metsämaa on maaperän, ilmaston, kasvillisuu den, eläimistön ja ihmistoiminnan vuorovaiku tuksen tulos. Sen pintaosa koostuu kivennäis maasta sekä kuolleesta ja elävästä orgaanisesta aineksesta. Maaperän rakenne ja kemialliset ominaisuudet luovat edellytykset kasvistolle ja kasvillisuuden biomassan tuotannolle. Ne sää televät kasveille välttämättömien ravinteiden ja veden saantia. Toisaalta kasvillisuus vaikuttaa maaperän biologisiin ja kemiallisiin ominaisuuk siin. Kasvillisuuden ja maaperän välinen tasapai no muuttuu jatkuvasti. Maaperän ominaisuuk sien ajallinen ja paikallinen vaihtelu aiheuttaa monia ongelmia maan tutkijalle. On myös erit täin vaikea erottaa toisistaan luontaiset ja ihmi sen aiheuttamat muutokset maaperässä. Maaperän kemialliset ominaisuudet vaikut tavat erityisesti metsämaan kykyyn vastustaa hapanta laskeumaa. Vastustuskyky riippuu mm. maaperän pintaosan emäskationien kokonais määrästä. Se vaihtelee suuresti Suomen eri osis sa. Osassa Lappia maaperän happamoitumisen vastustuskyky on melko alhainen. Kivennäismaan koostumuksen lisäksi ilmas tolla, kuten lämpötilalla ja sademäärällä, on suuri vaikutus maaperän pintaosan ominai suuksiin. Humus, joka koostuu kuolleesta elo peräisestä aineksesta, on Pohjois-Suomessa happamampaa kuin Etelä-Suomessa. 1 Sen si jaan kivennäismaa ei ole Pohjois-Suomessa yhtä hapanta kuin maan eteläosissa. Syynä tähän on pohjoisen kylmä ilmasto, lyhyt kasvukausi sekä routa. Kylmyyden vuoksi eloperäinen aines ei hajoa pohjoisessa niin hyvin kuin etelässä. Maan pintaosan hapanta ainesta ei kuitenkaan uutu syvemmälle kivennäismaahan yhtä paljon kuin Etelä-Suomessa, koska pohjoisessa sataa vähemmän ja maa on vettä läpäisemättömässä roudassa kauemmin. Myös kasvillisuuden koostumus vaikuttaa maaperän kykyyn vastustaa hapanta laskeu maa. Karuille mäntykankaille kehittyy jäkälä yhdyskuntia, jotka happamoittavat maaperää erittämillään jäkälähapoilla, samoin kuin eri kanervakasvit juurieritteillään. Siten happamoi- Kuva 70. Metsikkösadannan keruu Kuolassa koe alalla Montsegorsk 1. tuminen on luontainen tapahtuma, jonka ennen katkaisivat ajoittain toistuneet metsäpalot. Koska mäntykankaat ovat luontaisesti hap pamia, niiden mikrobit ovat sopeutuneet elä mään karuissa oloissa. Siten lievä happamoi tuminen ei sanottavasti haittaa karujen män tykankaiden mikrobeja, ennen kuin sadeveden happamuus lähenee pH 3,5:tä. Männynjuuris ton kykyä vastustaa hapanta laskeumaa ei tun neta. Koska myös juuristo on sopeutunut hap pamiin oloihin, ei lievä hapan laskeuma aiheut tane sillekään vaurioita lyhyellä aikavälillä. Ras kasmetallien aiheuttamat vauriot karuissa ym päristöissä ovat tuntemattomia. Tässä tutkimuksessa tarkoituksenamme oli selvittää metsämaahan tulevan laskeuman laa tua ja määrää sekä sen vaikutuksia maaperään Suomen Lapissa ja Kuolassa. Koska männyn ravinnetalous on riippuvainen juurten kunnosta ja maan mikrobeista, tutkimme laskeuman vai kutusta myös niihin. Tuloksia esitämme vuosilta 1989-93 Itä-Lapin metsävaurioprojektin koeala linjoilta 1-6. Puuston vaikutus laskeumaan Metsämaahan tuleva laskeuma ei välttämättä ole samanlainen kuin sääasemilla tai metsikön vieressä aukealla mitattu laskeuma. Sadannan laatu ja määrä muuttuu sen kulkiessa puiden latvusten läpi (kuva 70). Esimerkiksi ammoniu min ja nitraatin määrät vähenevät, samalla kun H + -, S-, Ca-, Mg-ja K-määrät lisääntyvät. 2 Myös maahan tuleva vesimäärä pienenee latvusten vaikutuksesta. Laskeuman vaikutus metsämaahan 80 Lapin ja Kuolan alueen geologiaa Pohjoismaiden ja Kuolan yleisin kivennäismaa laji on moreeni. Se on maalaji, jossa on sekoit tuneena ennen viimeisintä jääkautta syntyneitä eloperäisiä kerrostumia ja kivennäismaalajeja sekä kallioainesta. Lapin maaperässä on jäljellä erityisen paljon ennen jääkautta kemiallisesti rapautuneita mineraaleja, koska jäätikön liike ja maa-aineksen sekoittuminen Keski-Lapin jäänjakaja-alueella ja sen läheisyydessä on ollut vähäistä. Mineraalien rapautumisaste sekä ra pautuman laatu ja määrä vaihtelevat kalliope rän ominaisuuksien mukaan. Siksi moreenin kemialliset ominaisuudet vaihtelevat jyrkästi alueittain. Rapautunut kivennäismaa-aines si sältää runsaasti helppoliukoisia alkuaineita. Vesi on kuitenkin saattanut huuhtoa moreenin pintaosaa, jolloin siitä on poistunut hienoa ai nesta ja helppoliukoisia alkuaineita. Irtaimen maaperän kemiallista jyrkkärajaisuutta esiintyy myös Kuolan alueella, koska sielläkin on sijain nut jäänjakaj a. Veden lajlttamat kivennäismaat, kuten harjut ja rantakerrostumat, sekä tuulten kerrostamat hiekkadyynit ovat köyhtyneet helppoliukoisista alkuaineista ja hienoaineksesta. Pohjoismaiden kalottialueen pinta-alasta on kuitenkin vain kymmenisen prosenttia lajittuneiden ainesten peitossa. Useimmiten näidenkin - etenkin hie norakeisten kerrostumien - alla on kallioperän päällä yhtenäinen moreenipeite. Pohjois-Suomen kallioperän voi jakaa karke asti neljään tyyppiin: piihapporikkaat graniitit sekä pohjagneissit, piihappoköyhät emäksiset kivet sekä vaihtelevan koostumuksiset granuliit tiset kivet. Mainittuihin kivilajialueisiin liittyy lisäksi kvartsiitteja, kvartsimaasälpä- ja kiille liuskeita sekä kiillegneissejä. Välikerroksina voi esiintyä dolomiitteja ja kalkkikiviä. Pienialaisia nuoria graniitteja, diabaasijuonia ja alkalikiviä tunkeutuu suurien vanhempien kivilajimuodos tumien läpi. Suurta osaa Norjan alueesta luon nehtivat nuoret, useimmiten runsaskalkkiset sedimenttikivet. Kuolassa alkalikiviä esiintyy suurina massiiveina (kuva 71). Piihapporikkailla eli happamilla kivilajeilla, jotka ovat pääasiassa graniitteja ja gneissejä, sekä kvartsiiteillä ja kvartsimaasälpäliuskeilla on maaperän kivennäisravinteita laimentava vaikutus, koska niiden päämineraalit, kvartsi ja maasälvät, ovat heikosti rapautuvia. Happa mien kivilajien alueilla onkin yleisesti vähem män magnesiumia ja kalsiumia kuin emäksisten kivilajien alueilla. Jos nämä kivilajit kuitenkin sisältävät runsaasti kiilteitä, ne luovuttavat maaperään kaliumia, alumiinia, rautaa ja usein myös magnesiumia. Happamista kivilajeista syn tynyt moreeni sisältää tavallisesti niukasti hie noa ainesta. Happamista kivilajimuodostumista Pohjois-Suomessa suurimmat ovat Keski-Lapin graniittialue, Väinospään graniitti Itä-Inarissa sekä Itä- ja Etelä-Lapin graniittigneissit. Piihappoköyhät eli emäksiset kivilajimuo dostumat, joista tavallisimpia ovat emäksiset tulivuoriperäiset kivet, emäksiset juonikivet ja emäksiset syväkivet, sisältävät runsaasti emäs alkuaineita, varsinkin magnesiumia sekä koh tuullisesti kalsiumia ja fosforia. Usein ne sisäl tävät myös huomattavia määriä raskasmetalleja, kuten kromia, nikkeliä, kobolttia ja kuparia. Emäksisten kivien vaikutus korostuu kivennäis maassa, koska niiden mineraalit ovat yleensä helppoliukoisia. Alkuaineiden liukenemista edis tää osaltaan emäksisten kivilajien taipumus ra pautua hienorakeiseksi kivennäismaaksi. Poh jois-Suomen huomattavimmat emäksiset kivila jimuodostumat ovat Keski-Lapin vihreäkivimuo dostuma sekä Kuusamon ja Kemin kolmion lius kealueet. Granuliittisten kivien kemiallinen koostumus vaihtelee. Yleensä ne kuitenkin sisältävät mel koisia määriä kiilteitä, joista liukenee helposti mm. alumiinia maaperään. Granuliittisia kivila jeja esiintyy yhtenäisenä leveänä kaarivyöhyk- Ravinteita sitoutuu ja vapautuu Metsikkösadannan laatu riippuu monista lat vusten prosesseista. Esimerkiksi ammoniumia ja nitraattia sitoutuu sadevedestä neulasiin ja lehtiin. Myös puiden oksilla ja rungoilla kasva vat eli epifyyttiset jäkälät ja latvuksissa kasva vat mikrobit käyttävät ammoniumia ja nitraattia hyväkseen. Havupuiden tiheät latvukset suodat tavat ilmasta kuivalaskeumaa (hiukkasia ja kaa 81 Kuva 71. Lapin ja Kuolan kallioperän yleispiirteet sekä malmien tärkeimmät alkuaineet. As = arseeni, Ca = kalsium, Cu = kupari, Fe = rauta, Mg = magnesium, Ni = nikkeli, P = fosfori, S = rikki, Ti = titaani, V = vanadiini. keenä Pohjois-Lapissa Inarissa, Sodankylässä ja Utsjoella. Muodostuma jatkuu Venäjän puolelle. Dolomiittimuodostumien mineraaleista irtoaa maaperään kalsiumia ja magnesiumia ja kalkki kivistä kalsiumia. Näitä kivilajeja on Pohjois suomessa varsinkin Kemin kolmion, Kuusamon ja Kolarin alueilla. Alkalikivet, joihin Kuolan Hii pinän ja Kovdorin sekä myös Savukosken Soklin muodostumat kuuluvat, sisältävät paljon nat riumia, kaliumia, kalsiumia, magnesiumia ja fosforia. Kaikilla näillä kivilajeilla on kasvien ravinnetaloudelle huomattava merkitys, koska niiden mineraalit ovat helppoliukoisia ja niistä muodostunut maaperä sisältää runsaasti hieno rakeista ainesta. suja, kuten S02 ), joka kemiallisesti muuntunee- na huuhtoutuu metsikkösadantana metsämaa- han. Emäskationeja, mm. Ca 2+ , Mg 2+ ja K + , voi huuhtoutua vaurioituneesta tai kuolleesta bio- massasta joko passiivisesti sadeveden mukana tai aktiivisesti happaman laskeuman aiheutta massa kationinvaihtoprosessissa. Metsikkösa danta sisältää myös runsaasti heikosti hapanta orgaanista ainetta, jota liukenee kuolleista ok sista, neulasista ja kaarnasta. Orgaaniseen 82 aineeseen on sitoutunut mm. vetyioneja, rikkiä, typpeä ja emäskationeja. Neulas- ja lehtibiomassan suuruus, latvuspeittävyys, vaikuttaa merkittävästi metsikkösa dannan huuhtoutumisprosesseihin. Lapin metsien puuston tiheys ja neulasbiomassa ovat paljon pienempiä kuin Etelä-Suomessa. Happamuus lisääntyy, vetyionikuorma ja rikkimäärä kasvavat Vertasimme metsikkösadannan happamuutta aukealla mitattuun laskeumaan eri osissa Lappia kesäkuun 1990 ja toukokuun 1993 välisenä aikana. Aukealla laskeu man keskimääräinen happamuus oli lähellä pH-arvoa 5 tai hieman korkeampi, mikä vastaa melko hyvin muissa tutkimuksissa määritettyjä tausta-alueiden arvoja (kuva 72). Korkeimmat pH-arvot olivat pohjoisimmassa osassa Lappia Kevon, Angelin ja Sevettijärven koealoilla. Kaikil la intensiivikoealoilla metsikkösadannan pH oli alempi kuin aukealla mitattu arvo. Suurin sadannan happa muuden kasvu veden kulkiessa latvuskerroksen läpi oli Kevolla, Sevettijärvellä ja Angelissa. Metsikkösadannan happamuudessa emme kuitenkaan havainneet tilastol lisesti merkitseviä eroja eri koealojen välillä. Sadannan pH-arvot kuvaavat vetyionipitoisuutta, mutta niiden pe rusteella ei voida päätellä metsämaahan kohdistuvan vetyionikuormituksen suuruutta. Vetyionikuormitus oli metsikössä selvästi suurempi kuin aukealla (kuva 73). Pienimmät metsikkösadannan vetyionikuormat olivat Keski-Lapin koealoilla. Muilla koealoilla vetyionikuorma vaihteli välillä 15-20 mg/m 2 vuodessa. Pitkäaikaisten mittausten perusteella laskettu vetyionikuorma on Etelä-Suomessa selvästi yli 20 mg/ m 2 vuodessa aukealla, ja vastaava arvo metsikössä on monta kertaa suurempi. Rikkimäärän kasvu sadannan kulkiessa latvusker roksen läpi oli suhteessa pienempi kuin vetyionimäärän kasvu muilla koealoilla paitsi Sevettijärvellä ja lähellä Kolaria (kuva 74). Metsikkösadannan rikkimäärän lisäys oli Sevettijärveä lukuun ottamatta kaikilla koealoilla alle 200 mg/m2 vuodessa. Nikelin SO2-päästöt nostavat vetyioni- ja rikkikuormaa Sevettijärvellä Vähäisen happaman märkälaskeuman (H 2 S0 4 ) alueilla metsikkösadannan vetyioni-, rikki-ja emäskationimää rillä on selvä yhteys latvuskerroksesta huuhtoutuvaan orgaanisen aineen määrään. Näiden aineiden välinen voimakas riippuvuus liittyy luontaiseen ravinnekiertoon kasvillisuuden ja maaperän välillä. Kuva 72. Sadannan keskimääräinen pH aukealla ja metsikössä intensiivikoealoil la Suomen Lapissa kesäkuun 1990 ja toukokuun 1993 välisenä aikana. Koealo jen etäisyys on mitattu Montsegorskista (Ainijärvi, Sätsi, Raja-Jooseppi, Lokka, Kemijärvi, Aska, Rajala, Tennilä, Särki selkä ja Kemi) ja Nikelistä (Sevettijärvi, Kessi, Raja-Jooseppi, Kevo ja Angeli). Metsikkösadannan orgaanisen aineen määrä korreloi voimakkaasti vetyioni-, rikki-, kalsium-, magnesium-ja kalium määrien kanssa kaikilla muilla paitsi Sevettijärven koealalla. Kolarin läheltä mitatut korkeat rikki- ja vetyionimäärät liittyvät koealan puuston suureen tila vuuteen ja neulasbiomassaan. Rikin suuri määrä Kemissä heijastaa etelä pohjoissuuntaista gradienttia Suomessa, mikä johtuu Etelä-Suomen ja Keski-Eu roopan päästöistä. Sevettijärvellä havait tu heikko korrelaatio orgaanisen aineen ja rikkimäärän sekä orgaanisen aineen ja vetyionimäärän välillä viittaa siihen, että osa H + - ja rikkikuorman kasvusta metsikössä voi johtua Nikelin S02-pääs töistä ja merisulfaatin kulkeutumisesta aerosoleina Barentsinmereltä sisämaa- 83 Kuva 73. Vuotuinen vetyionilaskeuma aukealla ja metsikössä intensiivikoealoilla Suomen Lapissa kesäkuun 1990 ja toukokuun 1993 välisenä aikana. Kuva 74. Vuotuinen kokonaisrikkilaskeuma au kealla ja metsikössä intensiivikoealoilla Suomen Lapissa kesäkuun 1990 ja toukokuun 1993 väli senä aikana. han. Sevettijärven koeala sijaitsee alueella, jolla havaitut S02-pitoisuudet ennustavat suurim man rikkidioksidin kuivalaskeuman. Merkkejä Montsegorskin päästöjen aiheuttamista kohon neista vetyioni- tai rikkilaskeumista ei havaita Suomen itärajalla. Laskeuman vaikutus maaperän happamuuteen Kuolan päästöjen vaikutukset maaperän happa muuteen voidaan määrittää usean eri tunnuk sen avulla. Näitä ovat etenkin maan pH, vaih tuvien vetyionien ja vaihtuvan alumiinin määrä sekä emäskyllästysaste. Maan pH kuvaa maaveden vetyionikonsen traatiota, joka on tärkeä, kun tarkastellaan juurten ja mikro-organismien elinoloja. Kuiten kin vain pieni osa vetyioneista on vapaana maa vedessä, koska maaperän vaihtopaikat sitovat vetyioneja tehokkaasti. Vaihtuvan alumiinin määrä on tärkeä tunnus, koska se kuvaa maa veteen liukenevan vapaan Al3+ : n varastoa. Emäskyllästysaste kuvaa vaihtopaikoille sitou tuneiden emäskationien, Ca2+ , Mg 2+ , K + ja Na+ , osuutta kaikista kationeista.3 Kationinvaihto on tärkein puskuriprosessi humuskerroksessa. Mitä suurempi emäskyllästysaste on, sitä pa remmin maaperä pystyy vastustamaan happa man laskeuman vaikutuksia. Kasvillisuus ja ihmisen aikaansaama kuor mitus eivät vaikuta kovinkaan suuresti pohja maahan eli C-horisonttiin. Pohjamaan pH riip puu lähinnä kivennäismaan mineraalien kemi allisista ominaisuuksista. A () -horisontin eli humuskerroksen pH riippuu kivennäismaan ominaisuuksien lisäksi kasvillisuudesta, ilmas tosta ja laskeuman laadusta. Happamoitumistutkimuksen tuloksia esi tämme maaperän osalta koealalinjoilta 1. 2, 4 ja 5. Vajovesitulokset ovat projektin intensiivi koealoilta. Podsolimaannoksen kehitys Havumetsävyöhykkeen metsämaahan kehitty nyt humuskerros on luontaisesti melko hapan. Havupuiden ja pintakasvillisuuden tuottamassa karikkeessa, joka sisältää esimerkiksi neulasia ja kaarnaa, on paljon maaperän mikrobeille vai keasti hajotettavia yhdisteitä. Hapanta humus ainesta kasaan tuukin maanpinnalle jatkuvasti havumetsien varjoisissa, viileissä ja kosteissa oloissa. Humuskerroksen orgaaniset hapot liukenevat vähitellen ja kulkeutuvat sadeveden mukana ki vennäismaahan, missä ne rapauttavat mineraale ja. Eloperäistä ainesta on kivennäismaan pinta osassa huomattavan paljon. Useimmiten sitä on 0-40 cm:n paksuisessa pintakerroksessa enem män kuin humuskerroksessa. Kivennäismaan eloperäinen aines on tärkeä veden ja ravinteiden sitoja etenkin kuivilla kankailla, joiden pintaker ros koostuu karkearakeisista maalajeista. Rapautumisessa kivennäismaasta vapautuu mm. rautaa, alumiinia, mangaania ja piitä sekä ravinteita, kuten kalsiumia, magnesiumia, kaliu mia, sinkkiä ja kuparia. Kivennäismaan pinta osasta vapautuneet emäskationit, kuten kalsium ja magnesium, sitoutuvat elävään kasvillisuu teen, kasaantuvat humuskerrokseen tai huuh toutuvat syvemmälle kivennäismaahan (kuva 76). Suuri osa kivennäismaan rapautumisessa vapautuneesta alumiinista, raudasta ja piistä kulkee vajoveden mukana maassa alaspäin, missä happamuus vähenee ja liuenneet aineet saostuvat. Näin muodostuu Suomessa tyypilli nen podsolimaannos (kuva 69). Se koostuu kuol leesta eloperäisestä aineksesta (A0-horisontti), vaaleahkosta huuhtoutumiskerroksesta (A-hori sontti), tummasta rikastumiskerroksesta (B-ho risontti) ja pohjamaasta (C-horisontti). Rikastu miskerroksen ja pohjamaan välissä on vaihet tumiskerros (BC-horisontti). Huuhtoutumisker roksesta uuttuneita aineita sekä eloperäistä ai nesta saostuu runsaasti rikastumiskerrokseen. Erityisesti saostunutta alumiinia on podsoli maannoksessa paljon. Saostuneet alumiinihyd roksidit ovat tärkeitä maa- ja vajoveden happa- Kuva 75a-d. Humuskerroksen (A0) ja pohjamaan (C) pH koealalinjoilla 1 (a), 2 (b), 4 (c) ja 5 (d) vuonna 1990. 85 muutta puskuroivia yhdisteitä. Rikastumiskerroksen yläosasta liuennut alumiini saostuu normaalioloissa uudelleen syvemmälle vaihettumiskerrokseen. Kuva 76. Kalsiumin ja magnesiumin rapautuminen kiven näismaassa. Humuksessa muutoksia Inarin Lapin itäosissa Koealalinjojen pohjamaan pH:ssa oli luontaista vaihtelua: pH kohosi Nikelistä länteen päin Pohjois-Lapissa, Keski-La pissa oli matalampien pH-arvojen alue, ja Etelä-Lapissa pH aleni Montsegorskis ta Kemiin (kuva 75a-d). Nämä trendit johtuvat pohjamaan emäsalkuainemää rien eroista. Linjan 1 Montsegorsk-Kemi puolivälissä oli humuskerroksessa mata lien pH-arvojen alue, samoin kuin Kola rin lähellä linjalla 2 Montsegorsk-Särki selkä sekä Pohjois-Lapissa linjan 4 puo livälissä Nikelistä Angeliin (kuva 75a-c). Ainoa selvä laskeva trendi oli Nikelistä länteen linjalla 5 (kuva 75d). Jonkin ver ran kohonneita humuskerroksen pH-ar voja esiintyi lähellä Nikelin ja Montse gorskin sulattoja. Vetyionien kasaantuminen humus kerroksessa oli hyvin samanlaista Etelä ja Keski-Lapissa, Montsegorskin ympä ristössä vetyionien määrä oli sitä vastoin selvästi alhaisempi (kuva 77a ja b). Kah della Norjan koealalla ja Nikelissä tilan ne oli toinen. Kokonaisvetyionimäärät Kuva 77a-d. Humuskerroksen vetyionien määrä (titrattavat protonit) koealalinjoilla 1 (a), 2 (b), 4 (c) ja 5 (d) vuonna 1990. Maannoksen hydrologiaa Maannoksessa alaspäin suotautuvan vajoveden määrää säätelevät mm. sadannan määrä, latvus kerros. pintavalunta, kasvillisuuden vedenotto sekä haihdunta maasta. Vajoveden liike maape rässä riippuu pääasiassa topografiasta, humus kerroksen vedenläpäisevyydestä, kivennäismaan raekoostumuksesta ja eloperäisen aineksen määrästä. Vaj ovesi liikkuu maassa helposti La pin kuivilla kankailla, joilla kivennäismaan pinta on hietaista tai hiekkaista veden lajittamaa tai huuhtomaa ainesta ja eloperäisen aineksen määrä suhteellisen alhainen. Intensiivikoealojen lumettoman ajan vesitase havainnot osoittivat puuston pidättävän vapaas ta sadannasta noin 20 %. Metsikössä maanpin- Kuva 78. Latvuston ja maaperän läpi kulkeutunut vesimäärä intensiivikoealoilla Suomen Lapissa kesäkuun ja lokakuun välisenä aikana vuonna 1992. Kuva 79a-d. Humuskerroksen vaihtuvan alumiinin määrä koealalinjoilla 1 (a), 2 (b), 4 (c) ja 5 (d) vuon na 1990. 87 taan tulevasta vesimäärästä pidättyi noin 80 %, kun vesi vajosi 5 cm:n syvyy teen. Tähän vaikuttaa pääasiassa kesä ajan voimakas haihdunta sekä kasvien runsas veden käyttö. Vajoveden määrät 20 ja 40 cm:n syvyydessä olivat kaikilla koealoilla hyvin pieniä, joten ravinteiden huuhtoutumisvaara j uuristokerroksesta syvemmälle maahan kasvukauden aika na on pieni (kuva 78). Keväällä lumen sulaessa vajovettä muodostuu enemmän kuin kesällä. Pin tavalunnan osuus maassa liikkuvasta vedestä on kuitenkin tällöin suurimmil laan, koska maa on roudassa eikä läpäi se vettä. Tämä suojaa maaperän ravin teita huuhtoutumiselta. Lumipeitteeseen kertynyt talviajan happokuorma ei kuor mita maaperää kokonaisuudessaan lu men sulaessa, koska suuri osa siitä poistuu pintavalunnan mukana. linjoilla 4 ja 5 pienenivät selvästi Nikelistä lounaaseen ja länteen (kuva 77c ja d). Humuksen vaihtuvan alumiinin määrät olivat suuria sekä Montsegorskin että Nikelin lähellä (kuva 79a-d). Montsegorskista lounaaseen ja länteen trendi oli kuiten kin voimakkaasti laskeva (kuva 79a ja b). Pohjois-Lapis sa ei havaittu selviä trendejä (kuva 79c ja d). Humuskerroksen emäskyllästysaste oli pieni 8 km:n etäisyydelle Montsegorskista ja 50 km:n etäisyydelle Ni kelistä (kuva 80a-d). Muutoin ei emäskyllästysasteen vaihtelulla ollut selvää trendiä Venäjän puolella eikä Etelä- tai Keski-Lapissa (kuva 80a ja b). Pohjois-Lapis sa emäskyllästysaste kuitenkin kohosi Nikelistä lounaa seen ja länteen (kuva 80c ja d). Tulokset osoittavat, että humuskerroksen happa muus ei kasvanut poikkeuksellisen suureksi Etelä- tai Keski-Lapissa eikä suuressa osassa Pohjois-Lappiakaan. Kuitenkin humuskerroksen kasvaneet kokonaisvetyioni määrät ja vaihtuvan alumiinin määrät sekä pienentynyt emäskyllästysaste lähes 100 km:n etäisyydelle Nikelin sulatosta viittaa siihen, että hapan laskeuma on saat tanut muuttaa maaperän ominaisuuksia. Etäämpänä Nikelistä tilanne on toinen. Suhteellisen pienet vaihtuvi en vetyionien määrät, vain vähän alentunut emäskylläs tysaste sekä suuret vaihtuvan alumiinin määrät Montse gorskissa eivät ilmennä lisääntynyttä happamoitumista. Humuskerroksen pH sulaton lähellä ei myöskään poik kea tavallisesta tasosta Pohjois-Fennoskandiassa. Kuva 80a-d. Humuskerroksen emäskyllästysaste koealalinjoilla 1 (a), 2 (b), 4 (c) ja 5 (d) vuonna 1990. 88 Maaperän ja vajoveden vuorovaikutus Keskeinen ilmiö podsolimaannoksessa maape rän ja maassa alaspäin suotautuvan vajoveden välillä on eloperäisen aineksen liukeneminen humuskerroksesta vajoveteen. Eloperäinen aines vaikuttaa vajoveden kemiallisiin ominai- Kuva 81. Vajoveden liukoisen orgaanisen aineen ja kokonaisalumiinipitoisuuden välinen riippu vuus 20 cm:n syvyydessä maanpinnasta inten siivikoealoilla Suomen Lapissa vuonna 1992. suuksiinja siten kivennäismaan pintaosan juu ristokerrokseen. Vajoveteen liuenneet eloperäiset yhdisteet ovat heikkoja happoja, joita syntyy ka rikkeen hajotessa viileässä ja kosteassa ilmas tossa. Vajoveden matalat pH-arvot liittyvät selvästi korkeisiin liuenneen eloperäisen aineksen pitoi suuksiin 5 cm:n syvyydessä maanpinnasta. 4 Siten liuennut eloperäinen aines säätelee heik kona happona vajoveden happamuutta. Liuen nut eloperäinen aines esiintyy myös anionina täyttäen vajoveden anionivajeen. Se vaikuttaa siten vajoveden sähköiseen varaustasapainoon. Vajoveden korkeat alumiinipitoisuudet esiin tyvät yhdessä runsaan liuenneen eloperäisen aineksen kanssa 20 cm:n syvyyteen saakka maanpinnasta. Se osoittaa alumiinin liikkuvan vajovedessä juuristokerroksessa pääosin elope räiseen ainekseen sitoutuneena (kuva 81). Elo peräiset yhdisteet sitovat tehokkaasti vajoveden alumiinia ja raskasmetalleja muodostaen näiden kanssa orgaanisia kompleksiyhdisteitä. Orgaani set kompleksiyhdisteet ovat hyvin kestäviä hap pamoitumista vastaan, ja ne ovat myrkyttömiä kasvien juurten ja mykorritsojen kannalta. Elo peräisen aineksen kyky muodostaa kompleksi yhdisteitä rajoittaa siten kasveille myrkyllisten alumiini- ja raskasmetallimuotojen esiintymistä vajovedessä. Vajovesi happaminta Sevettijärvellä Maaperän happamamuutta tutkittiin myös maa perässä suotautuvasta vajovedestä. Menetelmä on käyttökelpoinen happamoitumistutkimuksis sa, koska näytteenotto voidaan uusia jatkuvasti tarkalleen samasta paikasta puiden juurten elin ympäristöstä. Tutkimusta varten maahan asen nettiin 5, 20 ja 40 cm:n syvyyteen vajovesilysi metrejä, joihin valunut vesi kerättiin määrävä lein tutkittavaksi (kuva 83). Vajoveden koostu mus antaa kuvan sekä maaperän luontaisista prosesseista että ihmisen toiminnan aiheuttamista muutoksista. Vajoveden pH ja alumiinipitoisuus ovat kes keisiä happamoitumistunnuksia. pH kuvaa vajo veden happamuusastetta eli vetyionipitoisuutta, josta vajoveden alumiinipitoisuus on puolestaan riippuvainen. Happamoitumisteorian mukaan Kuva 83. Vajoveden keruuseen käytetyt lysimetrit 5, 20 ja 40 cm:n syvyydessä Naruskanjäkälä koealalla Sallassa. 89 Rikastumiskerroksen alapuolella liuennut eloperäinen aines ei juuri vaikuta vajoveden laa tuun, sillä suuri osa eloperäisestä aineksesta saostuu rikastumiskerrokseen (kuva 82). Elope räisen aineksen liukeneminen ja saostuminen ovat keskeisiä ilmiöitä podsolimaannoksen ke hittymisessä ja siihen liittyvässä kemiallisessa kierrossa. Kuva 82. Vajoveden kokonaisalumiinipitoisuus ja liuenneen orgaanisen aineen pitoisuus huuhtou tumis- (A) ja rikastumiskerroksessa (B) sekä poh jamaassa (C) intensiivikoealoilla Suomen Lapissa vuosina 1989-91. Kuva 84. Vapaan sadannan, metsikkösadannan ja vajoveden (syvyydet 5. 20 ja 40 cm maanpin nasta) pH-mediaanit intensiivikoealoilla Suomen Lapissa sulan maan aikana 1990-93. pH:n laskiessa eli happamuuden lisääntyessä kasveille myrkyllisen vapaan Al 3+ : n määrä li sääntyy maaperässä liikkuvassa vedessä. Keräsimme vesinäytteet nelivuotisen jakson 1990-93 kuluessa jokaisen vuoden touko- ja lokakuun välisenä aikana. Kaikilla 13 koealalla sadeveden happamuus lisääntyi veden kulkiessa latvuskerroksen läpi (kuva 84). Yhdeksällä koe alalla veden happamuus kuitenkin väheni jo aivan maaperän pintaosassa veden vajotessa maassa 5 em:n syvyyteen. Tämä johtuu humus ja huuhtoutumiskerrosten keskeisestä puskuri prosessista, kationinvaihdosta. Kemijärven, Kes sin, Kevon ja Sevettijärven koealojen vajoveden happamuus sen sijaan lisääntyi maan pinnasta 5 cm:n syvyyteen. Näistä koealoista kolme vii meksi mainittua sijaitsevat Lapin pohjoisosassa. Eniten vajoveden happamuus 5 cm:n syvyydessä lisääntyi metsikkösadantaan nähden Sevettijär- Veliä, missä myös vajoveden pH-mediaani oli koko aineiston matalin, pH 4,35. Kaikilla koealoilla vajoveden happamuus oli 20 ja 40 cm:n syvyydessä pienempi kuin 5 cm:n syvyydessä. Pienintä vajoveden happamuuden väheneminen syvyyden suhteen oli Särkiselän koealalla lähellä Kolaria, missä vajoveden pH mediaani jäi 40 cm:n syvyydessä alle pH 5,0: n. Vajoveden kokonaisalumiinipitoisuuden me diaanit 5 cm:n syvyydessä olivat kaikilla koe aloilla selvästi alle 1 mg/l (kuva 85). Lisäksi va joveden alumiinista suuri osa oli orgaanisesti sitoutunutta eli mykorritsoille ja juurille myr kyttömässä muodossa. Kasveille myrkyllisen vapaan alumiinin, Al 3+ , pitoisuudet eivät näyt täneet olevan merkityksellisen suuria millään koealalla, eikä alumiinin kokonaispitoisuus, Al tot, poikennut luonnollisesta. 90 Kuva 85. Vajoveden kokonaisalumiinipi toisuuden mediaanit 5 cm:n syvyydessä maanpinnasta intensiivikoealoilla Suo men Lapissa 1990-93. Laskeuman vaikutus maaperän rikki- ja raskasmetallipitoisuuteen Maaperään päätyvän rikin määrää tutkimme koealalin jojen 1, 2, 3 ja 5 humuskerroksesta. Intensiivikoealoilta kerätyn vajoveden ja sadannan avulla selvitimme rikin lisäksi myös raskasmetallien esiintymistä maaperässä. Rikillä etelä-pohjoissuuntainen gradientti Lapissa Liukoisen rikin määrä Suomen Lapin ja Kuolan niemi maan maaperän humuskerroksessa osoitti, että rikin laskeuma on suhteellisen vähäistä sulatoista länteen (kuva 86a, e, e ja g). Kuitenkin laskeuman määrä oli suuri alle 10 km:n päähän sulatoista, mikä johtunee rikkiä, kuparia ja nikkeliä sisältävästä hiukkaslaskeu masta. Maaliskuussa 1991 ja 1993 kerätyn lumen rikki pitoisuudet noudattivat samanlaista gradienttia (kuva 86b, d, fja h). Humuskerroksen rikkipitoisuudet välillä 10-180 km Montsegorskin sulatosta olivat jonkin verran alhaisempia kuin Etelä-Lapissa. Humuskerroksen rikkipitoisuus väheni selvästi ete lästä pohjoiseen läpi Suomen Lapin. Rikin keskiarvo oli eteläisimmällä koealalinjalla eloperäistä ainetta kohden laskettuna 150 mg/kg ja pohjoisimmassa osassa Lappia noin 120 mg/kg (kuva 87). Tämä etelä-pohjoissuuntai- Kuva 86a-h. Humuskerroksen liukoisen rikin määrä vuonna 1990 (a, c, e ja g) Ja lumen kokonaisrikkipitoisuus maaliskuussa 1991 ja 1993 (b, d, f ja h) koealalinjoilla 1, 2, 3 ja 5. 91 nen gradientti oli samanlainen rikin märkälaskeuman ja lumipeitteen rikki pitoisuuksien kanssa (kuvat 74 ja 87). 5 Vajovedessä paljon rikkiä, nikkeliä ja kuparia Montsegorskin lähellä Rikin esiintymistä maaperässä tutkittiin myös vajoveden ja sen lähtökohtana ole van sadannan kokonaisrikkipitoisuuksi en avulla. Kokonaisrikkipitoisuus sisäl tää sekä luontaisessa kierrossa olevan rikin että happaman laskeuman mukana maaperään tulevan sulfaattirikin. Kaikilla Suomen Lapin 13 intensiivi - koealalla sadannan kokonaisrikkipitoi suus lisääntyi veden kulkiessa latvus kerroksen läpi (kuva 88). Metsikkösa dannan vajotessa maaperään veden rik kipitoisuus kasvoi edelleen 5 cm:n sy vyyteen asti. Koko aineiston perusteella vajoveden rikkipitoisuudessa ei havaittu selvää nousevaa tai laskevaa suuntaus ta maannoksessa yhä syvemmälle men täessä. 6 Korkeimmat vajoveden koko naisrikkipitoisuuden mediaaniarvot oli vat 4,4 mg/l Sevettijärvellä 5 cm:n sy vyydessä, 4,2 mg/l Tennilässä 5 cm:n syvyydessä, 5,3 mg/l Lokassa 20 cm:n syvyydessä ja 4,4 mg/l Särkiselässä 40 cm: n syvyydessä. Vuonna 1993 saimme Venäjän inten siivikoealoilta kattavan vajovesiaineiston Kuva 87. Humuskerroksen liukoisen rikin määrä vuonna 1990 ja lumen kokonaisrikkipitoisuus maaliskuussa 1991 ja 1993 keskiarvoina koealalinjoilla 1, 2, 3 ja 5. 5 cm:n syvyydestä, minkä perusteella tutkimme rikin, nikkelin ja kuparin esiintymistä vajovedessä suhteessa Montsegorskin päästöihin (kuva 89a-c). Vajoveden rik ki, nikkeli- ja kuparipitoisuudet kasvoivat merkitsevästi Montsegorskia kohti. Montsegorskin rikki- ja raskasme tallipäästöjen vaikutus vajoveteen ulottui ainakin 30 km päähän sulatosta. Lähellä Montsegorskia sijaitsevilla 92 Kuva 88. Vapaan sadannan, metsikkösa dannan ja vajoveden (syvyydet 5, 20 ja 40 cm maanpinnasta) kokonaisrikkipitoi suuden mediaanit intensiivikoealoilla Suomen Lapissa sulan maan aikana 1990-93. koealoilla vajoveden rikki-, nikkeli-ja kuparipitoisuudet vaihtelivat kuitenkin erittäin voimakkaasti. Laskeuman vaikutus maan mikrobistoon Kationien jakauma sekä puskuri- ja neutralointimekanismit maassa Maaperän kationit, esimerkiksi Ca2+, Mg 2+, K + , Cu2+, Zn 2+ , Mn 2+ , Al3+ja Fe 3+, voidaan jakaa kolmeen ryh mään: eloperäiseen ainekseen ja mineraaleihin varas toituneet kationit, humuskerroksen ja kivennäismaan maarakeiden pinnalle sitoutuneet kationit ja vapaana maavedessä olevat kationit. Näiden suhteelliset osuudet säätelevät kasvien ravinteiden saantia sekä metsämai den happamuutta ja happamoitumiskehitystä. Lapin kuivilla kankailla suuri osa humuskerroksen kaliumista on kasveille käyttökelpoisessa muodossa. Kalium on emäskationeista liikkuvin ja siksi myös herk kä huuhtoutumaan syvälle kivennäismaahan. Juurten ja mikro-organismien kaliumin otto on kuitenkin niin tehokasta, että vain pieni osa huuhtoutuneesta kaliu mista poistuu kasvillisuuden ulottumattomiin. Noin kolmasosa humuskerroksen kalsiumista on varastoitunutta. Siksi sitä vapautuu kasvien käyttöön melko hitaasti. Noin puolet siitä on sitoutunut humuk seen ja vain suhteellisen pieni osa on vapaana maave dessä. Vaihtuva kalsium on happamuuden säätelyyn liittyvän puskurireaktion pääkationi. Magnesium on kalsiumia heikommin sitoutunut humuskerrokseen ja huuhtoutuu siitä niin ollen herkemmin kivennäis maahan. Rauta ja alumiini ovat sitoutuneet tiukasti humus kerrokseen tai muodostavat kiinteän osan eloperäistä ainesta ns. orgaanisina kompleksiyhdisteinä. Hapan kuormituskaan ei pysty helposti vapauttamaan rautaa ja alumiinia maaveteen humuksesta. Kivennäismaan maavedessä on myös hyvin vähän vapaata rautaa ja alu miinia. Keskeiset puskurimekanismit pohjoisen havumetsä- Maan mikrobiologiset ominaisuudet in tensiivikoealoilla poikkesivat toisistaan melko paljon. Useimmiten vaihtelua ei kuitenkaan voitu kytkeä etäisyyteen päästölähteistä. Tähän vaikuttaa kasvi peitteen rakenteen ja maan ravinteisuu den vaihtelu. Esimerkiksi sammaleisilla koealoilla maahengitys oli suurempi kuin jäkälävaltaisilla koealoilla. Eri vuo sina mitatut tulokset olivat pääpiirteis sään samanlaisia, joten esitämme tässä vain vuoden 1993 tuloksia. Linjalla 2 koealat muistuttavat kasvillisuudeltaan eniten toisiaan. Venäjän puolella on neljä jäkälävaltaista metsikköä, Pirenga, Upoloksha, Jena ja Kovdor, mutta Imandra on huomattavasti muita sammalvaltaisempi. Lähinnä Montsegorskia sijaitsevasta koealasta on vaikea sanoa, minkälaista kasvillisuutta se on edustanut, mut ta paikka soveltuu linjan lähtöpisteeksi. Suomen puolel la tällä linjalla on neljä intensiivikoealaa, Ainijärvi, Lok ka, Aska ja Särkiselkä, joista Ainijärven koeala on hyvin 93 vyöhykkeen metsämaissa ovat katio ninvaihto ja alumiinipuskuri. 7 Tärkein neutraloitumisprosessi on puolestaan mineraalien rapautuminen. Puskurime kanismit reagoivat happamuuden muu toksiin nopeasti joko sitomalla tai luo vuttamalla vetyioneja. Rapautuminen sen sijaan on yleensä hidas ja peruutta maton prosessi, jossa vetyionit poistuvat maasta pysyvästi. Metsämaan kyky vastustaa hapanta laskeumaa on määritetty lisäämällä maanäytteisiin tunnettu määrä happoa. Hapon lisäyksestä aiheutuva maan hap pamuuden lisääntyminen sekä emäska tionien ja alumiinin vapautuminen ku vaavat metsämaan puskuri- ja neutra lointikykyä. Humuskerros reagoi hapon lisäykseen sitomalla vetyioneja ja va pauttamalla emäskationeja, pääasiassa kalsiumia. Myös huuhtoutumiskerrok sen kationinvaihto on tärkeä prosessi, ja hyvin pienillä pH-arvoilla alumiinia vapautuu eloperäisen aineksen komp leksiyhdisteistä ja alumiiniyhdisteiden rapautuminen, neutraloitumisprosessi, käynnistyy. Rikastumiskerroksen pää asiallinen puskurimekanismi on alumii nihydroksidien liukeneminen. Maannoshorisonttien puskuri- ja neutraloitumisprosessit olivat kaikilla Itä-Lapin metsävaurioprojektin intensii vikoealoilla hyvin samanlaisia. Kiven näismaan alumiinipuskurisysteemi on tärkeä luontainen ilmiö, mutta sen mer kitys ihmisen aiheuttamassa maaperän happamoitumisessa ilmenee vasta sit ten, kun humuskerroksen kationinvaih topuskurin kapasiteetti on ylitetty. sammaleinen muihin verrattuna. Linjal ta 1 Satsin koeala ja linjalta 3 Raja-Joo sepin koeala ovat kasvillisuutensa puo lesta hyvin vertailukelpoisia linjan 2 koealojen kanssa, minkä vuoksi olemme ottaneet ne mukaan tarkasteluun. Tulosten tarkastelussa keskitymme tärkeimpiin mikrobien ekologiaa kuvaa viin muuttujiin, joita ovat biomassa, maahengitys ja aika glukoosin lisäyksestä mikrobipopu laation kasvun alkuun. Näiden perusteella arvioimme mikrobiyhteisöjen ominaisuuksia suhteessa mm. kasvi peitteeseen ja maan ravinteisuuteen sekä mahdollisia Kuolan teollisuusalueiden rikki- ja raskasmetallipäästö jen aiheuttamia muutoksia. Biomassa lisääntyy etäisyyden kasvaessa Linjalla 2 voitiin havaita selvä mikrobien biomassan lisääntyminen Montsegorskista Särkiselkään (kuva 94a). Ainijärvi poikkesi muita viljavampana kasvupaikkana linjan yleisestä suuntauksesta. Sammaleisella Imandran kasvupaikalla 36 km:n päässä Montsegorskista mikro bien biomassa oli jo samalla tasolla kuin pienimmät mikrobibiomassat Suomen puolella. Kuva 89a-c. Vajoveden (syvyys 5 cm maanpinnasta) S (a), Ni- (b) ja Cu-pitoisuus (c) intensiivikoealoilla Kuolassa kesäkuun ja syyskuun 1993 välisenä aikana. 94 Maa-aineiston tulkinta ACIDIC-maamallin avulla Itä-Lapista ei ole käytettävissä vuosi kymmenien kuluessa kerättyä havain toaineistoa maan ravinnetilan muutok sista. Muutosten suunnasta ja määrästä voidaan kuitenkin laatia arvioita laskeu man, vajoveden ja maan kemialliset omi naisuudet yhdistävillä maamalleilla. Tässä työssä käytetyssä ACIDIC-maa mallissa kuvaamme Al3+, H+, Ca2+ , K+ ja NH 4 + -ionien välisen kationinvaihdon ja metsämaan hydrologian sekä puiden haihdutuksen ja rungon kasvuun tarvit tavien ravinteiden oton. Laskelman teko on mahdollista vain, jos tutkittavien alu eiden laskeumasta, maaperästä ja kas villisuudesta on käytettävissä riittävästi tietoa (kuvat 90 ja 92}. Työn alkuvaiheessa asetimme suuren painon mallin toiminnan testaukseen. Testaus tapahtui Pohjois-Sallassa sijait sevalta Ainij arven intensiivikoealalta ke rätyn aineiston avulla. Tavoitteenamme oli tuottaa mallilla laskemalla mahdolli simman tarkasti kolmen vuoden aikana maastosta mitattuja vajoveden ainepitoi suuksia vastaavat tulokset. Laskennassa tarvittavien vaihtokertoimien arvot saa tiin aiemmin kerätystä riippumattomas ta aineistosta, ja ne sovitettiin vastaa- Kuva 90. ACIDIC-maamallissa tarvittavat syöttötiedot ja tiedostot. Kuva 91a, b. Ainijärven intensiivikoealalle ACIDIC-maamallilla lasketut vaihtuvien kationien määrät humuskerroksessa (A0(a) sekä huuhtoutumis- (A) ja rikastumiskerroksessa (B1, B2) ja pohjamaassa (C1, C2) (b) viidenkymmenen vuoden laskentajakson lopussa. Vertailuarvoina ovat Itä-Lapin metsävau rioprojektin aikana mitatut todelliset vaihtuvien kationien määrät laskentajakson alussa. 95 Kuva 92. ACIDIC-maamallissa kuvatut vajoveden kemi aan vaikuttavat prosessit. maan koealueelta kerätyn vajoveden ominaisuuksia. Sadeveden, vajoveden ja maan laatua kuvaavat tunnus luvut saatiin Itä-Lapin metsävaurioprojektin aineistosta ja sadepäivien jaksotus Ilmatieteen laitoksen Värriön mittausasemalta. Haihdunnan osuus kokonaissadan nasta oli 40 %. Puuston kasvuksi arvioitiin 2,3 m3/ha vuodessa. Kuva 93. ACIDIC-maamallin mukaan Ainijärven intensii vikoealalle laskeuman mukana 50 vuoden aikana tulevan ravinnemäärän ja alueelta huuhtoutuvan ravinnemäärän välinen erotus. Negatiiviset arvot tarkoittavat, että kyseis tä ainetta on huuhtoutunut enemmän kuin laskeuman mukana on tullut maahan. Ravinteiden otto kuvaa 50 vuoden laskentajaksolla runkopuun kasvuun (115 m3/ ha/v) sitoutunutta ravinnemäärää. Mallin sovitustyön jälkeen laskimme vuosina 1990-92 mitattujen laskeuma arvojen avulla arvion maan ominaisuuk sien muutoksista seuraavien 50 vuoden aikana. Oletuksena oli, että laskeuma pysyy koko 50 vuoden ajan mitattujen havaintovuosien kaltaisena. Laskennallisesti arvioituna ravinne kationien määrät vaihtopaikoilla vähene vät jonkin verran 50 vuoden kuluessa. Väheneminen on runsainta humusker roksessa, mutta suhteelliset muutokset ovat suurimpia huuhtoutumiskerrokses sa ja rikastumiskerroksen yläosassa (kuva 91a ja b). Eniten muuttuu maan vaihtuvan kalsiumin määrä. Kalsiumia ja magnesiumia huuhtoutuu maasta enemmän kuin sitä sadeveden mukana tulee, typpeä ja kaliumia sen sijaan pi dättyy maaperään ja puustoon. Puus toon sitoutuvan ja maasta huuhtoutu van kalsiumin ja magnesiumin määrät ovat suunnilleen yhtä suuret. Siten noin puolet siitä kalsiumista ja magnesiumis ta, joka on vähentynyt vaihtopaikoilta, on edelleen mukana ekosysteemin ravin nekierrossa, tosin puustoon sitoutunee na (kuva 93). Anioneja maahan pidättyy ravinteiden oton lisäksi siksi, että vajo veden kokonaisionipitoisuus kasvaa las kennan aikana jonkin verran. Työssä käytetty malli on monimutkai nen ja siksi herkkä lähtötietojen puut teellisuuksille. Laskelmien laadinnassa ongelmallisimmiksi Ainijärven tapauk sessa osoittautuivat maan hydrologiaa kuvaavat tunnukset sekä metsikkö- ja lehvästösadannan arvojen suuri ero. Sen takia maahan suotautuvan ainemäärän määrittäminen oli vaikeaa. Samoin lu men sulamisveden mukana tulevan las keuman vaikutusta oli hankala arvioida, koska veden kulkeutumisesta alueen ulkopuolelle maan ollessa vielä jäässä ei ollut käytettävissä tietoja. Mallilaskel missa ei ole myöskään huomioitu rapau tumisen aiheuttamaa lisäystä maan vaihtuvien kationien määrässä, minkä takia muutokset maan ominaisuuksissa eivät todellisuudessa tule olemaan yhtä suuria kuin nyt esitetyt arviot. 96 Maahengitys vähäisintä Montsegorskissa ja Itä-Lapissa Maahengityksessä ei voitu havaita biomassan tapaan kasvavaa suuntausta koealalinjalla 2 Montsegorskista poispäin (kuva 94b). Jena 80 km:n ja Kovdor 110 km:n päässä Montsegorskista olivat selvimpiä poikkeuksia. Näillä koealoilla humuksen maahengitys oli huomatta vasti muita vilkkaampaa. Samansuuruinen maahengitys voitiin mitata vain sammalvaltaisilta, ravinteisiltä ja ete läisiltä koealoilta. Suomen puolella sammalvaltainen Ai nijärven koeala ei poikennut maahengitykseltään muista koealoista. Jena ja Kovdor ovat sukkession päätepistees sä olevia männiköitä ja esimerkiksi 48 km:n ja 63 km:n päässä Montsegorskista olevat Pirenga ja Upoloksha vie- Kuva 94a-c. Mikrobien biomassa (a) ja maahengitys (b) sekä aika glukoosilisäyksestä mikrobien kasvun alka miseen (c) linjan 2 intensiivikoealoilla metsämaan humus kerroksessa syyskuussa 1993. lä verraten nuoria, mikä saattaa olla yk si erojen syy. Ainoastaan Montsegorskin lähiympäristössä maahengitys oli selväs ti pienempi kuin kaikilla muilla koealoil la. Saastepäästöjen vaikutus mikrobien perushengitykseen ulottunee näin ollen noin 50 km:n etäisyydelle kaupungista. Selityksenä Venäjän puolen suuriin maahengityksen arvoihin Montsegorskin lähialueen ulkopuolella voidaan pitää hyvin kehittynyttä jäkäläpeitettä varttu neissa metsissä (ks. lukua Jäkälät rea goivat herkimmin, s. 115-117). Koska Suomen puolella maahengitys on laske nut porojen liikalaidunnuksen vuoksi ja kasvipeitteen maata suojaava vaikutus on hävinnyt, pienikin raskasmetallikuor mitus saattaa heikentää mikrobitoimin taa. Laskeumatietojen nojalla tämä ei to sin ole todennäköistä. Mikrobitoimintaa ovat voineet heikentää myös kasvipeit teen niukkuuden vuoksi äärevöityneet maan kosteus- ja lämpöolot. Mikrobien lisääntyminen heikentynyt Montsegorskissa Mikrobipopulaation lisääntyminen, kun sille on annettu tarvittavaa hiiltä ja ra vinteita (glukoosi, N ja P), alkaa metsä maassa tavallisesti 10-20 tunnin kulut tua. Tämä aika oli kuitenkin lähellä Montsegorskia jopa 40-50 tuntia (kuva 94c). Se oli selvä merkki haitallisesta raskasmetallilaskeumasta, mikä on ha vaittu muissakin vastaavissa tutkimuk sissa. Pieni vaihtelu muualla osoitti kui tenkin, että Montsegorskin haitallinen vaikutus maamikrobeihin loppuu noin 40 km:n etäisyydellä sulatosta. Laskeuman vaikutus männyn juuristoon Keräsimme männyn juuristoselvityksiä varten intensiivikoealoilta vuosina 1990- 92 maanäytteitä, joista erotimme alle 2 mm:n vahvuiset juuret. Punnitsimme 97 Maan mikrobiologiaa Kasvien yhteyttämällä sitoma hiili joutuu maa han karikkeena, juurieritteinä ja huuhtoutumal la sadeveden mukana kasvien pinnoilta. Tämä hiili on mikrobien käytettävissä, ja se säätelee kivennäisravinteiden ja veden ohella maan mik robiyhteisöjen rakennetta ja toimintaa. Maan mikrobeja ovat lähinnä bakteerit ja etenkin pohjoisessa havumetsävyöhykkeessä lukuisat sienilajit. Molemmat osallistuvat karik keen hajotukseen, mutta kasvien kanssa yhteis elämää elävien sienten osuus mikrobien koko naismäärästä on huomattavan suuri. Maan pieneläimillä, kuten sukkulamadoilla ja ratas eläimillä, on hajotustoiminnassa myös tärkeä osuus. Karuilla mäntykankailla mikrobien käytet tävissä oleva hiili koostuu lähinnä männyn ja varpujen eri osista sekä jäkälistä ja sammalista. Suurin hiilivaranto muodostuu kasvien juurista. Karuilla mäntykankailla hitaasti hajoava karike ehkäisee monien mikrobien kasvua. Siten karik keen ravinteet vapautuvat vain hitaasti kasvien uudelleen käytettäviksi, mikä vaikuttaa puoles taan kasvillisuuden kehittymiseen. Mikrobit säätelevät myös toisiaan. Kyse on monitahoisesta vuorovaikutuksesta, jossa elolli nen ja kuollut yhdessä määräävät toisiaan sää dellen koko yhteisön rakenteen. Koska mikrobi yhteisön monimuotoisesta verkosta on vaikea erottaa eläviä osia eli lajeja toisistaan, joudutaan tutkimaan koko yhteisöä. Näin ilmansaasteiden vaikutuksia voidaan tutkia vain yhteisötasolla, koska yksilötason kenties herkempiä muutoksia ei havaita käytettävissä olevilla menetelmillä. Hajottaessaan orgaanisia yhdisteitä mikrobit vapauttavat niihin sitotutuneen hiilen ilmaan hiilidioksidina. Hiilidioksidin tuotto heijastaa mikrobitoiminnan vilkkautta ja siten orgaanisen aineen hajotuksen nopeutta. Viljavilla metsä mailla esimerkiksi neulaskarike hajoaa alle kym menessä vuodessa, kun taas karuilla ja kuivilla kankailla hajoaminen voi kestää huomattavasti kauemmin. Tämä näkyy mm. eroina maan hiili dioksidin tuotossa. Maan hiilidioksidin tuotto, maahengitys, reagoi herkästi moniin ympäris tönmuutoksiin. Sitä onkin jo 1800-luvulta läh tien käytetty mikrobien aktiivisuuden mittarina erityyppisillä mailla. Mikrobitoiminnan vilkkautta voidaan kuvata myös laskemalla ns. aineenvaihduntaindeksi eli mikrobien hengitys suhteessa biomassan mää rään. Tämän, samoin kuin maahengityksen, on havaittu reagoivan mm. ilmansaasteisiin. Mikrobit ovat riippuvaisia ympäristöstä saa tavasta hiilestä, mitä on käytetty hyväksi tutkit taessa mikrobipopulaatioiden ominaisuuksia. Glukoosi on yksinkertainen sokeri, jota lähes kaikki mikrobit voivat käyttää ravinnokseen; sen lisäys maahan saa miltei poikkeuksetta aikaan mikrobien lisääntymisen. Kaikki mikrobipopu laatiot eivät kuitenkaan reagoi sokerilisäykseen yhtä nopeasti. Tämän on havaittu riippuvan mm. raskasmetallikuormituksesta. Mitä pahem min kuormitettu maaperä on, sitä hitaammin mikrobien lisääntyminen alkaa sokerilisäyksen jälkeen. juuret, mittasimme niiden pituuden ja laskimme lyhytjuurten kärkien määrän. Tuloksissa on otettu huomioon tutkitun maakerroksen pak suus sekä paikalla kasvaneen puuston määrä. Tässä esitämme linjalta 2 vuoden 1992 tuloksia, sillä kasvupaikkojen välinen ero oli samansuun tainen eri vuosina. Heikoin juuristo Montsegorskin ympäristössä ja Suomen itärajalla Lähinnä Montsegorskia sijaitsevalla koealalla (Montsegorsk 1) männyn juuret olivat versojen lailla kuolleet. Sen sijaan 10 km:n päässä teh taista (Montsegorsk 2) juuret olivat vielä eläviä kituvassa riukuvaiheen männikössä, missä kenttä- ja pohjakerroksen kasvillisuus oli kui tenkin jo pahoin vaurioitunut. Juuri-versosuh de oli suurempi kuin muilla Venäjän puoleisilla koealoilla Pirengaa lukuun ottamatta (kuva 95a). 98 Ero johtunee puuston ikärakenteesta, koska Montsegorsk 2:n ja Pirengan puusto on nuorta. Korkea juuri-versosuhde Montsegorskissa osoit taa, että mänty kasvattaa hienojuuristoaan huo limatta verson vaurioitumisesta ja sen kasvun pysähtymisestä. Olojen mahdollisesti parantues sa mänty saattaa ottaa tehokkaasti ravinteita laajan juuriston avulla. Imandrassa juuri-versosuhde oli alhainen, vaikka emme havainneet kenttä- ja pohjakasvil lisuudessa vaurioita. Imandran kasvillisuus on kaikkiaan huomattavasti rehevämpää kuin muil la Venäjän puolen koealoilla, todennäköisesti läheisen Imandrajärven kosteutta lisäävän pien ilmaston vuoksi. Imandran koeala on kuitenkin päästöjen vaikutusalueella, kuten monet mitta ukset versoista osoittivat. Imandrassa juuri versosuhde saattaa olla pienempi kasvupaikan viljavuuden vuoksi. Samoin viljavilla Kessin ja Kemijärven koealoilla juuri-versosuhde oli suh- teellisen alhainen, vaikkakin korkeampi kuin Imandrassa. Myös maan mikrobien aktiivisuus oli Imandrassa pienempi kuin Kessissä tai Kemi järvellä, mikä saattaa olla Montsegorskin pääs töjen vaikutusta. Samoin juurten haarautumis indeksi osoitti saastevaikutusten loppuvan Imandran seudulle (kuva 95b). Muilla koealoilla ei Montsegorskin päästöillä ollut havaittavia vai kutuksia juuristoon. Suomen puoleisilla koealoilla Satsissa ja Ra ja-Joosepissa juuri-versosuhde ja juurten haa rautumisindeksi olivat yhtä alhaisia kuin Venä jän Imandrassa. Sätsi ja Raja-Jooseppi ovat Ve näjän vastaisella rajalla, mutta yhteyttä Mont segorskin tai Nikelin päästöihin ei ollut osoitet tavissa. Satsin koeala on alueella, jolla kesän 1987 neulaskato ilmeni rajuna ankaran pak kastalven jälkeen. Siten voisi olettaa, että lyhyt juuria on neulaskadon vuoksi yhä normaalia vähemmän. Koska lyhytjuuret uusiutuvat no- Kuva 95a, b. Männyn hienojuurten kuivapaino yhtä maan kuutiosenttimetriä ja puukuutiometriä koh den (a) sekä männyn juurten haarautumisindeksi (lyhytjuurten lukumäärä yhtä pitkäjuuren senttimet riä kohden) (b) linjan 2 intensiivikoealoilla humus- (A0), huuhtoutumis- (A) ja rikastumiskerroksessa (B) syyskuussa 1992. 99 peasti, niiden määrän olisi jo pitänyt palautua normaaliksi. Kuitenkin lyhytjuurten määrä oli Sätsissä mittausten mukaan pienentynyt vuosit tain tutkimuskautena 1990-92. Juuristoa oli vähiten Montsegorskin tehtai den ympäristössä sekä Suomen itärajalla. Pääs töt selittävät lähialuevaikutuksen, mutta eivät Suomen tilannetta, etenkin kun juuristo tunnuk set osoittivat parempaa tilannetta Venäjän puo lella Montsegorskin lähivaikutusalueen ulkopuo lella noin 50-120 km tehtaista länteen. Ainoa merkittävä ero Suomen ja Venäjän puoleisten metsien välillä on poronlaidunnuksen puuttu minen Kuolan niemimaan länsiosista. Jäkälä peitteen vaikutuksesta maan lämpöoloihin ja mikrobiologiseen toimintaan sekä männyn juur ten pakkaskestävyyteen kerrotaan luvussa Jä kälät reagoivat herkimmin, s. 114-117. Keskeiset tulokset Montsegorskin päästöt eivät ole vaikuttaneet herkimpien metsämaiden kemialliseen ja biolo giseen tilaan suurimmassa osassa Lappia. Pää syynä tähän on happamoittavien rikkiyhdistei den ja raskasmetallien suhteellisen alhainen las keuma Suomen puolella. Ilmavirtaukset kuljet tavat maanpinnan topografian ja tuulten suun nan mukaan Montsegorskin päästöjä enimmäk seen sulatosta pohjoiseen ja etelään. Märkälas keuman, lumen ja humuksen rikkipitoisuuksis sa näkyi kuitenkin Suomen Lapissa selvä laske va gradientti etelästä pohjoiseen. Montsegorskin lähellä maaperän kemialliset ja biologiset muutokset olivat huomattavia. Ras kasmetallilaskeuman vaikutuksesta maan pin takerroksen ravinteisuus oli köyhtynyt. Rikki ja raskasmetallipäästöjen vaikutus vajoveteen ulottuu 30-40 km:n päähän tehtaista. Montse gorskin alueen kallioperässä ja kivennäismaas sa on runsaasti emäskationeja sisältäviä mine raaleja, jotka lieventävät maaperän happamoitu mistä. Maaperässä on tapahtunut joitakin muutok sia Inarin Lapin itäosissa lähellä Nikelin teolli suuskeskusta. Muutokset johtuvat todennäköi sesti raskasmetallilaskeumasta, vaikkakin hap pamoituminen voi olla osasyynä. Rikin otto on selvästi lisääntynyt tämän alueen mäntymetsis sä. Maaperän mikrobiologinen aktiivisuus oli heikentynyt ja männynjuuristo vähentynyt 30- 50 km Montsegorskista länteen. Toisin sanoen valtavista päästöistä huolimatta muutokset oli vat havaittavissa vain lähialueilla. Suomen Lapissa maan mikrobiologinen aktii visuus oli alhaisin ja männynjuuristo pienin karuilla jäkäläkankailla, mitä poronlaidunnus edelleen heikensi. Kirjallisuusviitteet 1 Tamminen, P. & Starr, M. 1994. Metsämaiden vilja vuus ja happamuus. Julkaisussa: Mälkönen, E. & Sivula, H. (toim). Suomen metsien kunto. Metsien terveydentilan tutkimusohjelman väliraportti. Met säntutkimuslaitoksen tiedonantoja 527: 85-97. 2 Hyvärinen, A. 1990. Deposition on forest soils - effect of tree canopy on throughfall. Julkaisussa: Kauppi P., Anttila, P. & Kenttämies, K. (toim.). Acidi fication in Finland. Springer-Verlag. Berlin. Heidel berg. s. 199-213. 3 Derome, J. 1991. Atmospheric deposition and the mobility of cations in forest soä. Julkaisussa: Pulk kinen, E. (toim.). Environmental geochemistry in Northern Europe. A symposium in Rovaniemi, Fin land, 17-19 October 1989. Proceedings of the sympo sium. Geological Survey of Finland, Special Paper 9: 29-40. 4 Lindroos, A-J., Derome, J. & Niska, K. 1994. The relationship between dissolved organic matter and percolation water chemistry in Northern Finland. Water, Air, and Soil Pollution, (painossa). 5 Niska, K., Derome, J. & Lindroos, A-J. 1993. Snow pack quality in the northern Fennoscandia during 1991-1993. Julkaisussa: Tuomisto, J. & Ruuskanen, J. (toim.). First Finnish Conference of Environmental Sciences, Kuopio, October 8-9, 1993. "Environmental Research in Finland Today". Proceedings. Kuopio University Publications C. Natural and Environmen tal Sciences 14: 280-281. 6 Petrova, N., Nikonov, V.V". & Derome, J. 1993. The migration of pollutants in percolation water in pine forests in the surroundings of the "Severonickel" smelter complex. Julkaisussa: Kozlov, M.V., Hauki oja, E. & Yarmishko, V.T. (toim.). Aerial pollution in Kola Peninsula. International workshop. April 14-16, 1992, St. Petersburg, Russia. Proceedings. Labora tory of Ecological Zoology, Department of Biology, University of Turku, Finland, s. 169-177. 7 Derome, J. 1989. Acid-induced aluminium mobiliza tion in Finnish mineral soils. Julkaisussa: Kämäri, J., Brakke, D.F., Jenkins, A., Norton, S.A. & Wright, R.F. (toim). Regional acidification models. Springer- Verlag. Berlin. Heidelberg, s. 23-30. Koonnut Jari Oksanen Jäkälät reagoivat herkimmin 102 Epifyyttisen jäkälälajiston kartoitus 103 Jari Oksanen, Tupuna Kovanen, Mikko Kuusinen ja Jarmo Poikolainen Kalvonvuoto epifyyttijäkälien soluissa 108 Sari Tarhanen. Toini Holopainen, Jarmo Poikolainen ja Jari Oksanen Solukalvot reagoivat herkästi ympäristön muutoksiin 109 Sari Tarhanen, Toini Holopainen, Jarmo Poikolainen ja Jari Oksanen Epifyyttijäkälien solujen hienorakenne 109 Sari Tarhanen, Toini Holopainen. Jarmo Poikolainen ja Jari Oksanen Poronjäkälikköjen kuluminen 111 Satelliittikuvat paljastavat jäkälälaidunten kunnon 113 Kari Mikkola Sammalet ja varvut korvanneet poronjäkälän 113 Rauni Ohtonen ja Henry Väre Jäkäläpeite vaikuttaa maan lämpöoloihin 114 Aulis Ritari ja Kari Mikkola Poronjäkälä suojaa maan mikrobeja ja männyn juuristoa 115 Rauni Ohtonen ja Henry Väre Jäkäläpeite ja männyn juurten pakkaskestävyys 117 Marja-Liisa Sutinen Eri saastukkeet aiheuttavat jäkälien rakennevaurioita 113 Sari Tarhanen. Toini Holopainen. Jarmo Poikolainen ja Jari Oksanen Keskeiset tulokset 118 Kuva 96. Epifyyttisiä jäkäliä männyn oksilla ja rungolla ja maqjäkäliä Kovdorin intensiivikoealalla Kuolassa 110 km Montsegorskista länteen. Kuva: Erkki Oksanen 103 Jäkälät reagoivat herkimmin Puiden rungoilla ja oksilla kasvavat eli epifyyt tiset jäkälät käyttävät puuta kasvualustana. Ne eivät loisi puulla tai vahingoita puuta, vaan elävät sadeveden, rungon valuveden ja pölyn mukana tulevien ravinteiden varassa. Epifyyttis ten jäkälien kyky pidättää ravinteita on erittäin hyvä, mikä onkin välttämätöntä, jotta ne pysyi sivät hengissä ja kasvaisivat. Samalla ne pidät tävät tehokkaasti monia itselleen tarpeettomia tai haitallisia aineita. Jäkälä on levän ja sienen yhteiselämän tuote (kuva 97). Jäkälän sekovarsi on itse asiassa pie ni ekosysteemi, jossa perustuottaja, levä, ja en simmäisen asteen kuluttaja, sieni, elävät tiiviis sä vuorovaikutuksessa. Vähemmistöosakkaana on yksisoluinen levä, joka pystyy yhteyttämään auringon valon avulla hiilihydraatteja. Sieni, jo ka elää levän tuotoksen varassa, käyttää hyväk seen hiilihydraatteja. Levän ja sienen yhteiselä mässä tasapaino on hauras, ja epäsuotuisat olot voivat sen murtaa. Tasapaino voi murtua sen takia, että jompikumpi osapuoli kärsii. Herkem pi osakas siis määrää jäkälän kohtalon. Toiselle osapuolelle otolliset olot voivat myös johtaa jäkä län yhteiselämän loppumiseen ja jäkälän tuhoon. Esimerkiksi ravinnetilanteen paraneminen voi voimistaa levän kasvua ja tuhota jäkäläsienen. Kyky pidättää haitallisia aineita sekä levän ja sienen yhteiselämän hauras tasapaino tekevät jäkälät herkiksi ilman epäpuhtauksille. Lajiston köyhtyminen eli tiettyjen herkkien lajien häviä minen, jäljellejääneiden määrän niukkenemi nen sekä saastumista kestävien jäkälien ja levi en esiintyminen auttavat tunnistamaan alueet, joilla ilma on pilaantunut. Jäkäläkartoitus on tämän takia suosituimpia bioindikaattorimene telmiä. Jäkälän sisärakenteessa näkyy vaurioita jo paljon ennen kuin laji häviää kokonaan ilman saastumisen takia. Oireiden perusteella voidaan tehdä päätelmiä vaurioiden syistä. Vaurioiden havaitsemiseen tarvitaan elektronimikroskoop pista tarkastelua tai fysiologisia mittauksia. Jäkälät ovat tehokkaita bioindikaattoreita, mutta lisäksi ne ovat porojen talviravintoa poh joisilla alueilla. Myös epifyyttiset jäkälät kelpaa vat poroille. Jäkälien runsauden tai kunnon muutoksilla voi siis olla suoria seurauksia poro taloudelle. Tässä suhteessa tärkeimpiä ovat tie tysti maajäkälät. Jäkälikköjen kuluminen ilman epäpuhtauksien tai poronlaidunnuksen takia voi myös vaikuttaa maan lämpö- ja kosteusoloihin, mikrobiologiseen toimintaan ja ravinneoloihin sekä juurten pakkaskestävyyteen. Epifyyttisen jäkälälajiston kartoitus Jäkäläkartoitus on perinteinen ilmanlaadun tutkimuksissa käytetty bioindikaattorimenetel mä. Jäkälät ovat herkkiä etenkin rikkiyhdisteille ja happamalle laskeumalle. Hävinneiden lajien tilalle saattaa tulla kestävämpiä lajeja, mutta yleensä ilman pilaantuminen johtaa lajiston köyhtymiseen. Pahimmassa tapauksessa syntyy jäkäläautio, jolta kaikki tai lähes kaikki jäkälät ovat kuolleet. Jäkäläaution ja normaalivyöhyk keen välissä on vyöhyke, jolla jäkäläkasvillisuu dessa on näkyviä muutoksia. Jäkäläkartoitusta käytetään nykyään etu päässä teollisuuslaitosten ympäristössä tai taa jamissa tehtävissä tutkimuksissa. Tällöin vau riovyöhykkeiden erottaminen on yleensä help poa. Laajempien alueiden tutkimuksissa jäkälä lajien levinneisyyserot aiheuttavat tulkintaongel mia. Merkittävin suomalainen epifyyttijäkälien inventointi on tehty Happamoitumistutkimus projektissa (HAPRO), jossa tutkittiin tärkeimpien lajien esiintymistä yli 2 000 näytealalla. 1 Vastaa va valtakunnallinen tutkimus on tehty hiljattain Norjassa. 2 Tässä tutkimuksessa sovelsimme jäkäläkar toitusta Itä-Lapin metsävaurioprojektin koealoil la vuosina 1990 ja 1991. Pyrimme määrittämään kaikki tunnettavissa olevat lajit ja arvioimme jä kälien runsauden käyttäen pistemittausta. Näin saadut luvut sallivat tähänastista tarkemman numeerisen analyysin. Tutkimusmenetelmät Määritimme jäkälät mahdollisimman tarkkaan, myös luppolajit. Lupot ovat vaikeita lajeja, jotka usein yhdistetään jäkäläkartoituksissa. Eri la jeilla on kuitenkin erilaiset ympäristövaatimuk- 104 Kuva 97. Jäkälän sekovarsi rakentuu levä-ja sieniosakkaasta, jotka elävät symbioosissa: omavarai nen levä yhteyttää auringon valon avulla hiilihydraatteja, joita sieni käyttää hyväkseen. Kuvassa tum maluppoa. set, kuten tässäkin tutkimuksessa osoittautui. Oleellista oli, että arvioimme kaikkien lajien run sauden käyttäen objektiivista ja toistettavaa me netelmää: asetimme rungolle 1/16 m 2 :n kokoi sen muovikalvon, johon oli asetettu sata pistet tä. Laskimme pisteiden osumat lajeihin ja saim me näin kullekin lajille peittävyysarvon. Näin määriteltyjen arvojen tilastollinen jakauma tun netaan ja voidaan moitteettomasti analysoida. Valitsimme yhdeksän tutkimuspuuta kaikilta Itä-Lapin metsävaurioprojektin koealoilta. Tut kimme jäkälät 2,2 metrin korkeudelta rungon itä- ja länsipuolelta. Yhdistimme havainnot kun kin lajin ryväskohtaiseksi runsauskeskiarvoksi. ja keltatyvikarve (Parmeliopsis ambigua). Ensim mäinen on kookas, koko Suomessa tavattava laji. Maan eteläosissa sormipaisukarve on män nyn tärkein epifyytti, mutta Lapissa paljon niu kempi. Muut kaksi lajia ovat pienempiä, mutta ulkonäöltään toisiaan muistuttavia liuskaisia lehtijäkäliä. Ainoa yleinen rupijäkälä oli jauhe kermajäkälä (Ochrolechia androgyna). Loput lajit olivat naavamaisia, riippuvia jäkäliä. Vaikka nii tä sanotaan naavamaisiksi, yksikään niistä ei ollut naava, vaan kaikki olivat luppoja: korpilup po (Alectoria sarmentosa). kanadanluppo (Bryo riafremontii). tummaluppo (Bryoriafuscescens) ja lapinluppo (Bryoria simplicior). Lajisto luonnostaan niukka Havupuiden epifyyttikasvillisuus on Pohjois suomessa melko niukkalajista. Lapin aineistos sa oli vain kahdeksan yleistä jäkälälajia. Lehti mäisiä jäkäliä olivat sormipaisukarve (Hypogym nia physodes), tuhkakarve (Imshaugia aleurites) Ordinointi havainnollistaa tulokset Kasvillisuus on luonteeltaan moniulotteinen. Epifyyttikasvillisuus ei ole vaikeimpia analysoi tavia, sillä jäkälälajien määrä on melko vähäi nen. Muuan vaihtoehto on tarkastella kutakin lajia ja sen esiintymistä erikseen. Tällöin on 105 kuitenkin vaikea saada käsitystä lajien välisistä yhteyksistä. Tämän takia on käytännöllistä yrit tää esittää kasvillisuuden pääpiirteet kuvana. Tavoitteena on sijoittaa koealat kuvaan siten, että mitä yhdenmukaisempia ne lajistoltaan ovat, sitä lähempänä toisiaan ne ovat kuvassa. Vastaavasti mitä erilaisempaa koealojen kasvilli suus on, sitä kauempana toisistaan ne ovat ku vassa. Tällaista esitystapaa sanotaan ordinoin niksi. Paras menetelmä laatia tällainen kuva tunnetaan nimellä moniulotteinen pisteytys. 3 - 4 Lajien esiintymistä ja runsautta säätelevät ympäristötekijät. Voidaan siis päätellä, että mitä yhdenmukaisempi kasvillisuus on, sitä yhden mukaisempia ovat myös kasvillisuutta säätelevät ympäristötekijät. Näin ollen kasvillisuuden jär jestäminen kuvaan auttaa löytämään tärkeim mät kasvillisuutta säätelevät ympäristötekijät. Tällaista lajistoa säätelevää ympäristötekijää nimitetään gradientiksi, ja suunta johon ympä ristötekijä nopeimmin muuttuu on gradientin suunta ordinoinnissa. Koealojen ordinoinnista näkee vain, että useimmat niistä ryhmittyvät tiheäksi vyöksi (kuva 98). Muutamat koealat ovat selvästi poik keavia ja sijaitsevat hajallaan vyön yläpuolella. Kasvillisuudessa tapahtuvat muutokset voidaan arvioida katsomalla, missä lajien esiintymisen painopisteet ordinoinnissa ovat (kuva 99). Voi olla hyödyllistä ajatella asettavansa koealakuvan ja lajikuvan päällekkäin. Vyön ääripäissä sijait sevat lajit ovat sormipaisukarve ja kanadanlup po. Edellinen on tärkein laji vyön vasemmassa päässä ja niukkenee siirryttäessä vyötä oikealle, samalla kun jälkimmäinen runsastuu. Poikkea via koealoja vyön yläpuolella luonnehtii lapin luppo. Myös tärkeimpiä ympäristötekijöitä esittävä kuva on hyvä ajatella asettavaksi koealaordi noinnin päälle (kuva 100). Tällöin näkyy, mihin suuntaan tekijät muuttuvat nopeimmin. Monet kokeilluista muuttujista selittävät hyvin ordi nointia. Vasemmalle, siis sormipaisukarpeen runsastumisen suuntaan, kasvavat myös läm pösumma, sademäärä, kaarnan lyijy- ja kadmi umpitoisuus sekä kaarnan pH. Vastakkaisessa eli kanadanlupon suunnassa taas metsät ovat vanhempia ja kaarnan kaliumpitoisuus nousee. Vyöstä ylöspäin eli lapinlupon suuntaan kasva vat mallitettu ilman keskimääräinen rikkidioksi dipitoisuus ja kaarnasta mitattu rikkipitoisuus sekä monien metallien ja natriumin pitoisuudet. Samassa suunnassa myös puuston keskipituus alenee. Kuva 98. Itä-Lapin metsävaurioprojektin koealo jen ordinointi. Kuva 99. Itä-Lapin metsävaurioprojektin koealoil ta tunnistettujen jäkälälajien ordinointi. 106 Vaikutusten aiheuttajia vaikea erottaa Jotta voitaisiin tehdä vahvoja päätelmiä jäkälä kasvillisuuteen vaikuttavista ympäristötekijöis tä, olisi välttämätöntä kokeellisesti määrätä juu ri näiden ympäristötekijöiden arvot. Koska ky seessä on maastoaineisto, tällaisia päätelmiä ei voida tehdä, vaan on tyydyttävä korrelaatioiden laskemiseen. Merkitsevienkään korrelaatioiden perusteella ei voida tehdä vahvoja päätelmiä kasvillisuutta todella säätelevistä tekijöistä. Vaikka monien ilman epäpuhtauksien pitoisuus muuttuu näytealavyön suunnassa, kyseessä näyttää paljolti olevan luontainen etelä-pohjois vaihtelu. Samalla kun siirrytään kohti etelää, lisääntyvät myös etelästä leviävien epäpuhtauk sien, esimerkiksi lyijyn ja kadmiumin, pitoisuu det. Nämä epäpuhtaudet eivät kuitenkaan vält tämättä ole kasvillisuuden muuttumisen syy, vaikka ne korreloivatkin kasvillisuuden vaih telun kanssa. Ilmaston luontainen vaihtelu ja epäpuhtaudet sekoittuvat siten, että on vaikea sanoa, mikä on kummankin itsenäinen rooli. Samoin jäkälien esiintymisen maantieteelliset painopisteet asettuvat ensimmäisen akselin mu kaiseen järjestykseen lounaasta koilliseen. Kuva 100. Itä-Lapin metsävaurioprojektin koealo jen ja koealoilta tunnistettujen jäkälälajien ordi nointia selittävät ympäristömuuttujat. Myös pystyakselin suunnassa on mahdoton erottaa luonnollista maantieteellistä vaihtelua ilmansaasteiden vaikutuksesta. Mallitettu ilman rikkidioksidi on selvimmin tähän suuntaan muuttuva tekijä. Korkeimmat rikkidioksidipi toisuudet ovat Inarin Lapissa, ja samoin muut Inarissa suuria arvoja saavat tekijät muuttuvat nopeimmin samaan suuntaan. Nikkeli ja kupari ovat Petshenganikelistä peräisin olevia raskas metalleja, ja natrium taas saapunee merituulten mukana Barentsinmereltä. Kuva 101 a-d. Ordinaatioanalyysin perusteella ennustettu (pisteet) ja Ilmatieteen laitoksen mallit tama (viiva) ilman keskimääräinen rikkidioksidi pitoisuus Itä Lapin metsävaurioprojektin koeala linjoilla 1 (a), 2 (b), 3 (c) ja 4 + 5 + 6 (d). 107 Kuva 102a-c. Intensiivikoeala 8 km:n päässä (a) Montsegorskista (Montsegorsk 1], missä männyn run golla ei ole epifyyttijäkäliä, 48 km:n päässä (b) Montsegorskista (Pirenga), missä männyn rungolla on heikkokuntoisia lehtimäisiä epifyyttijäkäliä ja 80 km:n päässä (c) Montsegorskista (Jena), missä män nyn rungolla on runsaasti lehtimäisiä ja naavamaisia epifyyttijäkäliä. Epifyyttikasvillisuus ja ympäristön tila Epifyyttikasvillisuuden perusteella voidaan hah mottaa Lapin ympäristön tilaa. Mallitettu ilman rikkidioksidipitoisuus on kenties kiinnostavin arvioitava. 5 Luonnollinen tapa arvioida ilman rikkidioksidipitoisuutta on katsoa näytealojen sijaintia mallitetun rikkidioksidipitoisuuden suuntaisella akselilla. Jäkälien perusteella en nustettu rikkidioksidipitoisuus vastaa melko hyvin todellista kuvaa, joskin pienipiirteistä vaihtelua on paljon (kuva 101 a-d). Ilmeisesti rikkidioksipitoisuuden vuosikeskiarvo 3 pg/m 3 on jäkäläkasvillisuudelle eräänlainen raja, jonka ylittämisen jälkeen kasvillisuus alkaa muuttua. Pienempien pitoisuuksien vaihtelua ei pystytä jäkäläkasvillisuuden perusteella havaitsemaan. Tämä raja-arvo on suhteellisen lähellä soluvau rioiden syntyyn johtavaa rikkidioksidipitoisuu den vuosikeskiarvoa < 5 pg/m 3 . Epifyyttikasvillisuudessa havaitsimme rik kidioksidiin korreloivia muutoksia koko Inarin Lapissa, Montsegorskin alueella ja Sallassa, sekä erillisenä saarekkeena Kemijärven lähis töllä ja lievänä myös lähellä Kemiä ja Torniota (kuva 102a-c). Bloindikaattorimenetelmällä on mahdollista arvioida niiden alueiden rikkidioksidipitoisuutta, jotka jäävät Ilmatieteen laitoksen mallittaman alueen eteläpuolelle. Jäkäläkartoitus osoittaa, että rikkidioksidipitoisuus alkaa lievästi nousta lähestyttäessä Kemi-Tornion seutua (kuva 101 a). 108 Kuva 103. Tummalupon keskimääräinen kalium vuoto jäkälän kuivapainogrammaa kohden Itä- Lapin metsävaurioprojektin koealoilla. Näytteet kerätty vuosina 1990 ja 1991. Kuva 104. Tummalupon keskimääräinen johtoky ky jäkälän kuivapainomilligrammaa kohden Itä- Lapin metsävaurioprojektin koealoilla. Näytteet kerätty vuosina 1990 ja 1991. Kalvonvuoto epifyyttijäkälien soluissa Jäkälän levä- ja sieniosakkaiden tärkeät elintoi minnot tapahtuvat solujen sisällä solulimassa. Soluliman erottaa ympäristöstä solukalvo, joka ei ole pelkkä kääre, vaan solun yhteyskanava ympäristöön. Se on aktiivinen, energiaa käyttävä solun osa, joka valikoi sisään otettavat ja ulos päästettävät aineet. Solukalvo pystyy myös rea goimaan solunulkoisiin viesteihin ja välittämään niistä tietoa solun sisälle. Kaliumvuotoa ja johtokykymittausta on käy tetty pitkään keinoina arvioida solukalvojen kuntoa. Jäkälistä lähtöisin olevan veden johto kyvyn lisääntymisen sekä ilman rikkidioksidi pitoisuuden välillä on havaittu selvä yhteys. 6 Jäkälien kaliumvuodon on osoitettu lisääntyvän mm. rikkidioksidin ja raskasmetallien vaikutuk sesta. 7- 8 Bioindikaattoritutkimuksissa mene telmien etuina ovat nopeus, helppous ja edulli suus. Tässä tutkimuksessa sovelsimme mene telmiä Itä-Lapin metsävaurioprojektin 103 koe alalta vuosina 1990 ja 1991 kerättyjen tumma lupon ja sormipaisukarpeen solukalvojen ehey den arviointiin. Saastevaikutuksia Suomenkin puolella Sekä sormipaisukarpeen että tummalupon kali umvuoto ja elektrolyyttivuoto lisääntyivät selväs ti lähestyttäessä Kuolan päästölähteitä (kuvat 103 ja 104). Myös Kemijärven sekä Kemin ja Tornion lähistöllä havaittiin solukalvojen läpäi sevyyden lisääntyneen. Kahdesta käytetystä indikaattorista kalium vuoto reagoi selvemmin mallitettuun ilman rikki- 109 Solukalvot reagoivat herkästi ympäristön muutoksiin Jäkälien solukalvojen toiminta on hyvin herkkä ympäristön muutoksille. Useim mat ilman epäpuhtauksista ovat pieninä määrinä välttämättömiä ravinteita eliöil le. Kuitenkin ihmisen toiminnan vaiku tuksesta näitä aineita on usein liikaa, joten ravinnekin voi muuttua myrkyksi. Solukalvovaurioiden tärkeimmät aiheut- tajat lienevät happamuuden lisääntyminen sekä metal lit, jotka kilpailevat soluseinän ja solukalvojen katio ninvaihtopaikoista. 7 ' 8 Tärkeä aine kalvojen rakenteen ja toiminnan kannalta on esimerkiksi kalsium, jonka useimmat raskasmetallit pystyvät syrjäyttämään soluis ta ja joka myös helposti liukenee happamaan veteen. Kun solukalvojen toiminta häiriintyy, solunsisäisten kationien läpäisevyys yleensä lisääntyy eli kalvojen pidä tyskyky heikkenee. Kalvojen läpäisevyyttä voidaan tut kia mittaamalla veteen liukenevien elektrolyyttien määrä eli mittaamalla erilaisten kationien ja anionien aiheutta maa sähkönjohtokyvyn muutosta. Kalium on pääasialli sesti solujen sisällä esiintyvä kationi, ja sitä on yleensä solujen ulkopuolella vähemmän. 9 Liukoisen kaliumin runsastuminen solujen ulkopuolella viittaa kalvojen pi dätyskyvyn heikkenemiseen. dioksidipitoisuuteen ja mitattuihin epä puhtauspitoisuuksiin. Jäkälien elektro lyyttivuodon aiheuttama sähkönjohtoky ky lisääntyi lähinnä eteläisillä linjoilla, mikä viittaa lisääntyneeseen kuivalas keumaan ja pintakertymään. Erityisesti Inarin Lapin itäosissa ja pohjoisilla koe alalinjoilla jäkälien lisääntyneen kalium vuodon ja mallitetun ilman rikkidioksi dipitoisuuden sekä mitattujen kaarnan nikkeli- ja kuparipitoisuuksien välillä oli merkitsevä positiivinen korrelaatio. Epifyyttijäkälien solujen hienorakenne Stressit aiheuttavat soluissa ensin biokemiallisia muu toksia, jotka vaikuttavat pian kasvisolujen rakenteeseen ja toimintaan. Solujen ja solukoiden rakenteessa voi daan havaita muutoksia huomattavasti ennen ulospäin näkyvien vaurioiden muodostumista. Koska stressit vai kuttavat soluihin eri tavoin, syntyy tunnusomaisia ra kennemuutoksia. Putkilokasveista, kuten havupuiden neulasista, esimerkiksi kaasumaisten ilmansaasteiden, happaman sateen ja ravinne-epätasapainon aiheuttamat muutokset pystytään melko luotettavasti tunnistamaan rakennetutkimuksen avulla. 10,11 Tässä tutkimuksessa tarkastelimme hienorakennet ta 95 koealalta vuosina 1990 ja 1991 kerätyistä tumma lupoista. Mittasimme lupon leväosakkaan solun osien tilavuusosuudet morfometrisesti käyttämällä pisteana lyysiä (kuva 105). Suhteutimme soluorganelleihin osu- Kuva 105. Lupon leväsolua ympäröi soluseinä (SS). Soluli ma on ohuena kerroksena solun ulkoreunalla, ja se sisäl tää mm. tuman (T) sekä varastorasvoja (R). Kloroplasti (K) yhteyttävine kalvostoineen täyttää solualueen lähes kokonaan. Terveessä solussa kloroplasti on yleensä lie västi liuskainen. Kloroplastin keskellä on pyrenoidi (P). jossa esiintyy tummina näkyviä pyrenoglobuleja. S = sienisolu. Näyte kerätty Kuolan Pirengasta syyskuussa 1990. Suurennos x 4 800. 110 Kuva 106. Tunnusomainen rikin vaikutus tum malupon leväsolussa näkyy kloroplastin muodon pyöristymisenä ja ulkokalvon kihartumisena (nuolet). Näyte kerätty Tennilästä Rovaniemen maalaiskunnasta syyskuussa 1991. Suurennos x 6 400. Kuva 108. Typen lisääntyminen aiheuttaa tum mien kertymien muodostumisen tummalupon leväsolujen vakuoleihin (V). Näyte kerätty Sal lan Paljakasta toukokuussa 1991. Suurennos x 6 500. neet pisteet leväsolun sisältämään kokonaispis temäärään. Näin saimme kvantitatiivisen arvion solujen ja solun osien koosta, jotka voimme suh teuttaan laskeumatietoihin. Arvioimme lupon leväosakkaan solujen ja soluorganellien kunnon tekemällä havaintoja tiettyjen vauriotyyppien esiintymisestä. Vaurioi den luokittelu pohjautui aiempiin havaintoihin, joita on tehty altistuskokeissa leväsolujen muu toksista. Tutkittavia seikkoja olivat mm. kloro plastin ja sen ulkokalvon muoto sekä pyrenoi din ja mitokondrioiden kunto. Lisäksi teimme Kuva 107. Tummalupolla havaitun leväsolun klo roplastin pyöristymisen eli rikkioireen esiintymi nen Itä-Lapin metsävaurioprojektin koealoilla. Näytteet kerätty vuosina 1990 ja 1991. havaintoja vakuoleissa esiintyvistä, elektroni mikroskooppikuvissa tummina näkyvistä "elek tronitiheistä" kertymistä. Rakennevaurioita Suomen ja Venäjän Lapissa Leväsolujen keskimääräinen koko kasvoi pääs tölähteestä poispäin ja mallitetun ilman keski määräisen rikkidioksidipitoisuuden pienentyes sä. Leväsolujen plasmolysoitumisen eli solukal von irtoamisen soluseinästä havaitsimme lisään tyvän lähestyttäessä päästölähdettä, ja samaten sillä oli positiivinen korrelaatio mallitetun rikki dioksidipitoisuuden kanssa. Positiivinen korre laatio oli myös plasmolysoitumisen voimakkuu den ja kaarnanäytteistä mitatun rikkipitoisuu den sekä useiden raskasmetallien, esimerkiksi nikkelin ja kuparin, pitoisuuksien välillä. 111 Kuva 109. Montsegorskin lähialueella tummalu pon leväsolussa esiintyvä oireyhtymä, jossa klo roplasti on kutistunut ja sen yhteyttävä kalvosto on muuttunut yhdensuuntaisemmaksi. Pyrenoidin (P) pyrenoglobulit ovat normaalia vaaleampia ja solu on plasmolysoitunut (nuolet). Näyte kerätty Kuolan Pirengasta elokuussa 1990. Suurennos x 5 900. Sari Tarhanen Kuva 110. Voimakas suurennos normaalista tum malupon leväsolun pyrenoidista, jossa pyreno globulit (PG) näkyvät tummina. Näyte kerätty Kuolan Pirengasta syyskuussa 1990. Suurennos x 45 000. Rikkiin liittyvää oireyhtymää leväsolujen hie norakenteessa ilmeni koko Inarin Lapin alueella (kuvat 106 ja 107). Montsegorskin lähellä ilmiö oli erittäin selvä ja vaikutus jatkui Suomen puo lelle Sallaan. Samantyyppisiä oireita oli myös linjan 1 lounaispäässä lähestyttäessä Kemiä ja Torniota, mikä lienee paikallisten päästölähtei den vaikutusta. Tummia kertymiä leväsolujen vakuoleissa esiintyi melko runsaasti linjan 1 koillispäässä sekä läheisillä linjan 7 koealoilla Sallassa (kuva 108). Muualla Lapissa ilmiö oli satunnainen, vaikkakin yleisempi koealalinjojen itäosissa. Tummat kertymät ovat seurausta typpiyhdistei den kasaantumisesta jäkäliin, mikä osoitettiin mikroanalyysillä (EELS/ESI-spektroskopia). Kertymät eivät välttämättä merkitse jäkälien varsinaista vaurioitumista, vaan ne osoittavat, että laskeuman mukana on tullut ylimääräistä typpeä, joka on siirtynyt solussa vakuoliin. La pin jäkälät ovat hidaskasvuisia, joten pienikin typen ylimäärä voi riittää varastoyhdisteiden muodostumiseen. Uusi oireyhtymä Havaitsimme tutkimuksessa myös uudentyyppi sen oireyhtymän, joka esiintyi voimakkaimpana Montsegorskin lähialueella, 30-50 km sulatosta (kuva 109). Leväsolujen voimakkaan plasmoly soitumisen lisäksi oireeseen liittyi kloroplastien kutistuminen ja niiden yhteyttävän kalvoston järjestyksen muuttuminen normaalia yhden - Kuva 111. Voimakas suurennos Montsegorskin lähialueella tummalupon leväsolussa esiintyvän oireyhtymän pyrenoidista. jossa pyrenoglobulit (PG) ovat selvästi vaalenneet. Näyte kerätty Kuo lan Imandrasta elokuussa 1990. Suurennos x 45 000. suuntaisemmaksi. Myös kloroplastien keskus pyrenoidin pyrenoglobulit olivat huomattavasti normaalia vaaleampia (kuvat llOja 111). Poronjäkälikköjen kuluminen Vuosina 1990 ja 1991 metsävaurioprojektin tut kimuksia varten perustettiin 16 ns. jäkäläkoe- 112 Kuva 112. Laiduntamatonta mäntykangasta Kuo lan Jenassa 80 km Montsegorskista länteen. Kuva 113. Porojen laiduntamaa mäntykangasta Mooseksenkurussa Sallassa. alaa. Koealat perustettiin Länsi-Lappiin Angeliin ja Muonioon sekä Itä-Lappiin Raja-Jooseppiin ja Naruskalle. Jokaisessa kohteessa koealoja on neljä, kaksi poron laiduntamalla ja kaksi laidun tamattomalla paikalla. Raja-Joosepissa, Angelis sa ja Naruskalla poronlaidunnus on estetty raja vyöhykkeelle rakennetulla poroaidalla, jonka molemmin puolin koealat sijaitsevat. Muoniossa jäkäläkoealat sijaitsevat aidatun alueen sisä- ja ulkopuolella. Jäkäläkoealojen perustamiseen vaikuttivat Kuolassa poronjäkäliköistä tehdyt havainnot. Pirengan koealan (48 km Montsegorskista) ja valtakunnanrajan välillä maanpintaa kuivilla mäntykankailla peittävä poronjäkälikkö on pak su ja yhtenäinen, sillä Kuolan niemimaan länsi osassa metsät ovat laiduntamattomia ja Suomen puolella laidunnettuja (kuvat 112 ja 113). Kuo lassa poroja on noin 90 000 yksilöä niemimaan koillisosassa. Suomen poronhoitoalueella poro määrä vaihtelee vuosittain ja vuodenaikojen mu kaan. Alimmillaan se on talvisin, noin 200 000 yksilöä, ja ylimmillään vasonnan jälkeen, noin 350 000 yksilöä. Neliökilometriä kohti poroja on eniten paikoin Inarin Lapissa, jossa talvikannan tiheys poronhoitovuonna 1992-93 oli 3 yksilöä/ km 2 (kuva 114). Tutkimme jäkäläpeitteen vaikutusta maan lämpöoloihin, ravinnetilaan ja mikrobiologiseen toimintaan sekä männyn juurten pakkaskestä vyyteen. Lisäksi tutkimme poronjäkälikköjen Kuva 114. Talvinen porotiheys paliskunnittain Suomen Lapissa poronhoitovuonna 1992-93. 113 kuntoa satelliittikuvilta. Esitämme alustavia tuloksia tästä tutkimuksesta, joka aloitettiin pari vuotta muita Itä-Lapin metsävaurioprojek tin tutkimuksia myöhemmin. Jäkäläpeitteen vai kutusta puiden kasvuun ja elinvoimaisuuteen sekä karujen kankaiden ekosysteemeihin ylei semminkin tultaneen Lapissa vastaisuudessa selvittelemään vielä nykyistä perusteellisemmin. Satelliittikuvat paljastavat jäkälälaidunten kunnon Käytössämme oli kolme Landsat 5 TM -kuvaa itärajan tuntumasta. Kuvat kattoivat alueen Norjan Varangista Kuusamoon. Eristimme jäkälikköj en tuottaman signaalin seitsenkanavaisten kuvien muusta spektrisestä vaihtelusta pääkomponenttianalyysin avulla. Aluksi kalibroimme yhtenäiskoordinaatistoon oikaistut kuvat tasalaatuisiksi regressiokorjauk sella. Keskimmäisestä, mm. Urho Kekkosen kansallispuiston kattavasta kuvasta rajasimme alueen, jossa oli edustettuna sekä Suomen että Venäjän puolelta mahdollisimman luonnontilais ta metsää ja tunturimaastoa. Tästä ositteesta tuotimme kolme pääkomponenttia. Niistä kol mannessa erottui selvästi jäkälikköjen aiheut tama signaali korkeina positiivisina latauksina näkyvän valon, erityisesti sinivihreän aallonpi tuuden, alueella. Käytimme analyysin tuotta maa seitsemän kanavan lineaarista muunnosta, "jäkäläkomponenttia", kaikkien kolmen kuvan muuntamiseen. Tuloksessa erottuu selvästi Suomen itäraja - laidunnetut alueet poikkeavat tummina Venäjän vaaleista laiduntamattomista runsasjäkäläisistä maista (kuva 115). Tarkemmin katsoen rajapinta noudattaa valtakunnanrajaa seuraavaa poroai taa. Myös Nikelin alueen jäkäläkato erottuu sel västi tummana vyöhykkeenä jopa kymmenien kilometrien päähän sulatoista. Sammalet ja varvut korvanneet poronjäkälän Tutkimme poronlaidunnuksen vaikutusta kas villisuuteen vuosina 1992 ja 1993 jäkäläkoe aloilla sekä koealalinjalla 2 Montsegorskista Muonioon. Venäjän puoleisten koealojen sekä Suomen puolella poroaidoin suljettujen koealojen kasvil Eri saastukkeet aiheuttavat jäkälien rakennevaurioita Epifyyttijäkälät altistuvat ilmassa esiintyville kaasumaisille epäpuhtauksille ja sadeveden sisältämälle märkälaskeumalle. Kokeelliset tut kimukset ovat osoittaneet erityisesti jäkälien leväsolujen olevan herkkiä sekä kaasumaiselle rikkidioksidille että märkälaskeuman mukana tulevalle rikille. 12 Tyypillisiä oireita levien hieno rakenteessa ovat varhaisvaiheessa mm. kloro plastien eli viherhiukkasten muodon ja ulkokal von muutokset sekä mitokondrioiden vauriot. Oireyhtymään liittyy myös varastorakenteiden kuten rasvapallosten ja pyrenoglobulien koon pieneneminen. Jäkälät ovat herkkiä myös typpilaskeumalle, jonka vaikutukset näkyvät ennen pitkää erityi sesti sienisolujen ennenaikaisena vanhenemise na ja rappeutumisena. Typpilaskeuman lisään tyminen aiheuttaa jäkälän levä-ja sieniosak kaassa typpipitoisten varastokertymien muo dostumista vakuoleihin. 13 Nämä mikroskoopilla helposti havaittavat kertymät kertovat, että jäkä lät saavat enemmän typpeä kuin kasvuun tarvi taan. Kokeellisissa tutkimuksissa on havaittu jäkä lien olevan melko kestäviä alailmakehän otso nille. Vaikka useiden raskasmetallien tiedetään kertyvän jäkälien sekovarsiin, niiden aiheutta mista fysiologisista ja hienorakennemuutoksista tiedetään erittäin vähän. Varmasti ei tiedetä, voi ko metalli- ja rikkipitoinen laskeuma ja saastei den kertyminen jäkäliin muuttaa niiden ravinne tasapainoa. lisuus oli hyvin yhtenäisesti palleroporonjäkälän (Cladonia stellaris) vallitsemaa. Sen peittävyys oli 65 % pohjakasvillisuudesta. Muiden koealo jen kasvillisuus oli Suomen puolella laidunnuk sen vuoksi hyvin epäyhtenäistä; paljaan maan osuus oli 12-72 % ja keskimäärin 34 %. Kasvilli suuden monimuotoisuutta kuvaavat tunnuslu vut eivät sitä vastoin eronneet laidunnettujen ja laiduntamattomien koealojen kesken. Siten lai dunnus muutti etupäässä lajien runsaussuhtei ta, mutta lajistoa vain yksittäistapauksissa. 114 Laidunnetuilla koealoilla porojen suo siman palleroporonjäkälän peittävyys oli laskenut alle 5 %:iin. Palleroporonjäkä län tilan täyttivät sammalet (35 %), etu päässä kynsisammalet (Dicranum sp.) ja seinäsammal (Pleurozium schreberi), sekä valkoporonjäkälä (Cladonia arbus cula) ja okatorvijäkälä (Cladonia uncialis) (kuva 116). Myös eräiden varpujen osuus oli kohonnut laidunnetuilla koe aloilla. Metsätyyppiluokitusta käytettä essä osa näistä jäkäläkankaista luokitel taisiin astetta karummiksi, jos ne saisi vat kehittyä rauhassa laiduntamattomi na. Laidunnuksen aiheuttama pallero poronjäkälän taantuminen näkyy satel liittikuvista ja ilmenee myös maaperän ravinteiden köyhtymisenä, lukuun otta matta typpeä. Jäkäläpeite vaikuttaa maan lämpöoloihin Jäkäläpeite vaikuttaa maan lämpötilan ja kosteuden kautta puiden kasvuedel lytyksiin Lapin kuivilla kankailla. Jäkä läpeitteen vaikutus on erityisen merkit tävä silloin, kun ilman lämpötila laskee loppusyksyllä tai alkutalvella nopeasti eikä maassa ole vielä lumipeitettä. Täl löin jäkäläpeite vastaa ohutta lumiker rosta ja suojaa puiden juuristoja palel tumiselta. Tutkimme jäkäläpeitteen vaikutusta maan lämpöoloihin jäkäläkoealoilla eri pituisina jaksoina projektin kuluessa. Ilman ja maan lämpötilaa mitattiin auto maattisilla tiedonkeruulaitteilla, joihin oli kytkettävissä yhteensä 16 lämpöan turia. Tässä esitämme tuloksia Narus kalta noin kuukauden jaksolta syksyltä 1990 sekä alkukesältä 1991. Kuva 115. Itä-Lapin laidunnetut alueet ja Nikelin jäkäläkatoalue erottuvat pääkom ponenttianalyysillä käsitellyissä satelliit tikuvissa Kuolan laiduntamattomia aluei ta selvästi tummempina. Osasuurennok sessa näkyy tarkemmin poroaidan vaiku tus Raja-Joosepin alueella. 115 Kuva 116. Jäkälien, sammalten ja varpujen kokonaispeit tävyys koealalinjalla 2. Kuva 117a-c. Ilman (a) sekä maan lämpötilan muuttumi nen 5 cm:n (b) ja 20 cm:n (c) syvyydessä Naruskan lai dunnetulla ja laiduntamattomalla jäkäläkoealalla marras kuussa 1990. Marraskuun 1990 puolivälissä ilman lämpötila laski Naruskalla lumettomana aikana lähelle -30 °C:ta, jolloin laidun netulla puolella poroaitaa maan lämpö tila laski 5 cm:n syvyydessä -4 °C:een ja 20 cm:n syvyydessä -2,5 °C:een (kuva 117a-c). Sen sijaan laiduntamattomalla puolella maan lämpötila pysytteli koko ajan nollan tuntumassa (kuva 117 b ja c) Jos lumeton pakkaskausi olisi jatkunut huomattavasti pitempään, maan pinta kerroksen lämpötila olisi laidunnetulla puolella voinut laskea puiden juuristojen kannalta haitalliselle tasolle. Jäkäläpeitteinen maa pysyy kasvu kautena kosteampana kuin jäkäläpeit teetön. Haihtumiseen kuluva lämpöener gia, pieni lämmönjohtavuus ja paljasta maanpintaa pienempi lyhytaaltoisen säteilyn absorptio pitävät jäkäläpeittei sen maan kesällä jäkäläpeitteetöntä kyl mempänä. Lyhyenä kasvukautena läm pösumma jää puiden juuristovyöhyk keessä laidunnettua, vähäjäkäläistä kas vupaikkaa pienemmäksi. Toisaalta jäkä läpeite estää maan liiallisen kuivumisen, jolloin kuiville kankaille ominainen kui vuusstressi ei ole yhtä ankara. Lämpö tilan vuorokautinen vaihtelu on maan pintakerroksessa laidunnetuilla alueilla jäkäläisiä maita selvästi suurempaa (kuva 118). Poronjäkälä suojaa maan mikrobeja ja männyn juuristoa Tutkimme jäkäläkoealoilla maamikro bien ekologiaa vuosina 1991-93 mittaa malla niiden biomassaa ja toiminnan vilkkautta edellä kuvatuilla menetelmillä (ks. lukua Laskeuman vaikutus metsä maahan, s. 97). Tulokset olivat saman suuntaisia eri vuosina, joten esitämme tässä vain vuoden 1993 tuloksia. Mikrobiologisilta ominaisuuksiltaan Angelin ja Raja-Joosepin koealat muis tuttivat suuresti toisiaan. Muonion ja Naruskan koealat poikkesivat näistä ja toisistaankin jossain määrin, mutta poronlaidunnuksen vaikutus mikrobei hin oli samansuuntainen kaikilla koe aloilla. 116 Mikrobien perushengitys ja aineenvaihdunta indeksi olivat laiduntamattomilla aloilla suurem pia kuin laidunnetuilla aloilla (kuva 119 a). Mik robien biomassa oli Angelissa yhtä suuri molem milla puolilla aitaa mutta kaikissa muissa met sissä laiduntamattomilla aloilla suurempi kuin laidunnetuilla (kuva 119 b). Aika glukoosin lisä yksestä mikrobipopulaatioiden kasvun alkuun oli pidentynyt kaikilla laidunnetuilla aloilla ver rattuna laiduntamattomiin (kuva 119 c). Mikro bipopulaation kasvunopeus oli Muoniossa ja Naruskalla laiduntamatomilla aloilla suurempi kuin laidunnetuilla; Angelissa ja Raja-Joosepis sa emme havainneet tällaista eroa. Muutokset mikrobiyhteisöjen ekologiassa lai dunnetuilla jäkäläkoealoilla verrattuna laidun tamattomiin muistuttavat niitä muutoksia, joita on havaittu esimerkiksi raskasmetallien vaiku tuksesta Montsegorskin ympäristössä (ks. lukua Laskeuman vaikutus metsämaahan, s. 92, 93 ja 96). Tämänkaltaiset muutokset mikrobiyhtei söissä osoittavat karikkeen hajotuksen hidastu mista ja häiriötä ekosysteemin ravinnekierrossa. Syynä on mitä ilmeisimmin kasvipeitteen maata suojaavan vaikutuksen puuttuminen, jolloin mm. maan kosteus-ja lämpöolot äärevöityvät. Toisaalta myös ilmansaasteet voivat vaikuttaa herkemmin harvan kasvipeitteen kattamaan maahan. Tutkimme myös männyn ravinteiden otosta vastaavia lyhyt- ja pitkäjuuria vuosina 1991-93 edellä kuvatulla menetelmällä (ks. lukua Las keuman vaikutus metsämaahan, s. 96 ja 97). Maan ja puuston tilavuutta kohti laskettu juuri - versosuhde oli suurin Muoniossa ja Angelissa ja pienin Naruskalla ja Raja-Joosepissa. Juuri-ver- Kuva 118. Kivennäismaan lämpötila 5 cm:n syvyydessä Naruskan laidunnetulla ja laidunta mattomalla jäkäläkoealalla alkukesällä 1991. sosuhde osoitti, että laidunnetuilla aloilla män nyillä oli vähemmän juuria kuin laiduntamatto milla; ero oli erityisen selvä vuonna 1993 (kuva 120). Juuriston määrän väheneminen laidunne tuilla jäkäläkoealoilla tekee männyt herkemmik si ravinnehäiriöille sääoloiltaan poikkeuksellisi na vuosina, kuten ankarina pakkassyksyinä, kun maassa ei vielä ole lumipeitettä. Jäkäläpeittee tön maa on alttiimpi myös äkillisille säänvaih teluille, mikä vaatii maamikrobeilta ja juurilta parempaa kestävyyttä. Vuonna 1992 erot eivät olleet yhtä selviä, mutta silloinkin juuria ja maa mikrobeja oli laidunnetuilla koealoilla vähem män tai enintään yhtä paljon kuin laiduntamat- Kuva 119a-c. Mikrobien aineenvaihduntaindeksi (a), biomassa (b) ja aika glukoosin lisäyksestä mikrobien kasvun alkamiseen (c) laiduntamatto mien ja laidunnettujen jäkäläkoealojen humuk sessa syyskuussa 1993. tornilla. Laidunnuksen haitallista vaikutusta kasvien juuristoon on tutkimuksissa todettu erittäin harvoin. 14 Jäkäläpeite ja männyn juurten pakkaskestävyys Aktiiviset, veden ja ravinteiden otosta vastaavat juuret hakeutuvat pääosin metsämaan humus kerrokseen ja kivennäismaan pintaosaan. Juu ret ovat täten alttiina ilman lämpötilan ja kos teuden vaihteluille. Lämpöä ja kosteutta eristä vä jäkäläpeite suojaa juuria jyrkiltä muutoksilta. Jäkäläpeitteen suojaava vaikutus korostuu al kutalvella, jolloin ensimmäisten kovien pakkas ten aikana lumipeite saattaa vielä puuttua. Tutkimme syyskuun 1990 ja helmikuun 1992 välisenä aikana Naruskan jäkäläkoealoil la, miten jäkäläpeite vaikuttaa männyn juurten pakkaskestävyyden vuodenaikaiseen vaihteluun. Keräsimme näytteet kuivan kankaan humusker roksesta ja kivennäismaan pintaosasta, 10 cm humuskerroksen alapuolelta. Pakkaskestävyy den määritimme kylmäkäsittelemällä juuret ja mittaamalla vaurioitumisasteen kalvonvuototes tillä. Syksyllä männyn juurten pakkaskestävyys kehittyi neulasia paljon hitaammin (ks. lukua Neulaset ja mäntyjen kunto, s. 141 ja 142). Juu rilla pakkaskestävyyden kehittyminen riippuu ainoastaan ympäröivän maan lämpötilasta eikä esimerkiksi päivän lyhenemisestä, kuten neula silla. Siten juuret eivät pysty ennakoimaan mah dollista äkillistä lämpötilan alenemista. Tutki mustulokset tukevat oletusta, että juurten va rautuminen äkilliseen maan lämpötilan laskuun on puutteellinen ja pakkasvaurion riski on suu ri. 15 Humuskerroksessa olevien männyn juurten pakkaskestävyys oli koko mittausjakson ajan parempi kuin kivennäismaassa. Sen sijaan mer kittäviä eroja laidunnetun ja laiduntamattoman koealan välillä emme havainneet (kuva 121 a ja b). Mittausjakson aikana pysyvä lumipeite satoi jo lokakuun alkupuolella, minkä jälkeen jäkälä peitteen merkitys eristävänä kerroksena väheni. Juurten pakkaskestävyys oli suurimmillaan -21 °C (kuva 121 a, joulukuun 1991 alkupuoli). Vastaavana ajankohtana neulasten pakkaskes tävyys oli jo noin -200 °C (ks. lukua Neulaset ja mäntyjen kunto, s. 139). Keskitalvella lumipeite on yleensä niin pak su, että ennätysmäisetkään pakkaset eivät enää merkittävästi alenna humuskerroksen ja kiven näismaan lämpötilaa eikä juurilla ole paleltu misvaaraa. Sen sijaan poikkeusoloissa juurten heikko pakkasensieto keskitalvella saattaa koi tua kohtalokkaaksi. Esimerkiksi porojen kai vaessa ravintoa lumipeitteen alta lumieriste voi rikkoontua siinä määrin, että kova pakkanen vaurioittaa juuristoja maan pintaosassa. Kuva 120. Männyn hienojuurten kuivapaino maan kuutiosenttimetriä ja puukuutiometriä kohden lai duntamattomilla ja laidunnetuilla jäkäläkoealoilla humus- (Ao), huuhtoutumis- (A) ja rikastumiskerrok sessa (B) syyskuussa 1993. 118 Keskeiset tulokset Epifyyttikasvillisuuteen vaikuttanee eniten ilmaston luontainen alueellinen vaihtelu. Kasvillisuuden koostu mus korreloi kuitenkin myös ilmanlaadun kanssa, ja tässä tutkimuksessa oli ainakin joillakin alueilla mah dollista tehdä päätelmiä ilmanlaadusta epifyyttikasvilli suuden perusteella. Suurella osalla tutkimusaluetta sii nä ei ollut havaittavissa minkäänlaisia muutoksia, mut ta Inarin Lapissa, Montsegorskin alueella, Sallassa sekä Kemin ja Tornion seudulla epifyyttikasvillisuuden koos tumus viittasi ilmanlaadun heikkenemiseen. Epifyyttijäkälien solujen kalvonvuototestit osoittivat muutoksia niin ikään Inarin Lapissa, Montsegorskissa ja Sallassa. Jäkälien luontainen fysiologinen vaihtelu vaikeutti tulosten tulkintaa, mutta mitä ilmeisimmin Kuolan saastepäästöt aiheuttivat muutoksia jäkälien solukalvojen toiminnassa. Rikin märkä- ja kuivalaskeuman lisääntyminen ai heuttaa jäkälien rikkipitoisuuden nousua ja muutoksia niiden hienorakenteessa. Tämä oireyhtymä havaittiin epifyyttijäkälissä koko Inarin Lapin alueella sekä idässä Sallassa ja tietysti Montsegorskin ympäristössä. Myös paikallisten päästölähteiden vaikutukset Suomen puo- Kuva 121 a, b. Männyn Juurten pakkaskestävyyden vuodenaikainen vaihtelu syyskuusta 1990 helmikuuhun 1992 Naruskan laidunnetulla (a) ja laiduntamattomalla (b) jäkäläkoealalla. lella olivat havaittavia. Hienorakennetut kimukset viittasivat lisäksi siihen, että Sallan eteläpuolella typpilaskeuma on muuta tutkimusaluetta runsaampaa. Pyrenoglobulien vaaleneminen epi fyyttijäkälien leväsolujen kloroplasteissa ja siihen liittyvät muut muutokset Mont segorskin alueella ovat ennen tuntema ton oireyhtymä. Sen syytä ei kokeellisten tutkimusten perusteella vielä tunneta. Oletettavasti raskasmetalleilla tai ras kasmetallien ja rikin yhteisvaikutuksella on osuutta oireyhtymän kehittymiseen. Kuivien ja kuivahkojen kankaiden männiköt Kuolan läntisisissä osissa poikkeavat kasvipeitteensä puolesta sel västi Suomen Lapin vastaavista kasvu paikoista. Intensiivinen poronlaidunnus Suomen Lapissa on muokannut pohja kasvillisuuden lajien runsaussuhteita siten, että erityisesti palleroporonjäkälä on vähentynyt ja vapautuneen kasvuti lan ovat vallanneet sammalet. Jäkälien niukkuus Suomen puolella Kuolaan ver rattuna paljastui linjan 2 koealojen ja jäkäläkoealojen kasvillisuustarkaste luissa sekä satelliittikuva-analyysissä. Sallan Naruskalla vuosina 1990 ja 1991 laidunnetulla ja laiduntamattomal la jäkäläkoealalla maan pintakerrokses ta tehdyt lämpötilan mittaukset osoitti vat jäkäläpeitteellä olevan selvä eristävä vaikutus erityisesti syksyn lumettomaan aikaan osuvalla pakkasjaksolla. Tulok sen yleistettävyys on kuitenkin rajalli nen, koska kyseessä on toistaiseksi sup pea aineisto. Maamikrobien toiminnassa ja siten metsämaan hajotusaktiivisuudessa to dettiin eroja laidunnettujen ja laidunta mattomien jäkäläkoealojen välillä. Jäkä läpeitteisessä maassa mikrobien aineen vaihdunta ja perushengitys näyttivät ol leen vilkkaampia. Yhtenä syynä lienee lämpö- ja kosteusolojen vakaus jäkälän suojaamassa maassa verrattuna pal jaamman maaperän suurempiin vuoro kautisiin vaihteluihin. Männyn juurten pakkaskestävyys Naruskan jäkäläkoealalla oli alhaisim millaan syyskuussa (-5 °C) ja korkeim millaan joulukuussa (-21 °C). Laidun nettujen ja laiduntamattomien koealojen 119 välillä ei pakkaskestävyydessä havaittu merkit täviä eroja. Kuitenkin jäkäläpeitteen eristävä vaikutus on ilmeinen lumipeitteen puuttuessa, jolloin juurten pakkasensieto saattaa olla riittä mätön. Kirjallisuusviitteet 1 Kuusinen, M., Mikkola, K. & Jukola-Sulonen, E-L. 1990. Epiphytic lichens on conifers in the 1960's to 1980's in Finland. Julkaisussa: Kauppi, P., Anttila, P. & Kenttämies, K. (toim.). Acidification in Finland. Springer-Verlag. Berlin, s. 397-420. 2 Bruteig, I.E. 1993. Large-scale survey of the distri bution and ecology of common epiphytic lichens on Pinus sylvestris in Norway. Annates Botanici Fennici 30: 161-179. 3 Minchin, P.R. 1987. An evaluation of relative robust ness of techniques for ecological ordinations. Vegeta tio 69: 89-107. 4 Kantvilas, G. & Minchin, P.R. 1989. Analysis of epi phytic lichen communities in Tasmanian cool tem perate rainforest. Vegetatio 84: 99-112. 5 Tuovinen, J-P, Laurila, T., Lättilä, H., Ryaboshapko, A., Brukhanov, P. & Korolev, S. 1993. Impact of the sulphur dioxide sources in the Kola Peninsula on air quality in northernmost Europe. Atmospheric Envi ronment 2 7A: 1379-1395. 6 Pearson, L.C. 1985. Air pollution damage to cell membranes in lichens. I. Development of a simple monitoring test Atmospheric Environment 19: 209- 212. 7 Puckett, K.J. 1976. The effect of heavy metals on some aspect of lichen physiology. Canadian Journal of Botany 54: 2695-2703. 8 Tomassini, F.D., Lavoie, P., Puckett, K.J., Nieboer, E. & Richardson, D.H.S. 1977. The effect of time of exposure to sulphur dioxide on potassium loss from and photosynthesis in the lichen Cladina rangiferina (L.) Hartm. New Phytologist 79: 147-155. 9 Brown, D.H. & Slingsby, D.R. 1972. The cellular location of lead and potassium in the lichen Cladonia rangiferina (L.) Hoffm. New Phytologist 71: 297-305. 10 Holopainen, T., Anttonen, S., Wulff, A., Palomäki, V. & Kärenlampi, L. 1992. Comparative evaluation of the effects of gaseous pollutants, acidic deposition and mineral deficiencies: structural changes in the cells of forest plants. Agriculture Ecosystem Environ ment 42: 365-398. 11 Fink, S. 1988. Histological and cytological changes caused by air pollutants and other abiotic factors. Julkaisussa: Schulte-Hostede, S., Darrall, N., Blank, L.W. & Wellburn, A.R. (toim.). Air pollution and plant metabolism. Elsevier Applied Science. London. New York. s. 36-54. 12 Holopainen, T. & Kärenlampi, L. 1984. Injuries to li chen ultrastructure caused by sulphur dioxide fumi gations. New Phytologist 98: 285-294. 13 Holopainen, T. & Kärenlampi, L. 1985. Characteristic ultrastructural symptoms caused in lichens by exper imental exposure to nitrogen compounds and fluo rides. Annales Botanici Fennici 22: 333-342. 14 Milchunas, D.G. & Lauenroth, W.K. 1993. Quanti tative effects of grazing on vegetation and soil cover over a global range of environments. Ecological Mon ographs 63: 327-366. 15 Sakai, A. & Larcher, W. 1987. Frost survival of plants. Responses and adaptation of freezing stress. Springer-Verlag, Berlin. 321 s. Koonnut Hannu Rautio Neulaset ja mäntyjen kunto 122 Neulasmassa ja sen vaihtelu 123 Maija Salemaa, Martti Lindgren ja Eeva-Liisa Jukola-Sulonen Männyn latvuksen kuntoindeksi 124 Maija Salemaa, Martti Lindgren ja Eeva-Liisa Jukola-Sulonen Neulasten näkyvät vaurio-oireet 126 Satu Huttunen, Minna Turunen ja Jukka Lamppu Neulasten vanheneminen pohjoisissa oloissa 127 Satu Huttunen, Jaana Bäck ja Minna Turunen Neulasten solukko-ja hienorakennevauriot 128 Jaana Bäck, Sirkka Sutinen, Minna Turunen, Leena Koivisto, Eija Kukkola ja Satu Huttunen Neulaspinnan kastuvuus 132 Minna Turunen ja Satu Huttunen Peroksidaasit stressin ilmentäjinä neulasissa 133 Marja Roitto, Satu Huttunen ja Ulla Ahonen-Jonnarth Neulasten alkuainekoostumus 133 Hannu Raitio Neulasten rikkipitoisuus ja ilman S0 2 -pitoisuus 135 Pia Anttila, Hannu Raitio ja Juha-Pekka Tuovinen Neulasten pinnalla olevat metallihiukkaset 136 Satu Huttunen ja Jukka Koponen Neulasten hienorakenteen ja rikkipitoisuuden välinen yhteys 138 Sirkka Sutinen, Leena Koivistoja Hannu Raitio Neulasten pakkaskestävyys 138 Marja-Liisa Sutinen Otsonialtistus ja puolustusproteiinit 140 Kirsti Derome ja Anu Miettinen Neulasten vaurio-oireet ja kemiallinen koostumus 142 Satu Huttunen, Minna Turunen, Eija Kukkola, Jukka Lamppu ja Jaana Bäck Neulasten poiston vaikutus niiden kemialliseen koostumukseen 144 Tuija Honkanen ja Erkki Haukioja Keskeiset tulokset 142 Kuva 122. Kloroottisiaja nekroottisia saastevaurioita männyn neulasissa sekä hätäoksia neulasparien tyvellä 2 km Montsegorskin tehdasalueelta länteen. Kuva: Erkki Oksanen 123 Neulaset ja mäntyjen kunto Useat havupuiden tärkeimmistä elintoiminnoista tapah tuvat neulasissa. Neulasten kunnon muutokset vaikut tavat moniin muihin puiden elintoimintoihin ja siten koko puiden elinvoimaisuuteen. Tutkimalla neulasten rakennetta (kuva 123) ja kemiallista koostumusta sekä puiden neulasmassan määrääjä niiden muutoksia voi daan arvioida puiden kuntoa kokonaisuutena. Kun puita vaivaa jokin stressi, esimerkiksi ravinne puutos, ensimmäiset oireet ilmenevät aineenvaihdunnan häiriöinä, jotka voidaan tunnistaa kemiallisin tai bioke miallisin analyysein. Stressin jatkuessa pidempään tai voimistuessa ilmaantuvat sisärakenteen muutokset aluksi solutasolla ja vasta myöhemmin solukkotasolla. Näitä muutoksia voidaan tutkia valo- ja elektronimik roskopian avulla. Jos stressi on äärimmäisen voimakas tai se jatkuu pitkään, ilmaantuvat ulkoiset oireet. Tässä vaiheessa puut monesti pudottavat myös normaalista poiketen neulasiaan tai lehtiään, ts. harsuuntuvat. Useimmiten vasta tällöin havahdumme huomaamaan. Kuva 123. Männyn neulasen poikkileikkaus. Neulasen pinnalla on kutikulan ja vahakerroksen peittämä epider mi, jonka alla on yhteyttävä mesofylli. Keskellä on kaksi johtojännettä, joiden nilasolukko kuljettaa yhteytystuot teita ja puusolukko vettä ja ravinteita. että puut ovat sairaita. Todellisuudessa tilanne puiden kannalta on jo vakava. Ulkoisten oireiden ilmaantuessa myös monet toissijaiset tekijät, esimer kiksi taudit tai tuhohyönteiset, vaivaavat puita. Näkyvien oireiden perusteella on usein vaikea sanoa, mistä syystä puut kärsivät. Näkyvät oireet ovat lähes poik keuksetta palautumattomia, kun taas solu- ja solukkotasolla tai sitä ennen kemiallisella ja biokemiallisella tasolla ilmenevät oireet ovat usein palautuvia. Tässä luvussa kerrotaan, millä tavoin Lapin ja Kuolan mäntyjen elinvoimai suutta on tutkittu neulasten avulla ja mitä neulaset paljastavat. Useat tutki musryhmät ovat tehneet mittauksia ja arviointeja Itä-Lapin metsävaurioprojek tin koealoilla. Puista on kerätty neulas näytteitä ja havaintoja on verrattu mm. happaman sadetuksen ja kokeellisen otsonialtistuksen aiheuttamiin oireisiin. Tutkijat ovat selvittäneet esimerkiksi neulasmassan vaihtelua sekä neulasten näkyviä vaurio-oireita ja rakennetta. Tutkittavana on ollut myös neulasten pakka s k e s t ävyy sja alkuainekoostumus. Neulasmassa ja sen vaihtelu Pohjoisiin oloihin sopeutuminen on muokannut voimakkaasti Lapin män tyjen elämänkaarta. Säilyäkseen elossa niiden on kestettävä mm. kylmyyttä, pakkaskuivumista ja lumen painoa. Tämä näkyy selvästi puiden latvusten rakenteessa: oksat säilyvät myös run gon alaosassa, jolloin latvusten pituus on suuri suhteessa puiden pituuteen. Oksat ovat lisäksi usein paksuja ja ly hyitä. Myös neulaset ovat lyhyitä, mutta neulasvuosikertoja on enemmän kuin Etelä-Suomessa. Varsinkin vanhojen mäntyjen latvat ovat tykkylumen muo toilemia. 1 124 Latvusten kunto kertoo puiden elinvoimaisuudesta Latvusten kunto kuvastaa hyvin puiden tervey dentilaa ja elinvoimaisuutta. 2 Elinvoimaisuuden käsite on vaikea määritellä yksiselitteisesti, mut ta sen voidaan ajatella koostuvan puiden kyvys tä pysyä elossa, kasvaa iänmukaisesti ja tuottaa elinkykyisiä siemeniä. Neulasten yhteyttäminen ja haihdutus vaikuttavat moniin muihin puiden keskeisiin elintoimintoihin, kuten ravinteiden liikkumiseen ja kasvuun. Tämän vuoksi neulas massan määrääjä vaihtelua käytetään puiden yleiskunnon tunnuksena. Puiden stressaantuessa esimerkiksi sääolo jen, tautien tai ilman epäpuhtauksien takia nii den neulasmassa usein vähenee. Puilla näyttää kuitenkin olevan kyky säädellä neulasmassan määrää energia- ja ravinnetilanteen mukaan. Hyväkuntoiset puut yleensä uudistavat lehväs tönsä entiselleen epäsuotuisan kauden jälkeen, mutta huonokuntoisille ylimääräinen neulaskato voi olla sysäys kohti vakavampaa tuhoa ja jopa kuolemaa. Kuva 124 a. b. Mäntyjen keskimääräinen neulas kato (a) ja ylälatvuksesta arvioitu neulasvuosiker tojen lukumäärä (b) koealalinjoilla 1-6, Montse gorskin ympäristössä (M) ja Norjassa (N) sekä Etelä-Suomessa (E-S) ja Pohjois-Suomessa (P-S) vuonna 1991. Männyn latvuksen kuntoindeksi Tutkimme männyn latvuskuntoa Itä-Lapin met sävaurioprojektin koealoilla vuonna 1991. Yh distimme neljän latvustunnuksen tiedot pää komponenttianalyysin avulla latvuksen kunto indeksiksi (kuva 125). Indeksi sisältää koeala kohtaista tietoa keskimääräisestä harsuuntu misasteesta ja neulasvuosikertojen määrästä ylälatvuksessa. Näiden lisäksi mukana on tietoa sellaisten puiden prosenttiosuudesta, joilla oli kuolleita oksia ja joilla latvuksen kärki oli pyö ristynyt tai epämuotoinen. Suomen puolella kuntoindeksi ei osoittanut latvuksien vaurio-oireiden lisääntymistä itään päin. Sen sijaan Venäjän puoleisilla koealoilla latvuskunto heikentyi voimakkaasti lähestyt täessä Montsegorskin tehdasaluetta. Täällä huonon latvuskunnon ja mallitetun ilman kes kimääräisen SO a-pitoisuuden, naavamaisten jäkälien niukkuuden ja neulasten suurten rik ki-, kupari- ja nikkelipitoisuuksien kesken ha vaittiin yhteys. Inarin Lapissa latvukset olivat huonokuntoisimpia pisimmillä puilla, mikä viit taa ankaran ilmaston vaikutukseen. Keski-La pissa havaitsimme lievää latvuskunnon heiken tymistä puiden pituuden ja metsikön iän kasva essa. Suomen puoleisilla koealoilla emme löytä neet latvuskunnon ja ilman S0 2 -pitoisuuden väliltä yhteisvaihtelua. Sen sijaan Keski-Lapissa typen ja kuparin ja Inarin Lapissa typen ja fos forin niukkuus neulasissa korreloi huonon lat vuskunnon kanssa. Harsuuntuneimmat männyt Pohjois- Lapissa ja Montsegorskin ympäristössä Puiden harsuuntuminen tarkoittaa niiden suh teellista neulas- ja lehtikatoa. Se on monistres sioire, jolla voi olla erilaisia syitä. Harsuuntumi sen ja muiden näkyvien latvusoireiden arviointi 125 Kuva 125. Männyn latvuksen kuntoindeksissä käytetään tunnuksina koealojen mäntyjen keskimää räistä harsuuntumisastetta. neulasvuosikertojen lukumäärää ylälatvuksessa sekä oksatuhoistenja latvastaan epämuotoisten puiden osuutta koealalla. mahdollistaa kuitenkin laajojen metsäalueiden yleiskunnon seuraamisen vuosittain. Tutkimme mäntyjen harsuuntumista koeala linjoilla 1-6 sekä Norjassa ja Kuolassa Montse gorskin ympäristössä vuonna 1991. Keski-Lapin koealoilla männyt olivat menet täneet keskimäärin 13 % neulasistaan (kuva 124 a). Inarin Lapissa mäntyjen neulaskato oli 15 %. Montsegorskin ympäristössä neulaskato oli 26 % eli kaksinkertainen Keski-Lappiin ver rattuna. Neulaskadon aste siis kasvaa lievästi pohjoiseen päin ja voimakkaasti lähestyttäessä Severonikelin sulattoa. Norjan puoleisilla koe aloilla lähellä Nikeliä puusto ei ollut kovin har- 126 suuntunutta, mikä saattaa johtua metsiköiden nuoremmasta iästä. Vertailutasoksi voidaan ottaa Metsäntutki muslaitoksen koko Suomea koskevat neulas katotiedot vuodelta 1991. Niiden mukaan Etelä- Suomen mäntykoealojen keskimääräinen har suuntumisaste oli 10 % ja Pohjois-Suomen 12 %. Neulasvuosikertojen määrä lisääntyy luontai sesti pohjoiseen päin. Tämä havaitaan myös vertaamalla Lapin koealalinjoja keskenään (kuva 124 b). Mäntyjen yläoksilla oli Keski-Lapissa kes kimäärin 4-5 ja Inarin Lapissa 5-6 neulasvuosi kertaa. Yksittäisillä männyillä neulasvuosiker toja saattoi kuitenkin olla huomattavasti enem män. Kiikarilla tarkastellen arviot neulasvuosi kerroista ovat yleensä pienempiä kuin oksanäyt teistä lasketut. Suomen puolella keskimääräinen harsuun tumisaste koealoilla vaihteli 6:sta 26 %:iin ja oli erilaista eri tutkimuslinjoilla. Harsuuntumisaste ei lisääntynyt eivätkä neulasvuosikertojen mää rät vähenneet itää kohden. Esimerkiksi linjalla 2 mäntyjen harsuuntumisessa ei Suomen puolella havaittu itä-länsisuuntaista vaihtelua, vaan har- Kuva 126 a, b. Mäntyjen keskimääräinen neulas kato sekä mallin avulla laskettu ilman keskimää räinen S02-pitoisuus (a) ja ylälatvuksesta arvioitu neulasvuosikertojen lukumäärä (b) linjan 2 koe aloilla vuonna 1991. suuntuneet koealat vuorottelivat vähemmän harsuuntuneiden kanssa kautta koko linjan (kuva 126 a). Sen sijaan Venäjän puoleisilla koe aloilla puustovauriot voimistuivat päästölähdet tä kohti: mäntyjen neulasmassa pieneni selvästi 30-60 km:n etäisyydellä Montsegorskin sulatos ta ja 10 km:n päässä jäljellä oli vain yksi neulas vuosikerta (kuva 126 b). Samanlaisia tuloksia saimme myös muita kuntotunnuksia käyttämällä. Oksatuhot, neu lasten väriviat, latvan epämuodostumat ja muut tuhot lisääntyivät lähellä Montsegorskin sulat toa. Ilman keskimääräisen S02-pitoisuuden ja puiden vaurioiden yhteisvaihtelu voitiin osoittaa tilastollisesti Kuolan puoleisilla, mutta ei Suo men puoleisilla koealoilla. Neulasten näkyvät vaurio-oireet Lapissa männyn neulasten ikä vaihtelee viidestä kahdeksaan vuoteen, paikoin neulasvuosikertoja saattaa olla enemmänkin. Neulaset vaurioituvat monesta eri syystä, esimerkiksi hyönteisten ja sienitautien sekä ilman epäpuhtauksien takia. Eri tekijät voivat aiheuttaa hyvin samannäköi sen oireen. Vaurio voi syntyä myös usean eri te kijän yhteisvaikutuksesta. Neulasessa voi esiin tyä sen elinaikana useita eri vaurioita. 3 Neulas vauriot ilmenevät usein joko ilmarakojen ympä ristössä kuolleina soluina tai neulasten kärkien kellastumisena ja ruskettumisena.4' 5 Ilman epäpuhtaudet aiheuttavat neulasissa sekä akuutteja että kroonisia näkyviä vaurioita. Akuutteja vaurioita syntyy etenkin nuoriin neu lasiin, kroonisia vaurioita syntyy vähitellen neulasten iän kasvaessa. Kasvavien neulasten kärjet vaurioituvat helposti akuuttien pitoisuuk sien, etenkin rikkidioksidin ja otsonin vaikutuk sesta. Kroonisia vaurioita voi syntyä liiallisten epäpuhtauskertymien, kuten rikin ja metallien yhteisvaikutuksena. Haitalliset aineet kerään tyvät neulasten kärkisoluihin ja solut vaurioi tuvat ja kuolevat kertymän ylittäessä kriittisen tason. Neulasissa esiintyy paljon myös piileviä vaurioita, jotka tulevat hyvin hitaasti näkyviin. Syksyllä 1990 kerättiin oksanäytteet viidestä männystä kaikilta Itä-Lapin metsävaurioprojek tin metsikkökoealoilta. Yksityiskohtainen vau riotarkastelu tehtiin laboratoriossa kymmenestä vuosikerran keskiosasta otetusta neulasesta. 127 Neulasten vanheneminen pohjoisissa oloissa Monet stressit kiihdyttävät kasvien van henemista. Pohjoisessa havupuiden neu laset ovat kuitenkin pitkäikäisiä. Lapin metsissä männyn neulaset voivat säilyä jopa kahdeksan vuotta. Kuusella on Pohjois-Suomessa 13-14 neulasvuosi kertaa. Vihreiden neulasten ennenaikai nen vanheneminen voi paljastua monien eri tekijöiden aiheuttamaksi. Neulasten lipidit ja proteiinit ovat erityisen alttiita vanhenemiselle. Männyn neulaspintoja peittää kuti kula. Sen päällä ja osin sen sisällä on vahakerros, joka suojaa neulasia niiden elinaikana. Ulkoiset tekijät kuten sade, tuulen mukana lentävä lumi ja ilman epäpuhtaudet kuluttavat neulaspinnan vahapeitettä ja muuttavat kutikulan ominaisuuksia. Näin neulasten vanhe neminen kiihtyy (kuva 127a-h). Soluliman rasvakeräytymien lisään tyminen on neulasten vanhenemisen ensimmäisiä elektronimikroskooppisia oireita. Solulima tummuu ja solun ra kenneosasten erottuvuus heikkenee sekä vanhenemisen että happaman sateen vaikutuksesta (kuva 128 a ja b). Kuusella lisääntyvät myös viherhiukkas ten varastorasvat (plastoglobulit). Kuva 127a-h. Eri-ikäisten männyn neulasten vahapin taa Raja-Joosepista syksyllä 1990. Kuluvan vuoden neulanen (a), vuosien 1989-83 neulaset (b-h). Suuren nos x 300. Kuva 128 a. b. Männyn neulasten yhteyt tävää solukkoa Lapin tutkimuslaitoksen hapansadekokeelta Kevolta syyskuussa 1989. Kuluvan vuoden männyn neula nen, kuivakontrolli. Viherhiukkaset ja solulima ovat terveitä. Suurennos x 3 400 (a). Kuusivuotias männyn neula nen, sadetus pH 3. Solulima on tummaa, siinä on runsaasti rasvakertymiä ja vi herhiukkaset erottuvat huonosti. Suuren nos x 2 500 (b). 128 Kuva 129. Kioroottisia ja nekroottisia kärkivauri oita ja nekroottisia laikkuvaurioita ilmarakojen ympärillä männyn neulasissa 2 km Montsegors kin tehdasalueelta länteen. Kuva otettu kesäkuun 1994 lopulla. mentäessä. Tämä johtui kuolleitten eli nekroot tisten neulaskärkien yleisyydestä metallisulaton lähellä. Kuolleita neulasten kärkiä esiintyi 20- 40 %:ssa neulasista noin 40 km:n päähän teol lisuusalueesta. Yli 90 %:ssa neulasista oli kel taiset kärjet vielä 100 km:n päässä teollisuus alueelta (kuva 131 b). Ilmarakojen ympärillä keltaisia kloroottisia laikkuja esiintyi Montsegorskista Kemi-Tornion alueelle kulkevalla linjalla 1. Ilmarakokloroosit olivat erittäin yleisiä mm. Kemi-Tornion alueen tuntumassa. Samantyyppisiä vaurioita oli run saasti myös Lapin itäosissa linjalla 7, Lapin kes kiosissa linjalla 2 ja pohjoisimmassa Lapissa sekä idässä että lännessä (kuva 131 a). Kuva 130. Akuutti kärkivaurio vuoden ikäisissä männyn neulasissa 2 km Montsegorskin tehdas alueelta länteen. Kuva otettu kesäkuun 1994 lopulla. Tutkittavina olivat vuosina 1988, 1989 ja 1990 syntyneet neulaset. Samoista näytteistä analy soitiin myös neulasten kemiallinen koostumus. Saastevaurioita Kuolassa ja Suomen Lapissa Neulasten vaurio-oireet keskittyivät joko ilma rakojen lähistölle tai neulasten kärkiin (kuvat 129 ja 130). Neulasten kloroottinen kärkivaurio eli keltakärkisyys oli erittäin tavallinen oire Kuo lan koealoilla Montsegorskin ympäristössä. Kel takärkisyys lisääntyi teollisuusalueelta poispäin Neulasten solukko- ja hienorakennevauriot Ilman epäpuhtauksien aiheuttamien neulasten pinta- ja sisärakenteen muutosten on todettu ilmentävän herkästi neulasten toiminnan häiri öitä jo ennen näkyviä vaurioita tai kasvun muut tumista. Rakenteelliset muutokset neulasten pinnalla tai sisällä voivat olla merkki mm. eri laisten biosynteesien häiriintymisestä (kutikula ja vahasynteesi, yhteyttäminen, rasvaaineen vaihdunta) tai myös epäpuhtauksien aiheutta mista suorista kemiallisista reaktioista. 6 ' 7 - 8 Männyn neulasissa on vahapeite, joka koos tuu ilmarakoalueella vahaputkista ja ilmarako jen välisillä alueilla sileistä vahalevyistä. Vaha peite, kutikula ja epidermi muodostavat suojan veden haihtumista, ravinteiden huuhtoutumista ja vieraiden aineiden tai taudinaiheuttajien tun keutumista vastaan. Lappilaisille männyn neula sille on ominaista vahapeitteen kehityksen vii västyminen ja häiriintyminen sekä nopea kulu minen etenkin lämpöoloiltaan epäedullisina vuo sina. 6 - 9 Monet rakennemuutokset ovat seurausta saastealtistuksen aiheuttamasta neulasten en nenaikaisesta vanhenemisesta. Tämä voidaan nähdä sekä pintavahojen kulumisena että rasva aineiden kasaantumisena solujen sisälle ja solu liman rakkuloitumisena. Soluvaurioiden avulla pystytään arvioimaan erilaisten stressien osuut ta neulasvaurioissa, sillä kokeissa esimerkiksi alailmakehän otsonipitoisuuden kohoamisen. 129 pakkasen ja monien ravinnehäiriöiden on todet tu aiheuttavan melko omantyyppisiä rakenne muutoksia. Tarkoituksemme oli selvittää, esiintyykö La pin mäntyjen neulasissa valo- tai elektronimik roskooppisia oireita, jotka voitaisiin yhdistää otsonin, happaman laskeuman tai raskasmetal lien haitallisiin vaikutuksiin. Teimme tutkimuk sia sekä Suomen Lapissa että Kuolan teollisuus alueilla. Keräsimme neulasnäytteitä toistuvasti vuosina 1990-93 samoilta koealoilta, joilta koot- Kuva 131 a, b. Ilmarakokloroosin (> 50 %) esiinty minen Itä-Lapin metsävaurioprojektin koealoilla (a) sekä näkyvien vaurio-oireiden osuus nuorim missa männyn neulasissa eri etäisyyksillä Mont segorskista länteen (b) vuonna 1990. tiin aineistoa myös neulasten kemiallisia ja bio kemiallisia analyysejä sekä puuston elinvoiman tutkimusta varten. Vahapeitteet kuluneita Lapissa ja Kuolassa Lähes kaikkien yksivuotiaiden männyn neulas ten vahapeite oli melko voimakkaasti kulunut, ja täysin terveitä neulasia oli harvassa. Yleisimmin vahaputkien peittävyys ilmarakoalueella oli 31- 70 % verrattuna täysin terveeseen neulaseen. Noin kolmanneksella Itä-Lapin metsävauriopro jektin koealoista oli neulasten vahaputkista jäl jellä enää alle 30 %. Nämä koealat keskittyivät selvästi Montsegorskin ympäristöön ja Suomen itärajalle (kuvat 132 a-d ja 133). Neulasten vahapeite kului nopeimmin Suo men Lapin pohjoisimmalla koealalinjalla. Mont segorskin sulattoa lähestyttäessä vahapeitteen kulumisnopeus kasvoi jyrkästi: 8 km:n päässä Montsegorskista vahojen kuluminen oli keski määrin 2,5 kertaa nopeampaa kuin koko tutki musalueella. Vahapeitteen voimakkaan kulumi sen alue ulottui noin 40 km:n päähän Montse gorskin tehtaista. Suomen puolella neulasten vahapeite oli voimakkaasti kulunut Kemi-Tor nion ja Kemijärven alueella (kuva 132 b). 10 Soluissa monenlaisia vaurioita Suomen Lapin koealoilta mäntyjen neulasista löytyi sekä terveitä että eri tavoin vaurioituneita soluja (kuva 134 a ja b). Yleisimpiä oireita olivat viherhiukkasten pieneneminen ja tummuminen ja soluliman voimakas rakkuloituminen (kuvat 135 a ja b sekä 136 a ja b). Kokeellisen taustatie don perusteella oireistot viittaavat otsonin ja happaman laskeuman vaikutuksiin. 11 ' 12 Kuolan neulasille oli ominaista tiheä solu rakenne (kuva 137 a). Soluvauriot olivat yleisiä monilla koealoilla, mutta kokonaan hajonneita soluja oli eniten Montsegorskin lähellä alle 40 km sulatosta. Hajonneet solut olivat usein vain toisella puolella mesofylliä, ja niissä oli jäljellä soluseinät solun sisällön täysin tuhouduttua (kuva 137 b). Soluliman rakkuloituminen Suo men Lapissa voi olla happaman sateen ja sen aiheuttaman heikentyneen pakkasensietokyvyn yhteisvaikutusta, jonka viimeinen vaihe näkyy solujen hajoamisena Kuolassa. 13 130 Solurakenteessa havaitut neulasten ravinnehäiriöt olivat myös yleisimpiä Kuolan alueella. Noin 10 km:n päässä sulatosta esiintyi yleisesti viherhiukkas ten epämuodostumia, jotka näkyivät kuroumina (kuva 137 c ja d). Yhteyttävät kalvot olivat enimmäkseen hyväkuntoi sia, mutta viherhiukkasten tummumi nen oli yleistä ja niihin kertyneet rasva palloset (plastoglobulit) olivat usein pie niä ja vaalentuneita. Oire oli yleinen alle kaksi vuotta vanhoissa neulasissa, mut ta myös nuoremmissa neulasissa vauriot näkyivät, joskin lievempinä (kuva 137 d). Vaurioituneiden solujen solulima oli har vaa, ja joskus siihen kasaantui kalvo sykeröitä. Tämän vauriotyypin aiheut tajana ovat todennäköisimmin rikkilas keuma ja otsoni yhdessä raskasmetal lien sekä pakkas- ja ravinnehäiriöiden kanssa. Kuva 133. Itä-Lapin metsävaurioprojektin koealat, joilla yksivuotiaiden männyn neulasten ilmarakojen vahaput kien peittävyys vuonna 1990 oli enää 0-30 % täysin ter veen neulasen vahapeitteestä. Kukin kolmio vastaa vaho jen kulumisen osalta kuvaa 132 c. Kuva 132a-d. Yksivuotiaiden män nyn neulasten vahapeitettä. Vahaput kien peittävyys ilmarakoalueilla mer kitty sulkuihin. Hyväkuntoinen vaha peite (100 %) Lokasta (a). Melko huo nokuntoinen vahapeite (31-70 %] Kemi-Tornion alueelta (b). Huonokun toinen vahapeite (0-30 %) Kovdorista (c). Erittäin huonokuntoinen vahapeite (O %) 8 km Montsegorskista länteen (d). Kovdorista ja Montsegorskista kerättyjen neulasten pinnalla on run saasti epäpuhtaushiukkasia. Suuren nos x 370. 131 Kuva 134 a, b. Terveen männyn neu lasen mesofyllin soluja, joissa vaale at, jyvämäiset viherhiukkaset (nuolet) erottuvat tasaisen vaaleassa soluli massa (tähdet). Näyte kerätty loka marraskuussa 1990 koealalinjalta 5 Suomen Lapista. Suurennos x 160 (a) ja x 3 500 (h). Kuva 135 a, b. Otsonialtistukselle tyy pillisiä pienentyneitä ja tummia viher hiukkasia männyn neulasen meso fyllin soluissa (nuolet). Näyte kerätty loka-marrakuussa 1990 koealalinjal ta 1 Suomen Lapista. Suurennos x 160 (a) ja x 3 500 (b). Kuva 136 a, b. Happamalle sateelle ja/tai sen vaikutuksesta lisäänty neelle pakkasen sietokyvyn alenemi selle tyypillistä soluliman rakkuloitu mista männyn neulasen mesofyllin soluissa (tähdet). Näyte kerätty loka marraskuussa 1990 koealalinjalta 6 Suomen Lapista. Suurennos x 160 (a) ja x 3 500 (b). Kuva 137 a-d. Yksivuotias männyn neulanen Kantalahdesta 115 km Montsegorskista etelään. Terveitä mesofyllin soluja. Suurennos x 20 (a). Kaksivuotias männyn neulanen 10 km Montsegorskista länteen. Pakka sen aiheuttama mesofyllin solujen tu houtuminen (nuoli). Suurennos x 20 (b). Yksivuotiaan hyväkuntoisen män nyn neulasen mesofyllin solu Upolok shasta 63 km Montsegorskista län teen. Suurennos x 3 400 (c). Kaksi vuotiaan männyn neulasen mesofyl lin solu noin 10 km Montsegorskista länteen. Pieniä vaalentuneita plastog lobuleja ja epämuodostuneita klorop lasteja. Irrallisia osia solulimassa (nuoli). Suurennos x 5 100 (d). K = kloroplasti, SL = solulima, P = plasto globuli, G = granakalvosto, T = tannii ni, V = vakuoli, M = mitokondrio. 132 Neulaspinnan kastuvuus Neulaspinnan kastuvuus määräytyy pääasiassa vahapeitteen ja sen kemiallisten ominaisuuksien mukaan: mitä vähemmän neulasissa on vaha putkia ja niiden sisältämiä sekundäärisiä alko holeja, sitä kastuvampi eli hydrofiilisempi on neulaspinta. Neulasten vesitalous häiriintyy kas tuvuuden lisääntyessä, ravinteita huuhtoutuu ulos ja ilman epäpuhtaudet tunkeutuvat hel pommin neulasten sisään. 6, 8 ' 9 Syksyllä 1990 keräsimme neulasnäytteitä Suomen puolelta 107:ltä ja Venäjän puolelta 7 koealalta, yhteensä 356 männystä. Tutkimme laboratoriossa kahden nuorimman neulasvuosi kerran neulaspinnan kastuvuuden kontaktikul mamittausten avulla. Neulasten pinnalle asetet tiin yhden mikrolitran kokoinen vesipisara, jota sivuavan tangentin ja neulaspinnan välinen kul ma mitattiin mikroskooppiin asennetun astele vyn avulla (kuva 138 a). Neulaspinnan kastuvuutta ilmaisevien kon taktikulmamittausten perusteella lappilaisten mäntyjen neulaspinta oli kastuvampi kuin ete läisten. Tähän on todennäköisesti syynä vaha putkien vähyys, mikä johtuu toisaalta vahapeit teen kehittymättömyydestä ja toisaalta nopeasta kulumisesta. Alueellisesti tarkasteltuna neulas pinnan vuotuinen kastuvuuden muutos oli suu rin pohjoisilla linjoilla 3, 5 ja 6. Neulasten vuotuinen kastuvuuden muutos kasvoi jyrkästi lähestyttäessä Montsegorskin tehtaita (kuva 138 b). Kuolan koealoilla kontak tikulman muutos oli noin viisi astetta suurempi kuin keskimäärin muualla tutkimusalueella. Voimakkaan vaikutuksen alue ulottui noin 60 km:n päähän Montsegorskin tehtaista. Havait simme linjalla 1 selvästi Kovdorin ja Kemijärven sekä Kemi-Tornion alueen vaikutuksen. Nikelin sulaton vaikutuspiirissä (50-100 km:n etäisyy dellä) neulasten kontaktikulman vuotuinen muutos oli 4-10 astetta (kuva 138 c). Kuva 138a-c. Neulaspinnan kastuvuutta tutki taan kontaktikulmamittauksilla. Valomikroskoo pissa olevalla astelevyllä mitataan neulasen pin nan sekä neulasen pinnalle pipetillä asetetun 1 μl:n kokoista vesipisaraa sivuavan tangentin väli nen kulma. Mitä pienempi kulma on, sitä kastu vampi on neulanen (a). Neulaspinnan kastuvuu den muutos männyn neulasen ensimmäisen elin vuoden aikana koealalinjalla 1. Mitä suurempi asteluku on, sitä suurempi on yhdessä vuodessa tapahtunut kastuvuuden muutos. Kemi-Tornion alue, ↓↓ Kemijärvi, ↓↓↓ Kovdor (b). Neulaspin nan kastuvuuden muutos männyn neulasen en simmäisen elinvuoden aikana koealalinjalla 4 Suomen Lapissa (c). 133 Peroksidaasit stressin ilmentäjinä neulasissa Vihreiden neulasten toiminnan häiriöitä ja ra sittumista ei voida havaita paljain silmin. Muu toksia voidaan kuitenkin tutkia mittaamalla eri laisia puolustusreaktioita, joissa entsyymit ja antioksidantit estävät soluja vahingoittumasta. Ilman epäpuhtaudet voivat lisätä soluille haital listen hapen aktiivisten muotojen ja erilaisten välituotteiden määrää. Nämä puolestaan voivat vaurioittaa solukalvoja, vaikuttaa elintärkeisiin entsyymitoimintoihin ja aineenvaihdunnan lop putuotteisiin. Hapen aktiivisten muotojen hait tavaikutusten oletetaan lisääntyvän myös kasvi solukoiden vanhetessa. Peroksidaaseja pidetään epäspesifisinä, jos kin varhaisessa vaiheessa reagoivina ilman epä puhtauksien ilmentäjinä. Ne hapettavat mole kyylejä vetyperoksidin avulla seuraavasti: RH2 (pelkistynyt yhdiste) + H 2 0 2 R (hapettunut yhdiste) + 2 HaO. Solunulkoiset peroksidaasit ovat soluvälitilassa olevia ja soluseiniin sitoutu neita entsyymejä, jotka osallistuvat soluseinän rakenteiden muodostamiseen ja korkkiutumi seen. Mittasimme männyn neulasten peroksidaa sientsyymien aktiivisuutta Montsegorskin päästölähteiden läheisyydestä vuosina 1992 ja 1993 kerätyistä näytteistä. Neulasten liukois ten peroksidaasien aktiivisuudet olivat Montse gorskin teollisuusalueen lähiympäristössä kor keampia kuin kauempana (kuva 139). Solunul koisissa peroksidaaseissa oli havaittavissa sa- manlainen ilmiö (kuva 140). Eri-ikäisten neu lasten peroksidaasiaktiivisuuden taso vaihteli eri kasvupaikoilla. Peroksidaasien aktiivisuu den kohoaminen voi ilmentää neulasten rasit tumista ja osoittaa neulasten toiminnan häi riintyneen. Neulasten alkuainekoostumus Neulasista ja lehdistä voidaan analysoida alku aineiden määrä ja pitoisuus. Tämän perusteella kyetään arvioimaan, kärsiikö puu joidenkin ra vinteiden puutteesta vai onko joitakin ravinteita liikaa. Lisäksi voidaan tehdä päätelmiä ilman epäpuhtauksien leviämisestä. 14 Keräsimme koealoilta neulasnäytteet kemial lisia analyysejä varten vuosina 1990 ja 1991. Näytteistä määritettiin typpi-, fosfori-, kalium-, kalsium-, magnesium-, rikki-, rauta-, boori-, kupari-, sinkki-, mangaani-, alumiini-, natrium-, kadmium-, nikkeli-ja kromipitoisuudet. Lapissa neulasten typpi- ja fosforipitoisuudet puutosrajalla Lapin metsiköille oli tyypillistä alhaiset neulas ten typpi-ja fosforipitoisuudet (kuvat 142 a ja b). Kolmasosassa metsiköitä männyn neulasissa oli typpeä vähemmän kuin 11 mg/g, mitä pidetään typen puutosrajana. 15 Puolessa tutkituista met siköistä myös fosforipitoisuudet olivat alle kirjal lisuudessa mainitun puutosrajan, 1,45 mg/g. 15 Kuva 139. Männyn neulasten liukoisten peroksi daasien aktiivisuus (DA 470 nm/min/mg prot.) eri etäisyyksillä Montsegorskista länteen maalis kuussa 1992. Kuva 140. Männyn neulasten solunulkoisten peroksidaasien aktiivisuus (DA 470 nm/min/mg prot.) eri etäisyyksillä Montsegorskista länteen helmikuussa 1993. 134 Kuva 141 a, b. Nuorimpien männyn neulasten keskimääräinen rikki- (a) ja kuparipitoisuus (b) Itä-Lapin metsävaurioprojektin koealoilla Suomen Lapissa vuonna 1990. Kuva 142a-l. Männyn neulasten keskimääräiset alkuainepitoisuudet neulasvuosikerroittain Itä-Lapin metsävaurioprojektin koealoilla Suomen Lapissa vuonna 1990. 135 Neulasten rikkipitoisuus ja ilman S O2 -pitoisuus Rikki on puille välttämätön ravinne, valkuaisai neiden ja entsyymien rakenneosa. Suurimman osan tarvitsemastaan rikistä puut ottavat juuril laan maasta sulfaatti-ionina (S0 4 2 ). Osa puiden käyttämästä rikistä on peräisin ilmasta, josta sitä kulkeutuu lehtien ja neulasten ilmarakojen kautta rikkidioksidina (S02) yhteyttäviin solu koihin. Ilman rikkidioksidi- tai maaperän sul faattipitoisuuksien kohoamisen vaikutuksesta myös neulasten rikkipitoisuuden on yleensä havaittu nousevan. Lapista ja Kuolasta kerätys tä aineistosta ilmeni niin ikään, että mitä enem män ilmassa oli rikkidioksidia, sitä suurempia olivat männyn neulasten rikkipitoisuudet (kuva 143). Puutostilan vallitessa rikkiä siirtyy vanhem mista neulasista nuorempiin. Perinteisesti onkin havaittu neulasten rikkipitoisuuden saastumat tomassa ympäristössä laskevan niiden vanhe tessa. Uusimmissa ilman epäpuhtauksia käsit televissä tutkimuksissa on kuitenkin havaittu, että rikkidioksidin kuormittamassa ympäristös sä neulasten rikkipitoisuus kohoaa niiden van hetessa. Tämä tuli myös esiin etäännyttäessä Montsegorskista länteen ja Nikelistä lounaaseen kohti Suomen Lappia (kuva 143). Kuva 143. Nuorimpien ja niitä vuotta vanhempien männyn neulasten rikkipitoisuus vuonna 1990 sekä mallin avulla laskettu ilman keskimääräinen rikkidioksidipitoisuus eri etäisyyksillä Montsegorskista ja Nikelistä koealalinjoilla 2 ja 4. Inarin Lappi poikkesi muusta Lapista niin, että siellä neulasten typpi-, magnesium-, boori-, nat rium- ja rautapitoisuudet olivat hieman korke ampia. Sen sijaan mangaanipitoisuudet olivat alhaisempia. Neulasten rikkipitoisuus vaihteli välillä 640-1 020 mg/kg ja kohosi siirryttäessä Länsi-Lapista Itä-Lappiin (kuva 141 a). Neulasten kromipitoisuudet olivat kautta koko Lapin hyvin alhaiset; ainoa poikkeus oli Tornion terästeh taan lähiympäristö, missä pitoisuudet olivat sel västi muuta Lappia korkeampia. Samoin neulas ten rautapitoisuudet olivat hieman korkeampia Tornion lähiympäristössä kuin muualla Lapissa. Muiden ravinteiden pitoisuuksissa ei ilmennyt alueellisia eroja. 136 Nikelin saastepäästöt näkyvät neulasissa Inarin itäosissa Metallisulattojen ympäristössä on vaikea osoit taa eri saastukkeiden yksittäisvaikutuksia. Sud buryssä Kanadassa nikkeli-kuparisulaton suu ret rikkidioksidi- ja raskasmetallipäästöt ovat tuhonneet ympäristön metsiä vuosikymmenien aikana. Näin on tapahtunut myös Montsegors kissa ja Nikelissä. Sudburyssä 42 % kupari-, 52 % rauta- ja 40 % nikkelipäästöistä laskeutuu 60 km:n säteelle tuotantolaitoksista. 16 Sama il meni neulasanalyysien perusteella myös Mont segorskin ja Nikelin ympäristössä. Männyn neulasten typpi-, fosfori-, kalium-, kalsium- ja magnesiumpitoisuudet olivat Mont segorskin ja Nikelin sulattojen ympäristössä alhaisia, mutta riittäviä puiden kasvulle (kuva 144a-e). Saastepäästöjen vaikutuksesta neulas ten magnesiumpitoisuudet olivat laskeneet. Silti ne olivat vielä selvästi puutosrajan yläpuolella. Montsegorskin ja Nikelin sulattojen lähellä neulasten rikkipitoisuudet olivat normaalia suu remmat (kuva 144 f). Sen sijaan Suomen rajan tuntumassa sijaitsevilla koealoilla neulasten rik kipitoisuudet olivat jo lähes normaalilla tasolla. Montsegorskissa ja Nikelissä sekä niiden lähi ympäristössä todetut neulasten nikkeli-, rauta-, alumiini- ja kuparipitoisuudet olivat tällaisille paikoille tyypillisiä (kuva 144g-j). 17' 18 Nikelin sulaton vaikutus näkyi Suomen puolella Inarin Lapin itäosissa hieman kohonneina neulasten Neulasten pinnalla olevat metallihiukkaset Metallihiukkasten merkitystä havupuiden vau rioittajina ei paljonkaan tunneta. Toisaalta eten kin vanhimmat männyn neulaset Kuolassa ja Lapissa ovat lähes aina vaurioituneita (kuva 146). Tutkimme männyn neulasten pinnoille tart tuneiden hiukkasten määrää, kokoaja laatua vuosina 1986 ja 1990 syntyneistä neulasista. Näytteet keräsimme Montsegorskin ja valtakun nanrajan väliseltä alueelta huhtikuussa 1991. Sen lisäksi tutkimme nuoria saman kesän neu lasia, jotka keräsimme heinäkuussa 1992. Ana lysoimme hiukkaset 3125,23 pm 2 :n alalta neu lasten pinnalta 15 eri kohdasta. Saman neula sen tulokset yhdistettiin. Yleisimmät hiukkaset olivat rauta (30,8 %), pii (18,8 %), kalsium (11,2 %), nikkeli (8,2 %), rikki (6,3 %), alumiini (5,7 %) ja kupari (5,2 %). Rikkiä löytyi hiukkasista rikkipitoisena rautana, nikkelinä ja piinä, kalsiumsulfaattina sekä alku aine-, kuparikiisu-ja lejeerinkirikkinä. Neulas ten vaurioilla ja hiukkasmäärillä oli selvä yhteys. Hiukkasia oli runsaasti kaikilla neulaspinnoilla metallisulaton tuntumassa 10-35 kilometrin etäisyydellä. Pieniä hiukkasia, joiden pinta-ala Kuva 144a-k. Nuorimpien männyn neulasten keskimääräiset alkuai nepitoisuudet eri etäisyyksillä Montsegorskista länteen koealalin jalla 2. Suomen puolen havainnot vuodelta 1990 ja Venäjän puolen havainnot vuodelta 1991. 137 Kuva 145 a, b. Hiukkasten kokojakauma vuosina 1986 (a) ja 1990 (b) syntyneiden männyn neulasten pinnoilla eri etäisyyksillä Montsegorskista länteen. Kunkin etäisyyden kohdalla on kaksi pylvässarjaa, joista vasen kuvaa neu lasen tyveltä ja oikea neulasen kärjestä tarkasteltujen hiukkasten kokojakaumaa. Kuva 146. Vaurioitunut männyn neula nen noin 36 km Montsegorskista länteen. Neulasessa on kuollut kärki sekä kloroot tisia ja kuolleita solukoita ilmarakorivien kohdalla ja väleissä. Myös neulasen tyvi on vaurioitunut. oli alle 1 pm 2 , oli neulaspinnoilla eten kin sulaton lähellä, mutta niitä esiin tyi melko runsaasti kaukana teollisuus alueiden ulkopuolellakin (kuva 145 a ja b). Tulokset osoittavat, että metallit ja metalliset rikkiyhdisteet kulkeutuvat hyvin pieninä hiukkasina kaasumaisten aineitten ja vesipisaroiden mukana. Ne kertyvät metsäekosysteemin vihreisiin osiin sekä maahan ja liukenevat hitaasti ympäristöön. Hiukkaset saattavat olla aikaa myöten vaaraksi, koska metalli- ja rikkipitoinen neulaskarike ja maaperä voivat vähitellen tulla myrkyllisiksi. 138 Neulasten hienorakenteen ja rikkipitoisuuden välinen yhteys Otsonin, rikkidioksidin ja happaman sateen on todettu häiritsevän kasvien toimintoja monin tavoin. Havupuiden neulasten soluissa nämä aiheuttavat kukin toisistaan ja muista ympäris tön haittatekijöistä poikkeavan oireiston. Tässä tutkimuksessa pyrimme selvittämään mikroskooppisin menetelmin Suomen Lapista loka-marraskuussa 1990 kerättyjen männyn neulasten soluissa esiintyviä muutoksia. Löy simme neulasista mm. tyypillisiä rikkidioksidin aiheuttamia oireita. Oireiden esiintyminen oli satunnaista, eikä niiden ja neulasten rikkipitoi suuksien tai mallitetun ilman keskimääräisten rikkidioksidipitoisuuksien välillä todettu tilastol lista riippuvuutta. Tilastollisen yhteyden puut tuminen suoran rikkivaurion ja lehtien tai neu lasten rikkipitoisuuden välillä on varsin yleistä. Sen arvellaan johtuvan rikkidioksidin vaikutus tavasta, joka riippuu mm. päästölähteen lähei syydestä, vaikutuspitoisuudesta ja -ajasta. Sen sijaan hapansadeolreiston ja neulasten rikki pitoisuuden välinen riippuvuus oli tässä tutki muksessa suuntaa antava sekä oireen ja ilman rikkidioksidipitoisuuden välinen riippuvuus merkitsevä. Kohonneiden ilman rikkidioksidipitoisuuk sien takia kuivalaskeuman osuudeksi Lapissa on arveltu yli puolet koko rikkikuormituksesta. Viimeaikaisissa kokeellisissa vaikutustutkimuk sissa on todettu, että pelkkä kuiva- ja märkä laskeuman arviointi aliarvioi kasvustoon koh distuvaa rasitetta. Sumu, kasteja kuura, joiden aiheuttama kosteus viipyy pitkiäkin aikoja leh tien ja neulasten pinnalla, voivat olla huomatta vasti happamampia kuin sadevesi. Näissä tilan teissa rikin kuivalaskeuma muuttuu märkälas keumaksi (kuva 147). Myös otsonille ominaisia oireita esiintyi Suo men Lapissa runsaasti. Oireiston määrän ja neulasten rikkipitoisuuden välinen riippuvuus oli merkitsevä ja oireiston määrän ja mallin avulla lasketun ilman keskimääräisen rikkidi oksidipitoisuuden välinen riippuvuus erittäin merkitsevä. Aikaisempien kokeiden nojalla tulos selittyy siten, että rikkidioksidi lisää otsonin hai tallisia vaikutuksia. kupari-ja nikkelipitoisuuksina (kuva 141 b). Sen sijaan Montsegorskin vaikutus ei näkynyt enää Suomen puolella Sallassa (kuva 144 g ja j). Useissa tutkimuksissa kohonneita nikkeli- ja kuparipitoisuuksia on havaittu noin 50 km:n etäisyydellä sulatoista. Nikkelin kriittinen myr kyllisyysraja vaihteleee kasvilajin mukaan välillä 10-50 mg/kg ja kuparilla välillä 20-30 mg/kg. Montsegorskin sulaton tuntumassa nuorim pien neulasten sinkkipitoisuudet lähestyivät puutosrajaa, 6-10 mg/kg (kuva 144 k). 19 Neulas ten mangaanipitoisuuden lasku etenkin Montse gorskin alueella ilmentää myös ilman epäpuh tauksien vaikutuksia, vaikkakin pitoisuudet oli vat vielä kaukana puutosrajasta, joka on 10-20 mg/kg. Neulasten mangaanipitoisuuden lasku johtuu osin puiden juuristojen heikosta kunnos ta. Tätä käsitystä tukee myös neulasten booripi toisuuksien lasku Montsegorskin sulattoa lähes tyttäessä. Neulasten korkeahkot natriumpitoi suudet johtunevat sen sijaan meren vaikutuk sesta. Neulasten pakkaskestävyys Pakkaskestävyys on puille elintärkeä ominai suus. Mäntymme on hyvin varustautunut Lapin talveen. Kuitenkin ilman epäpuhtaudet heiken tävät pakkaskestävyyttä ja vaarantavat männyn elinmahdollisuuksia sen levinneisyyden pohjoi sella äärialueella. Tutkimme Kuolan metallisulattojen päästöjen vaikutusta männyn neulasten pakkaskestävyy teen Kuolassa ja Suomen Lapissa vuosina 1991- 93. Teimme pakkasmääritykset kalvonvuototes 139 Kuva 147. Rikkilaskeuman ja neulasen välinen yhteys. Ilmassa muodostunut hapan märkälaskeuma sataa lehtien ja neulasten pinnoille. Hapanta laskeumaa muodostuu myös pinnoilla rikin kuivalaskeu man (kaasumainen S0 2 ja hiukkasmainen S O4 2-) reagoidessa sumun tai muun kosteuden kanssa. Kaa sumaista rikkidioksidia kulkeutuu neulasiin myös ilmarakojen kautta. tin avulla uusimman neulasvuosikerran neula sista keskitalvella (maksimaalinen pakkaskestä vyys), kevättalvella ja myöhäiskeväällä (suveen tumisvaihe) sekä syksyllä (talveentumisvaihe) intensiivikoealoilta. Keskitalvella alhaisin pakkaskestävyys Montsegorskissa Keskitalvella, tammi-helmikuussa, männyn neulasten pakkaskestävyys oli kaikilla Suomen puoleisilla koealoilla suurempi kuin -55 °C. Mit taustulokset viittaavat siihen, etteivät keskital ven ennätysmäisetkään pakkaset vaurioittaisi männyn neulasia Lapissa. Sen sijaan Venäjän puolella neulasten pakkasensieto vaihteli siten, että keskitalvella se oli heikoin Montsegorskissa, -30 °C, ja paras 80 km:n päässä sulatosta sijait sevassa Jenassa, yli -55 °C. Neulasvaurio tulok set tukevat näitä havaintoja. Neulasten vaurioi tumisaste -45 °C:ssa, joka käytetyistä testiläm pötiloista on lähinnä alueen kaikkien aikojen alhaisinta lämpötilaa, oli Montsegorskissa 83 % ja Jenassa 40 %. Vastaavat lukemat Suomen puolella olivat Ainijärvellä 40 % ja Sätsissä 42 % (kuva 148). Kevät kriittisintä aikaa Kevättalvella, huhtikuussa, neulasten pakkas kestävyys Suomen koealoilla vaihteli -33 °C:sta (Sätsi) -48 °C:een (Kirakkajärvi) (kuva 149 a ja b) Huomionarvoista on, että kevättalvella monella koealalla neulasten pakkaskestävyys oli vain hiukan suurempi kuin alueen kaikkien aikojen alhaisin lämpötila. Tulokset vahvistavat käsitys- 140 Kuva 148. Männyn neulasten vaurioitumisaste -45 °C:ssa intensiivikoealoilla Montsegorskin ympäristössä ja Suomen Lapissa 2.-4.2.1992. Kuva 149 a, b. Männyn neulasten pakkaskestä vyys intensiivikoealoilla Etelä- ja Keski-Lapissa (a) sekä Inarin Lapissa (b) huhti-toukokuussa 1991. Otsonialtistus ja puolustusproteiinit Kasveilla on luontainen kyky puolustautua tau dinaiheuttajia vastaan. Yksi osa tätä puolustau tumista ovat PR-proteiinit (pathogenesis related proteins), joita kutsutaan myös stressiproteii neiksi. Niiden kertyminen solukkoon erilaisten bioottisten ja abioottisten eli eloperäisten ja elot tomasta luonnosta johtuvien stressien seurauk sena on osoitettu useilla kasvilajeilla. Bioottisia stressitekijöitä ovat virukset, sienet ja parasiitit, abioottisia taas esimerkiksi poikkeava lämpötila, kuivuus, raskasmetallit, otsoni tai UV-säteily (kuva 150). Tästä päätellen samanlaiset puolus tusmekanismit aktivoituvat kasveissa sekä il man epäpuhtauksien että taudinaiheuttajien vaikutuksesta. Osalle puolustusproteiineja on voitu osoittaa biologinen tehtävä: niillä on mm. entsymaattista aktiivisuutta sienirihmoja vastaan. Toistaiseksi tutkimuksia on tehty eniten tupakalla, perunal la, tomaatilla ja maissilla, jotka ovat tyypillisiä kasvibiokemiallisessa ja -fysiologisessa tutki muksessa käytettyjä mallikasveja. Sen sijaan metsäpuilla, etenkin havupuilla, tällaista tutki musta on tehty hyvin vähän. Tässä tutkimuksessa tavoitteenamme oli sel vittää männyn biokemiallista vastustuskykyä versosurmaa vastaan. Aloitimme kokeellisen tut kimuksen kuitenkin kuusen taimien otsonistres sillä, koska näin menetellen arvelimme saavam me tuloksia huomattavasti nopeammin kuin taudinaiheuttajalla aikaansaadussa stressiti lanteessa. Ensimmäisenä osoitimme luonnossa tä, että nimenomaan maalis- ja huhtikuun yö pakkaset ovat luonnostaan riski päivän lämmös sä pakkaskestävyyttään menettäneille männyn neulasille. Maalis-huhtikuu on mahdollisesti myös ilman epäpuhtauksien vaikutusten kan nalta kriittistä aikaa, etenkin kun silloin myös luontaiset stressit, runsas auringonpaiste ja pakkaskuivuminen, saattavat vaurioittaa neula sia. Touko-kesäkuun vaihteessa neulasten pak 141 Kuva 150. Kasvisolun vaste taudinaiheuttajaan. Soluväliin tunkeutuneen sienirihman erittämät entsyy mit aiheuttavat solussa valkuaisainesynteesin. Syntyneet puolustusproteiinit (kuvassa esimerkkeinä kitinaasi ja glukanaasi) kertyvät vakuoliin, josta ne vapautuvat ja vaikuttavat taudinaiheuttajaa vas taan. kasvaneiden kuusten neulasista spesifisesti tun nistuvia proteiineja vasta-ainetekniikalla. Koska tunnistuksessa käytettiin vasta-aineita maissin ja tupakan PR-proteiineja vastaan, voidaan pää tellä, että nämä proteiinit ovat aminohappokoos tumukseltaan samankaltaisia myös kuusella. Otsonilla altistettujen kuusen taimien neulasia tutkimme tarkemmin tupakan kitinaasille ja maissin fi-1,3 -glukanaasille tuotettujen vasta aineiden avulla. Otsoni lisäsi molempia vasta aineita tunnistavien proteiinien määrää. Synnyt tämällä PR-proteiineja otsoni voi muuttaa kuu sen reagointia mm. taudinaiheuttajia vastaan. Tätä menetelmää voidaan käyttää tutkittaes sa eimerkiksi korkeiden otsonipitoisuuksien tai raskasmetallilaskeuman vaikutuksia puiden stressiproteiineihin. Luonnossa esiintyvä puiden välinen suuri perinnöllinen vaihtelu tekee tulos ten tulkinnan kuitenkin vaikeammaksi kuin ko keellisissa tutkimuksissa. kaskestävyydessä oli suurta vaihtelua Montse gorskin ympäristössä olevien koealojen välillä. Aivan Montsegorskin tehtaiden tuntumassa (5 km päästölähteestä) mäntyjen neulasissa pak kaskestävyys oli ainoastaan -2 °C, kun se Je nassa (80 km) oli -31 °C (kuva 151). Samaan aikaan Suomen puolella Ainijärvellä neulasten pakkaskestävyys oli -28 °C ja Sätsissä -32 °C. Neulasten talveentuminen Syys-lokakuussa mitatut pakkaskestävyysarvot Suomen puoleisilla koealoilla olivat samansuu ruisia kuin kevättalvella eikä koealojen välillä ollut huomattavia eroja. Erona kevättalven tilan teeseen oli, että syksyllä neulaset kehittyivät erittäin pakkaskestäviksi hyvissä ajoin ennen kovia pakkasia. Tämän perusteella talveentu misvaihe ei ole niin suuri riski kuin kevättalven 142 nopea pakkaskestävyyden purkautuminen. Montsegorskin lähellä myös talveentumisvai heessa männyn neulasten pakkaskestävyys oli hiukan alhaisempi kuin esimerkiksi Jenas sa, -25 ° ja -38 °C. On huomattava, että näiden alueiden kuukausikeskilämpötiloissa ei ole 30 viimeksi kuluneen vuoden aikana ollut yhtä astetta suurempia eroja. Keskeiset tulokset Suomen Lapin ja Kuolan mäntyjen elinvoimai suutta arvioitiin tutkimalla neulasten rakennet ta, kemiallista koostumusta ja pakkaskestävyyt tä sekä puiden neulasmassan määrääjä sen muutoksia. Mäntyjen neulaskato kasvoi Suomen Lapissa etelästä pohjoiseen päin ja Kuolassa lähestyttä essä Montsegorskia. Männyt olivat selvästi har suuntuneita 30-60 km:n etäisyydelle sulatosta. Kuitenkaan lähellä Nikeliä puusto ei ollut kovin harsuuntunutta, mikä johtunee metsiköiden nuoremmasta iästä. Suomen Lapissa männiköi den harsuuntumisaste ei lisääntynyt eikä neu lasvuosikertojen määrä vähentynyt itää kohden. Nuorimpien neulasten vahapeite oli kulunut tai heikosti kehittynyt. Noin kolmanneksella Itä- Lapin metsävaurioprojektin koealoista neulasten vahaputkista oli jäljellä enää alle 30 %. Nämä koealat keskittyivät Montsegorskin ympäristöön ja Suomen itärajalle. Vahapeitteen voimakkaan kulumisen alue ulottui noin 40 km:n päähän Kuva 151. Männyn neulasten pakkaskestävyys eri etäisyyksillä Montsegorskista länteen talvella, keväällä ja syksyllä 1991. Neulasten vaurio-oireet ja kemiallinen koostumus Neulasten vaurio-oireiden ja kemiallisen koostu muksen yhteyksiä on tutkittu ravinnepuutosten yhteydessä, mutta ilman epäpuhtauksien osuu desta tiedetään vähemmän. Tässä tarkastellaan esimerkkinä neulasten rikki- ja mangaanipitoi suuksia. Neulasten rikkipitoisuus kasvaa ilman rikkidioksidipitoisuuden kasvaessa. Neulasten mangaanipitoisuudessa on havaittu muutoksia monien eri stressien yhteydessä. Mangaanipitoisuuksien on todettu kohoavan hapansadekokeissa (pH 3) kuusen neulasissa, oksissa ja juurissa sekä männyn neulasissa ja juurissa. Pitoisuuksien kohoaminen on ollut tilastollisesti merkitsevä juurissa. 20 Sadetusko keessa mangaanipitoisuuden keskiarvo kuluvan vuoden männyn neulasissa oli 333 mg/kg ja kuusen neulasissa 449 mg/kg. Tohtori Hannu Raitio on mitannut vastaavia pitoisuuksia tutki essaan männyn vaurioitumista karulla kasvu paikalla. 21 Vaurioituneiden neulasten korkeita mangaanipitoisuuksia on havaittu mm. Saksas sa tehdyissä neulasanalyyseissä. 22 Mangaani on tärkeä alkuaine, joka voi kil pailla entsyymien aktivoijana mm. raudan ja magnesiumin kanssa. Puolustusreaktioissa eri tyisesti Mn-superoksididismutaasi-entsyymin aktiivisuus voi muuttua. Maaperän happamuu della, hapetus-pelkistysreaktioilla, lämpötilalla ja piin läsnäololla on suuri merkitys mangaanin olomuotoon. Mangaanin myrkyllisyys kasvaa maan happamuuden ja hapettomuuden lisään tyessä sekä maan lämpötilan laskiessa. Piin ja magnesiumin saanti vähentävät mangaanin myrkyllisyyttä. 23 Tutkimme neulasten kemiallista koostumus ta intensiivikoealoilta vuosina 1990 ja 1991 ke rätyistä eri-ikäisistä männyn neulasista. Suo men Lapissa rikkipitoisuudet olivat korkeimpia nuorimmissa neulasissa ja laskivat toisen ja kol mannnen vuoden neulasissa. Tavallisesti on havaittu, että rikkipitoisuudet kasvavat toisen ikävuoden aikana. Lapissa tällainen kehitys oli havaittavissa vain Kemijärven lähellä. Neulasten rikkipitoisuudet olivat jonkin verran alhaisempia kuin vastaavissa tutkimuksissa Etelä-Suomes sa. Pitoisuudet olivat korkeimpia Inarissa ja Säi- 143 Kuva 152 a, b. Eri-ikäisten männyn neulasten rikkipitoisuus Suomen Lapissa elokuussa 1990 (a) ja Kuolassa huhtikuussa 1991 (b). i I Kuva 153 a, b. Eri-ikäisten männyn neulasten mangaanipitoisuus Suomen Lapissa elokuussa 1990 (a) ja Kuolassa huhtikuussa 1991 (b). lassa (kuva 152 a). Vastaavasti Kuolassa neulas ten rikkipitoisuudet olivat paikoin hyvin korkeita (kuva 152 b). Neulasten mangaanipitoisuudet oli vat suurimmillaan vanhemmissa neulasissa. Nuorissa neulasissa pitoisuudet olivat alhaisim pia eräillä pohjoisimmista koealoista, itärajan tuntumassa ja eräillä Kuolan koealoilla. Poik keuksellisen korkeita neulasten mangaanipitoi suuksia havaitsimme Sallassa (kuva 153 a). Kuolassa mangaanipitoisuudet vaihtelivat hyvin alhaisista melko korkeisiin (kuva 153 b). Vaurio oireita tutkiessamme havaitsimme neulasvaho jen olevan keskimääräistä huonokuntoisempia Itä-Lapin koealoilla ja lähellä Kuolan sulattoja. Ilmarakojen ympäristön kloroottisia oireita esiin tyi runsaasti Lapin itäosissa ja Kuolassa. 144 Neulasten poiston vaikutus niiden kemialliseen koostumukseen Ilmansaasteiden aiheuttamia kemiallisia muu toksia männyn neulasissa on tutkittu paljon. 24' 25, 26 Vähemmälle huomiolle ovat jääneet muiden stressien, kuten kasvinsyöjäeläinten aiheutta- man lisärasituksen, vaikutus jo ennalta stres saantuneiden puiden neulasten kemiallisiin ominaisuuksiin. Eläinten poistamien neulasten mukana poistuu tärkeitä ravinteita, jotka saatta vat olla kasville erityisen merkityksellisiä kuor mitetuilla alueilla. Tässä tutkimuksessa kartoi timme neulaspoiston vaikutusta männyn neu lasten kemialliseen koostumukseen kahdella eri asteisesti kuormitetulla alueella. Kesäkuun alussa 1993 valitsimme kaksi koe aluetta 6 ja 40 km Montsegorskin sulatosta ete lään. Kummaltakin alueelta valitsimme satun naisesti 24 pienehköä mäntyä seuraaviin käsit- Kuva 154a-h. Männyn nuorimpien neulasten keskimääräiset alkuainepitoisuudet Montsegorskin sula ton ympäristössä ja vertailualueella neulasten poistoa seuraavan kasvukauden päätyttyä syyskuussa 1993. Montsegorskin sulatosta. Suomen puolella neu lasten vahapeite oli voimakkaasti kulunut Kemi- Tornion ja Kemijärven ympäristössä. Lapin poh jois- ja itäosissa kuluminen oli noin kaksi kertaa ja Kuolassa noin kaksi ja puoli kertaa nopeam paa kuin keskimäärin muualla. Mikroskooppisista oireista yleisimpiä olivat viherhiukkasten pieneneminen ja tummuminen sekä soluliman rakkuloituminen. Soluliman rak kuloituminen Suomen Lapissa voi olla happa- man sateen ja sen aiheuttaman alentuneen pak kasensietokyvyn yhteisvaikutusta, jonka viimei nen vaihe näkyy solujen hajoamisena Kuolassa. Noin 10 km:n päässä sulatosta esiintyi yleisesti viherhiukkasten epämuodostumia. Yhteyttävät kalvot olivat enimmäkseen hyväkuntoisia, mutta viherhiukkasten tummuminen oli yleistä ja nii hin kertyneet rasvapallot olivat pieniä ja vaalen tuneita. Montsegorskissa ja Nikelissä sijaitsevien 145 telyihin: kontrolli, puolet puun neulas massasta poistettiin vanhimmasta neu lasvuosikerrasta lähtien ja puun kaikki neulaset poistettiin. Syyskuussa 1993 keräsimme näytteet koepuiden nuorim masta, käsittelyn jälkeen muodostunees ta neulasvuosikerrasta. Neulasista mää ritettiin typpi-, boori-, mangaani-, rikki-, rauta-, alumiini-, kupari-ja nikkelipitoi suudet. Alkuaineiden pitoisuudet neulasissa olivat samaa luokkaa kuin samojen alu eiden vanhemmissa männyissä. Sulaton lähellä neulasissa oli enemmän rikkiä, rautaa, kuparia ja nikkeliä sekä merkit sevästi vähemmän booria ja mangaania kuin vertailualueen neulasissa (kuva 154 d, e, g ja h sekä b ja c). Neulasten poistot vähensivät typen ja boorin pitoi suutta neulasissa (kuva 154 a ja b). Tulokset osoittavat, ettei neulasten poisto merkitsevästi muuttanut neula sissa muiden alkuaineiden kuin boorin pitoisuuksia. Boorin väheneminen sekä kuormitetulla alueella että neulasten poiston vaikutuksesta voi olla merkittä vää, koska boori on tärkeä kasvien kas vua säätelevä alkuaine. Poiston aikaan saama typen lievä väheneminen neula sissa sulaton lähellä, mutta ei vertailu alueella, viittaa neulasten suurempaan merkitykseen ravinnevarastona karuilla kuin viljavilla kasvupaikoilla. Näin ollen ylimääräisten neulastovaurioiden hait tavaikutukset näyttäisivät kasvavan kuormitetulla alueella. metallisulattojen vaikutukset ilmenivät kohonneina neulasten rikki-, kupari-, rauta-, alumiini-ja nikkelipitoisuuksina sekä alentuneina magnesium-, sinkki-, boori- ja mangaanipitoisuuksina. Vaiku tukset olivat voimakkaimmillaan teolli suuslaitosten tuntumassa. Suomen puo lella vaikutukset näkyivät selvimmin Inarin Lapin itäosissa hieman kohonnei na rikki-, kupari- ja nikkelipitoisuuksi- na. Muutoin Suomen puoleisille metsiköille olivat omi naisia alhaiset typpi- ja fosforipitoisuudet. Toisaalta oli havaittavissa maaperän happamoitumiseen viittaavia ravinnehäiriöitä. Analyysit osoittivat myös, että mitä korkeampia mallin avulla lasketut ilman keskimääräiset rikkidioksidipitoisuudet olivat, sitä korkeampia olivat neulasten rikkipitoisuudet. Sulatoista peräisin olevat metallihiukkaset ja metalli set rikkiyhdisteet kulkeutuvat pieninä hiukkasina kaa sumaisten aineiden ja vesipisaroiden mukana. Yleisim mät hiukkaset neulaspinnoilla Montsegorskin ympäris tössä olivat rauta, pii, kalsium, nikkeli, rikki, alumiini ja kupari. Kuolan päästöjen vaikutus männyn neulasten pak kaskestävyyden alenemiseen ilmeni noin 30 km:n pää hän Montsegorskista. Sen sijaan siitä Suomen rajalle ei ilmennyt samankaltaista pakkaskestävyyden alentumis ta. Myöskään Suomen puoleisilla koealoilla ei havaittu neulasten pakkaskestävyydessä Kuolan päästöjen vai kutusta. Kirjallisuusviitteet 1 Sarvas. R. 1964. Havupuut. WSOY. 518 s. 2 Salemaa, M., Jukola-Sulonen. E-L.. Nieminen. T. & Nöjd, P. 1993. Latvustunnukset ja puun kasvu elinvoimaisuuden ilmentäjinä. Julkaisussa: Hyvärinen. A., Jukola-Sulonen. E-L., Mikkelä. H. & Nieminen. T. (toim.). Metsäluontoja ilman saasteet. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 446: 77-92. 3 Hafher, L.. Endler. W., Wendering. R., Barsig. M.. Freitag. G., Klein. G. & Weese, G. 1989. Feinstruktur der geschädigten Kiefernnadeln. Abschlussbericht FE-Vorhaben "Ballungsraumnahe Waldokosysteme". Umweltbundesamt, UNESCO MAB Berlin. 66 s. + 19 kuvaliitettä -4 Skelly, J.M., Davis, D.D., Merrill, W., Cameron, E.A., Brown, H.D., Drummond. D.B. & Dochinger, L.S. (toim.). 1988. Diag nosing injury to eastern forest trees. A manual for identifying damage caused by air pollution, pathogens, insects, and abiotic stresses. USDA Forest Service and the Pennsylvania State University. 122 s. 5 Hanisch, B. & Kilz. E. 1990. Waldschaden erkennen. Fichte und Kiefer. Monitoring of forest damage. Spruce and Pine. Reconnaitre les Dommages Forestiers. Epicea et Pin. Verlag Eugen Ulmer Stuttgart. 334 s. 6 Turunen, M. & Huttunen, S. 1990. Review of the response of epicuticular wax to air pollution. Journal of Environmental Quality 19: 35-45. 7 Anttonen, S. 1992. Changes in lipids of Pinus sylvestris nee dles exposed to air pollution. Annates Botanici Fennici 29: 89- 99. 8 Percy, K.E., Cape, J.N., Jagels, R. & Simpson, C.J. (toim.). 1994. Air pollutants and the leaf cuticle. NATO ASI Series: Ecological Sciences. Vol G 36. Springer-Verlag. Heidelberg. 405 s. 146 9 Turunen, M. & Huttunen, S. 1991. Effect of simu lated acid rain on the epicuticular wax of Scots pine needles under northerly conditions. Canadian Jour nal of Botany 69: 412-419. 10 Turunen, M., Huttunen, S., Lamppu, J. & Huhtala, P. 1994. Characteristics and geographical distribution of the changes in Scots pine needle surfaces in Finn ish Lapland and the Kola Peninsula. Julkaisussa: Percy, K.E., Cape, J.N., Jagels, R. & Simpson, C.J. (toim.). Air pollutants and the leaf cuticle. NATO ASI Series: Ecological Sciences. Vol G 36. Springer- Verlag. Heidelberg, s. 359-369. 11 Sutinen, S. 1989. Ultrastructure of conifer needles exposed to 0 3 and 03 + S02 compared to the needle structure in the field in Finland, Sweden and in West Germany. Aquilo Series Botanica 27: 29-34. 12 Bäck, J., Neuvonen, S. & Huttunen, S. 1994. Pine needle growth and fine structure after prolonged acid rain treatment in the subarctic. Plant, Cell & Environment 17: 1009-1021. 13 Bäck, J., Huttunen, S. &Kristen, U. 1993. Carbohy drate distribution and cellular injuries in acid rain and cold-treated spruce needles. Trees 8: 75-84. 14 Raitio, H. 1994. Chemical needle analysis as a diagnostic and monitoring method. CEC Report, (painossa). 15 Jukka, L. 1988. (toim.). Metsänterveysopas. Met sätuhot ja niiden torjunta. Samerka Oy. Helsinki 168 s. 16 Blauel, R.A. & Hocking, D. 1974. Air pollution and forest decline near a nickel smelter. Information Report NOR-X-1 15, Nothern Forest Research Centre, Canadian Forestry Service, Edmonton. 39 s. 17 Hutchinson, T.C. 1978. Interim report on nickel toxic ity of Sudbury area soils. The International Nickel Company, Canada Ltd. 18 Hutchinson, T.C. & Whitby, L.M. 1974. Heavy-metal pollution in the Sudbury mining and smelting region of Canada. I. Soil and vegetation contamination by nickel, copper and other metals. Environmental Con servation 1: 123-132. 19 Kolari K.K. 1979. Hivenravinteiden puute metsä puilla ja männyn kasvuhäiriöilmiö Suomessa. Kirjal lisuuskatsaus. Summary: Micro-nutrient deficiency in forest trees and dieback of Scots pine in Finland. A review. Folia Forestalia 389: 1-37. 20 Bäck, J. , Huttunen, S., Turunen, M. & Lamppu, J. 1995. Effects of acid rain on growth and nutrient concentrations in Scots pine and Norway spruce seedlings grown in a nutrient-rich soil. Environmen tal Pollution, (painossa). 21 Raitio, H. 1990. Decline of young Scots pines in a dry heath forest. Acta Universitatis Ouluensis Series, A 216. 40 s. + liitteet. 22 Kaupenjohann, M., Zech, W., Hantschel, R., Horn, R. & Schneider, B. U. 1989. Mineral nutrition of forest trees. A regional survey. Julkaisussa: Schultze, E-D., Lange, O.L. & Oren, R. (toim.). Forest decline and air pollution. A study of spruce (Picea abies) on acid soils. Ecological Studies 77: 282-296. 23 Mengel K. & Kirkby, E.A. 1982. Principles of plant nutrition. International Potash Institute. Bern. Swit zerland. 655 s. 24 Raitio, H. 1992. Männyn neulasten kemiallinen koostumus Montsegorskin teollisuusalueella. Julkai sussa: Kauhanen, H. & Varmola, M. (toim.). Itä-Lapin metsävaurioprojektin väliraportti. The Lapland forest damage project. Interim report. Metsäntutkimuslai toksen tiedonantoja 413: 142-149. 25 Heliövaara, K. & Väisänen, R. 1989. Quantitative variation in the elemental composition of Scots pine needles along a pollutant gradient. Silva Fennica 23: 1-11. 26 Reich, P. 8., Oleksy n, J. & Tjoelker. M.G. 1994. Relationship of aluminium and calcium to net C02 exchange among diverse Scots pine provenances under pollution stress in Poland. Oecologia 97: 82- 92. Taudit ja tuholaiset mäntyjen lisärasitteena Koonneet Risto Jalkanen Seppo Neuvonen 148 Versosurman alueellinen vaihtelu 149 Risto Jalkanen ja Juha Kaitera Mitä yhteyksiä ilmansaasteilla ja bioottisilla metsätuhoilla voi olla 152 Seppo Neuvonen Versosurman ajallinen vaihtelu 153 Juha Kaitera ja Risto Jalkanen Surmakkasienen ominaisuuksien vaihtelu 153 Juha Kaitera ja Risto Jalkanen Surmakkatuho koealalinjoilla 1 ja 2 156 Risto Jalkanen ja Juha Kaitera Epäpuhtauksien, hyönteisten ja versosurman väliset yhteydet 156 Tarmo Virtanen, Seppo Neuvonen, Ari Nikula ja Hanna Ranta Gradientti- ja kokeelliset tutkimukset täydentävät toisiaan 159 Seppo Neuvonen Ilmansaasteet, surmakka ja ei-patogeeniset sienet 159 Hanna Ranta ja Seppo Neuvonen Ytimennävertäjän esiintymishistorian tutkimiseen uusi menetelmä 160 Juha Kaitera ja Risto Jalkanen Keskeiset tulokset 163 Kuva 155. Surmakkasienen tuhoamaa männikköä Rikkilehdossa Sallan Naruskalla. Kuva: Erkki Oksanen 149 Taudit ja tuholaiset mäntyjen lisärasitteena Pohjoisessa mäntyjä vaivaavat ankarien luon nonolojen lisäksi monet tuhohyönteiset ja tau teja aiheuttavat sienet. Mäntyjen ennenaikaisen kuoleman voivat aiheuttaa suoranaisesti abioot tiset eli elottomasta luonnosta johtuvat syyt, mutta monessa tapauksessa kuolema johtuu viime kädessä bioottisista eli eloperäisistä tu honaiheuttajista. Näistä merkittävimpiä ovat surmakka, lumihome, tervasroso, kaarnakuo riaiset sekä hirvi ja lapinmyyrä. Paikallisesti merkittäviä tuhoja voivat aiheuttaa myös erilai set neulasia syövät hyönteiset, kuten ruskomän typistiäinen. Usein sienten tai tuholaisten joukkoesiinty mistä edeltää puiden heikentyminen jostain abi oottisesta syystä. Äärevät sääolot voivat heiken tää puiden vastustuskykyä ja toisaalta parantaa tuholaisten kasvua tai lisääntymistä. Tuhoa aiheuttavilla eliöryhmillä on erilaiset vaatimukset. Kylmät ja kosteat kasvukaudet suosivat sieniä, kun taas lämpimät ja kuivat kesät parantavat useiden hyönteislajien lisään tymistä. Ihmisen aiheuttamat ympäristönmuutokset voivat muuttaa kasvien ja tuhonaiheuttajien vä lisiä suhteita. Sallasta 1980-luvun lopulla löyde tyt versosurman vaurioittamat männiköt herät tivät kysymyksiä Kuolan saastepäästöjen mah dollisesta vaikutuksesta tautien ja tuhonaiheut tajien esiintymiseen. Männyn ja surmakan väli seen vuorovaikutukseen (surmakka-alttiuteen) kytkeytyy monenlaisia toisiinsa vaikuttavia teki jöitä. Päätimme lähestyä ongelmaa selvittämällä tuhonaiheuttajien esiintymisen historiaa ja ny kytilannetta eri etäisyyksillä Montsegorskin päästölähteistä. Lisäksi järjestimme Lapin tut kimuslaitoksella Kevolla ja Metsäntutkimuslai toksen Rovaniemen tutkimusasemalla kokeita, joissa mäntyjä altistettiin epäpuhtauksille ja tuhonaiheuttajille. Versosurman alueellinen vaihtelu Sallan metsätuhojen tultua tietoisuuteen 1980- luvun lopulla tuhoutuneiden metsien pinta-alak si arveltiin jopa 40 000 ha. Lisäksi tuhojen otak suttiin laajenevan jatkuvasti. Ne sai aikaan sur makkasieni, joka männyn versoja tappaessaan aiheuttaa taudin nimeltään versosurma. Tutkimme versosurman yleisyyttä ja tuhojen vakavuutta metsien kasvatuksen kannalta met sähallituksen Ylikemin hoitoalueen metsätalou den tarkastuksen yhteydessä vuosina 1989 ja 1990 kerätystä aineistosta. Metsähallitus tar kasti jokaisen hallitsemansa metsäkuvion luon nonsuojelualueita lukuun ottamatta Sallan, Savukosken ja Pelkosenniemen kunnissa sekä Kemijärven kaupungissa eli yhteensä noin 900 000 ha. Tuhoalueita Sallassa ja Savukoskella Tuhoarvioinnissa metsähallitus löysi yhteensä 77 versosurmaista metsäkuviota, pinta-alaltaan 1 187 ha. Kairijoen ja Värriön tuhoalueiden kanssa vaurioalaksi muodostui noin 1 400 ha, mikä oli 0,36 % metsätalouden piiriin kuuluvas ta metsämaasta ja 0,16 % hoitoalueen kokonais maa-alasta. Sallan yhteismetsän ja Koillis-Suo men metsälautakunnan tilastojen perusteella yksityismailla todennäköisiä versosurmatuhoja oli noin 400 ha. Siten surmakan aiheuttamien tuhojen kokonaispinta-alaksi Itä-Lapissa eli nel jän itäisen kunnan alueella saimme yhteensä 1 800 ha. Valtionmaiden versosurmaisista kuvioista valtaosa eli 81 % oli vaurioitunut lievästi, 18 % keskinkertaisesti, 1 % vakavasti ja alle 1 % (4 ha) erittäin vakavasti. Uudistamistarpeessa olevia metsiä oli yhteensä 20 ha, mikä oli 0,002 % Yli kemin hoitoalueen metsämaan alasta. Yhdessä yksityismaalla Sallan Naruskalla sijaitsevan Rik kilehdon (3,6 ha) kanssa versosurman takia tu houtuneita metsiä oli yhteensä 24 ha eli alle 2 % versosurmaisten metsien kokonaisalasta Itä-La pissa. Siten surmakkatuhoilla ei ollut mainitta vaa taloudellista merkitystä alueen metsätalou delle. Surmakkatuhot keskittyivät Naruskalle Sal lan pohjoisosassa, Vilmajärvelle Sallan etelä 150 Kuva 156. Uusi versosurmatuho Itä-Lapissa 1992. 1 osassa ja Kemihaaraan Savukosken pohjois osassa, mistä vanhan tuhon ohella havaitsimme uutta tuhoa kesällä 1992 (kuva 156). Toistaisek si ainoa Venäjän puolelta löydetty versosurmai nen alue sijaitsee Tsunassa Lapin luonnonpuis tossa Montsetunturien länsipuolella. Versosur maiset metsiköt keskittyivät vesistöjen äärelle tai muunlaiseen ylänköalueen mäntyä kasva vaan painanteeseen lähellä 260 metrin korkeut ta merenpinnasta. Jo kymmenen metrin paikal lisen korkeuseron havaitsimme aiheuttaneen merkittäviä eroja taudin määrässä (kuvat 157 ja 158). Luontaisilla tekijöillä eniten vaikutusta Valtionmailla versosurma keskittyi kuivahkojen kankaiden moreenimaiden nuoriin kasvatusmet siin. Metsät olivat useissa tapauksissa ylitiheitä ja pääosin yksijaksoisia. Vakavasti vaurioituneen Vilmajärven metsi kön puusto-ja maaperäkartoituksen perusteella versosurmaisuuteen vaikuttivat merkittävästi paikallinen topografia ja humuksen happamuus: Kuva 157. Rikkilehdon metsikön pienet paikalliset korkeuserot yhdessä läheisestä Sätsijoesta tulevan kosteuden kanssa ovat mahdollistaneet surmakan leviämisen mäntypuustoon ja jopa alikasvoskuusiin rinteen alaosassa (A, B). Rinteen päällä oleva samanikäinen männikkö (C) ja rinteen yläosan vanha männikkö (D) ovat säilyneet terveinä. 151 Kuva 158. Vakavasti vaurioituneissa metsiköissä Rikkilehdossa ja Vilmajärvellä sekä lievän tuhon alueella Kemihaarassa ja Tsunassa versosurma on ollut ankarinta painanteissa vesistön äärellä. 152 Mitä yhteyksiä ilmansaasteilla ja bioottisilla metsätuhoilla voi olla? Kasvitautien ja hyönteisten aiheuttamat metsä tuhot vaihtelevat alueellisesti ja ajallisesti. Yksit täisten tuhojen syntyyn vaikuttavat mm. sää olot, topografia, eri eliölajien väliset vuorovai- kutukset ja ihmisen aiheuttamat ympäristön muutokset. Männyn ja surmakkasienen vuorovaikutuk seen liittyvät tekijät (mukaan lukien ilmansaas teet) muodostavat monimutkaisen verkon (kuva 159). Kirvojen on esitetty runsastuvan ilman saasteiden vaikutuksesta ja niiden aiheuttaman vaurioituksen altistavan mäntyä surmakalle. 2 ' 3 Mänty on kasvualustana myös monille sienille (mykorritsat sekä endo- ja epifyyttiset sienet neulasten ja oksien sisällä ja pinnalla), jotka voivat olla herkkiä ilmansaasteille ja osaltaan vaikuttaa männyn surmakka-alttiuteen. 4 Kuva 159. Männyn ja surmakkasienen suhteisiin liittyvien tekijöiden vuorovaikutusverkko. mitä suurempi korkeusero paikalliseen vesis töön tai mitä alhaisempi pH, sitä vähemmän oli tautia. Maaperän kupari-, nikkeli-, alumiini-ja lyijypitoisuudet olivat alhaisia. Männyn tai koi vun runkoluku ei vaikuttanut versosurman määrään. Tuhon määrän ja maaston paikallisen korkeuden negatiivinen sekä humuksen pH:n ja tuhon määrän positiivinen riippuvuus havait tiin myös Rikkilehdossa, mistä on saatu viitteitä aiemminkin.5 Koealalinjalla 1 Montsegorskista Kemiin ja koealalinjalla 2 Montsegorskista Muonioon versosurmaisten puiden suhteellinen määrä oli sitä suurempi, mitä alhaisempi oli mallitettu ilman keskimääräinen rikkidioksidipitoisuus tai mitä pienempi oli alueen lämpösumma. Sen si jaan alueen yleinen maastonkorkeus merenpin nasta tai etäisyys Montsegorskista eivät muuttu neet samassa suhteessa versosurman määrän kanssa koealalinjoilla (kuva 160 a-d). Samoilla koealalinjoilla tutkitun toisen sieni taudin, männyn tyvi koron, suhteellinen esiinty minen ei riippunut etäisyydestä Montsegorskiin tai ilman S0 2 -pitoisuudesta. Vaikka tyvikoro oli yleinen surmakan vaivaamissa männiköissä, sienen esiintyminen katsottiin satunnaiseksi. Versosurman ajallinen vaihtelu Useimmissa metsien terveydentilan tutkimuksis sa tarkastellaan ainoastaan tämän hetken tilan netta. Takautuva metsätuhotutkimus sen sijaan selvittää menneisyyttä sienien ja hyönteisten puuhun jättämien jälkien avulla. Oksa-analyysillä surmakkahistoria selville Sallassa havaittujen versosurmatuhojen ajalli sen kehityksen epäselvyyden takia kehitimme surmakan metsikköhistorian määrittämiseksi uuden menetelmän, ns. oksa-analyysin. 6 Mene telmässä käytimme hyväksi surmakan männyn oksiin jättämiä jälkiä, kuten arpia, koroja ja sie nen lisääntymisyksiköitä. Niiden tarkenteina käytimme puuaineen väriä tartuntakohdassa ja jäljen syntyhetkeä suhteessa oksan ikään. Kun lisäksi määritimme kasvainten ja kokonaisten oksien kuolemisajankohdat, pystyimme kuvaa maan surmakan esiintymisen metsikössä vuosi kymmeniä taaksepäin (kuva 161). Käytimme oksa-analyysimenetelmää surma kan ankarasti vaurioittamassa metsikössä Rik kilehdossa sekä taudin lievästi vioittamassa metsikössä Kemihaarassa. Molemmissa metsi köissä surmakkahistorian vaihtelu oli hyvin sa manlainen. Osoitimme surmakan esiintyneen jo 1940-luvulla metsiköiden ollessa nuoria taimi koita. Surmakka oli tartuttanut mäntyjä vuosit tain Rikkilehdossa 1961-89 ja Kemihaarassa 1955-66 ja 1968-90 (kuva 162 a ja b). Surmak kaepidemia saavutti huippunsa vuonna 1984, mutta lähes pysähtyi 1980-luvun lopulla. Vaikka kummassakin metsikössä tautia on esiintynyt yhtä kauan, Rikkilehto vaurioitui pahemmin sen takia, että siellä surmakka tartutti männyn ver soja vuosittain 1-5 kertaa enemmän kuin Kemi haarassa. Surmakkasienen ominaisuuksien vaihtelu Surmakan elämänkiertoon kuuluu pääasiassa kahdenlaisia lisääntymisyksiköitä, suvuttomia kuromapulloja ja suvullisia kotelomaljoja. Näitä sieni tekee kuolleella kuorella tai oksassa ole vassa kuoliossa, korossa. Kuva 160 a-d. Versosurman ja mallitetun ilman keskimääräisen SO2-pitoisuuden (a), lämpösumman (bj, maastonkorkeuden (c) sekä etäisyyden Montsegorskista (d) välinen riippuvuus koealalinjoilla 1 ja 2. 154 Kuva 161. Surmakkahistoria määritetään männyn oksasta oksa-analyysillä. Kuvan oksassa on surma kan itiöemistä sekä koroista ja arvista päätellen esiintynyt versosurmaa vuosina 1978, 1979, 1982. 1986 ja 1989. Kuva 162 a, b. Versosurman yleisyys surmakan männyn oksissa aiheuttamien korojen suhteellisen määrän perus teella pahasti versosurman raunioittamassa Rikkilehdos sa (a) ja lievän tuhon alueella Kemihaarassa (b) 1930- luvun lopulta 1990-luvulle. Surmakka lisääntyy suvuttomasti myös elävässä männyn oksassa Havaitsimme kesällä 1992 surmakan te kevän kuromapulloja sateisena kesänä 1991 syntyneiden ja vielä elävien kas vainten pienissä koroissa. Tartunnan saaneita versoja nuoremmat versot oli vat eläviä. Täten surmakan lisääntymis potentiaali on valtava ja monipuolinen, sillä sieni pystyy lisääntymään kuollei den oksien ohella lievän tartunnan saa neissa elävissä oksissa. Tämä uusi löytö selittää, miksi sur makka ei häviä edes vuosina, jolloin merkittäviä näkyviä tuhoja ei esiinny. Kun sieni esiintyy jatkuvasti metsiköis sä, se pystyy vahvistumaan uudeksi epidemiaksi muutamassa vuodessa kyl män ja sateisen kasvukauden jälkeen. Itä-Lapissa tällainen männyn kannalta epäedullinen kylmä ja erittäin sateinen kasvukausi oli 1981. Sen seuraukset näkyivät paitsi laajoina taimikko tuhoina 155 Kuva 163. Versosurman vaivaaman 12- vuotiaan viljellyn männyn taimen latva Sallan Naruskalla elokuussa 1994. Osa ruskeista neulasista on taudin etenemi selle ominaisella tavalla tyveltä tummem pia ja osa alaspäin taipuneita. Ominaista on myös latvakasvainten kasvun taantu minen. Uusi epidemia mahdollinen Havaitsimme kesällä 1992 Itä-Lapissa verrattain run saasti uutta surmakkatuhoa vanhoissa tuhopesäkkeis sä ja niiden lähiympäristössä useiden vuosien vähäisen tartunnan jälkeen. Tämä oli seurausta kesän 1991 tar tunnasta. Seurasimme surmakan suvutonta lisäänty mistä tyypillisellä versosurmatuhoalueella Kemihaaras sa vuosina 1992-94. Surmakan suvuttomat lisääntymisyksiköt, kuroma pullot, kehittyivät männyn versoihin runsas vuosi tar tunnan jälkeen eli lokakuun 1992 alkuun mennessä (kuva 164). Kuromapulloista alkoi vapautua kuromia kesäkuun alussa 1993, noin kaksi vuotta tartunnasta. Itiöiden vapautuminen keskittyi kesäkuun loppuun ja heinäkuun alkuun. Elokuun loppuun mennessä lähes kaikki kuromapullot olivat vapauttaneet itiöitä. Koska itiöitä vapautui runsaasti kesällä 1993, en nustimme uutta tuhoa kesäksi 1994. Versosurmaa oli kin jälleen tavanomaista enemmän alueilla, missä sitä on esiintynyt aikaisemminkin. Erityisen runsaasti sur makka oli kuitenkin tartuttanut mäntyjä nuorissa taimi koissa (kuva 163). Tämä voi johtaa uuden vakavan ver sosurmaepidemian puhkeamiseen lähivuosina. Surmakkaisolaattien välillä kasvueroja Lapista ja Kuolasta eri-ikäisiltä männyiltä eristettyjen surmakkakantojen eli isolaattien kasvussa keinoalus talla havaittiin suurta vaihtelua (kuva 166 a ja b). Sitä esiintyi jopa samasta metsiköstä kerättyjen isolaattien välillä sekä korkeissa että alhaisissa kasvatuslämpöti loissa. kesällä 1982 myös Itä-Lapin versosurmametsien tuho kehityksessä. Kuva 164. Surmakan suvuton lisääntymi nen sienen kesällä 1991 tartuttamissa ja tappamissa männyn versoissa Kemihaa rassa. 156 Tutkimme versosurman yleisyyttä männyllä suhteessa etäisyyteen Montsegorskin päästölähteistä intensiivikoe alojen läheisyydessä koealalinjalla 1 Montsegorskista Kemiin ja linjalla 2 Montsegorskista Muonioon. Arvioim me alueiden männiköiden versosurmaisuuden sekä met sikkö- että puutasolla systemaattisesti koealoilta, jotka sijaitsivat 0,6-1,5 km:n pituisella linjalla. 7 Metsikkötasolla versosurmaa esiintyi vain Suomen Lapissa neljällä yhdeksästä alueesta, joiden koealoista 17-77 %:lla oli tautia. Puutasolla surmakkatuhoa esiin tyi yhdellätoista alueella viidestätoista niin Lapissa kuin Kuolassakin; tartunnan saaneiden puiden määrä vaih teli välillä 0-50 % (Lappi) ja 0-13 % (Kuola). Inventoin titulosten perusteella versosurmatuho oli vakavinta ja yleisintä Keski-Lapissa linjalla 2 (kuva 165). Etelä-La pissa ja Kuolassa tuhoa esiintyi ainoastaan yksittäisissä puissa. Kuva 165. Versosurmaisten mäntyjen suhteellinen osuus vuosina 1992 ja 1993 intensiivikoealojen ympäristössä koeala linjoilla 1 ja 2. Surmakkatuho koealalinjoilla 1 ja 2 Kuva 166 a, b. Lapista ja Kuolasta männyltä eristettyjen surmakkakantojen (isolaattien) kasvu keinoalustalla +lB °C:n (a) ja +5 °C:n (b) lämpötilassa 11 viikon kasva tuksen jälkeen. Suomessa esiintyvä surmakka on jaettu kahteen eri rotuun, joista ns. A rotu esiintyy lähinnä Etelä-Suomessa ja B-rotu koko maassa. 8 Löysimme Lapista ja Kuolasta molempia rotuja. On mah dollista, että Lapissa esiintyy useampia kin rotuja, joten surmakkarotujen omi naisuuksien vaihtelua ja merkitystä La pin versosurmatuhoissa olisi syytä sel vittää perusteellisemmin. Epäpuhtauksien, hyönteisten ja versosurman väliset yhteydet Ruokailutavaltaan erilaiset hyönteisryh mät reagoivat eri tavoin epäpuhtauksiin. Kirvat ja muut kasvinesteitä imevät hyönteiset yleensä hyötyvät ilmansaas- 157 teista. 2 Männylläkin on havaittu kirvojen run sastuvan saastuneilla alueilla, missä kasvin nes teissä on enemmän käyttökelpoisia typpiyhdis teitä. Ilmansaasteiden esiintymistä Lapissa luon nehtivat lyhytkestoiset korkeiden pitoisuuksien jaksot. Erityisesti S0 2-altistukset paransivat erään kuusen kirvalajin menestymistä eniten. 2 Rikkidioksidi voi parantaa myös männyllä elä vän Cinara pinea -oksakirvalajin menestymistä, mutta lyhytkestoisten rikkidioksidiepisodien vai kutuksia ei ole vielä kunnolla tutkittu. Keskityimme rikin märkälaskeuman, ns. happaman sateen, vaikutusten tutkimiseen. Märkälaskeuman vaikutukset ilmenevät hitaam min kuin kaasumaisten epäpuhtauksien vaiku tukset, mutta ovat pitempiaikaisia. Kirvojen reaktiot riippuvat saastumisen laadusta ja voimakkuudesta Tutkimme rikkihapposadetuksen ja eräiden muiden saastuke-, lannoitus-ja kastelukäsitte lyjen yksittäis- ja yhdysvaikutuksia Cinara pinea -oksakirvojen menestymiseen. Kokeissa laitoimme 2-4-vuotiaisiin männyn taimiin suvuttomasti lisääntyviä kirvaemoja ja noin kuukauden päästä tutkimme, kuinka hyvin ne olivat lisääntyneet. Toisissa kokeissa rikki happosadetus ei selvästi vaikuttanut kirvojen menestymiseen, toisissa taas kirvat lisääntyivät paremmin happamalla vedellä kastelluilla puilla (kuva 167 a ja b). Eri kokeissa erilaisten muiden mukana olleiden käsittelyjen yhdysvaikutukset rikkihapposadetuksen kanssa selittävät osako keiden välisiä eroja tuloksissa. Typpilannoitus yleensä lisäsi oksakirvojen määrää. Rikkihapposadetus yhdistettynä sal pietarilannoitukseen heikensi kirvojen menesty mistä, mutta lannoittamattomilla ja urealla lan noitetuilla taimilla happosadetus paransi sitä lievästi (kuva 168). Mahdollisesti salpietarin si sältämät happamoitumista puskuroivat emäksi set aineet neutraloivat happosadetuksen vaiku tukset. Erilaiset yhdysvaikutukset vaikeuttavat tu losten yleistämistä: arvioitaessa epäpuhtauksien vaikutuksia on tunnettava muut samanaikaises ti vaikuttavat tekijät. Esimerkiksi kuivuus voi voimistaa rikkihapposadetuksen vaikutusta. Kupari- tai nikkelisulfaatilla ei ollut vaiku tusta syntyneiden kirvojen määrään. Ilmeisesti kirvat pystyvät erittämään mesikasteessaan tehokkaasti ravinnosta saamiaan tarpeettomia aineita. Kuolan sulattojen lähiympäristöä lu kuun ottamatta luonnonoloissa tuskin esiintyy kirvojen menestystä haittaavia kupari- tai nikke lipitoisuuksia. Esimerkiksi vähemmän kuormite tun Harjavallan nikkeli-kuparisulaton ympäris tössä Lounais-Suomessa on männyillä havaittu kohonneita kirvatiheyksiä. Kuva 167 a, b. Rikkihapposadetuksen vaikutus kirvojen menestymiseen männyn taimilla eri aikoina tehdyissä osakokeissa A-C (a) ja D-F (b). Mäntyjä oli 24-50/osakoe. 158 Oksakirvat lisäävät männyn alttiutta versosurmalle Pelkästään kirvojen imennällään aiheuttama mäntyjen heikentyminen voi lisätä versosurma tuhojen esiintymistä. Lisäksi niiden imukärsäl lään aiheuttama verson rei'ittäminen voi auttaa surmakan itiöitä tunkeutumaan männyn ver soon. Tutkimme männyllä elävien Cinara pinea -oksakirvojen vaikutusta surmakan menestymi seen. Kirvalaji esiintyy koko maassa ja löytyy lähes joka männiköstä. Kirva imee ravintonsa saman ja edellisen vuoden versoista. Kasvatimme kirvoja harsopusseihin sulje tuissa männyn taimissa (kuva 169). Mukana oli myös vertailutaimia, joissa ei ollut kirvoja. Samanaikaisesti tai kirvakasvatuksen jälkeen infektoimme taimet sumuttamalla niihin sur makan itiöitä. Seuraavana keväänä tutkimme taudin oireet taimista. Metsäntutkimuslaitoksen Rovaniemen tut kimusasemalla tekemässämme kokeessa taimis ta vain pieni osa sairastui. Silti kirvat lisäsivät merkitsevästi versosurmaa: kirvallisista taimis ta sairastui 16 %, mutta kirvattomista vain 6 %. Toisessa, Kevolla tekemässämme kokeessa pi dimme kirvoja männyissä eri aikoja ja laskimme kirvamäärät kesän aikana parin viikon välein. Lisäksi infektoimme mäntyjä kesä-heinäkuun vaihteessa ja loppukesällä. Aikaisemmin kesällä infektoidut taimet sairastuivat runsaammin. Niissä näkyi myös kirvojen lukumäärän vaiku tus: mitä enemmän taimissa oli ollut kirvoja, sitä herkemmin ne sairastuivat (kuva 170). Lop pukesän kirvamäärät selittivät parhaimmin sai rastumista erityisesti loppukesällä infektoiduis sa taimissa. Kuva 168. Rikkihapposadetuksen ja typpilannoi tuksen yhdysvaikutus kirvojen menestymiseen männyn taimilla. Kokeessa oli 39 mäntyä. Kuva 169. Ilmansaasteiden ja lannoituksen vai kutusta männyn taimien tuholais- ja surmakka alttiuteen tutkittiin Metsäntutkimuslaitoksen Ro vaniemen tutkimusaseman koekentällä. Kirvojen kasvatusta varten taimet suljettiin harsopussei hin. Lapissa kirvojen vaikutus versosurmaan ei kuitenkaan yleensä liene kovin suuri, koska surmakalle edulliset kosteat ja viileät olot eivät suosi kirvoja. Lapissa kirvat eivät ehdi tuottaa yleensä lyhyemmän ja viileämmän kesän aikana yhtä monta sukupolvea kuin etelämpänä, joten kirvojen lisääntymiskapasiteetti jää pienemmäk si. Toisaalta mahdollinen ilmaston lämpenemi nen lisännee kirvamääriä erityisesti pohjoisessa. Kuva 1 70. Kirvojen vaikutus männyn taimien ver sosurmaan sairastumiseen. Kokeessa oli 31 män tyä. 159 Gradientti- ja kokeelliset tutkimukset täydentävät toisiaan Syy-seuraussuhteita koskevien luotettavien pää telmien teko pelkästään sen perusteella, miten bioottisia tuhoja esiintyy luonnossa, on vaikeaa ellei peräti mahdotonta. Maastohavaintojen tul kinnan vaikeudesta sopii esimerkiksi vaahteran tervalaikkutaudin esiintyminen suhteessa ilman saasteisiin. Taajamien ulkopuolella vaahteran lehdet ovat yleisesti tervalaikkutaudin täplittämiä, mutta kaupunkien puistoista se usein puuttuu. Ilman rikkidioksidipitoisuuden ja tervalaikkutaudin esiintymistiheyden välillä on selvä negatiivinen korrelaatio, minkä perusteella tätä sienitautia on esitetty sopivaksi bioindikaattoriksi. Tuomal la tervalaikullisia karikelehtiä kaupunkivaahte roiden juurelle tutkijat kuitenkin osoittivat tau din menestyvän myös rikkidioksidille altistuneil la alueilla. Tervalaikkutaudin harvinaisuus kau pungeissa johtuukin yksinkertaisesti siitä, että kuihtuneet lehdet, joista itiöt leviävät uusiin lehtiin, yleensä lakaistaan pois ja taudin luon tainen elinkierto katkeaa. Vahvojen päätelmien teko edellyttää, että pystytään sulkemaan luotettavasti vaihtoehtoi sia selitysmalleja pois. Syy-seuraussuhteiden varmistamiseksi tarvitaan kokeita, joissa eri tekijöiden vaikutusta voidaan säädellä: saman laisissa oloissa kasvavia puita joko altistetaan saastukkeille tai jätetään altistamatta, ja eri tavoin käsiteltyjen puiden alttiutta eloperäisille tuhonaiheuttajille seurataan. Kun halutaan tutkia, miten saastepäästöt vaikuttavat tuhojen esiintymistiheyteen, laajuu teen, voimakkuuteen ja kestoon, olisi tunnettava tuhojen esiintyminen eri etäisyyksillä päästöläh teistä ennen teollisen toiminnan alkamista ja myöhemmin. Tuhojen esiintymisestä Lapissa ei kuitenkaan ole ollut riittävästi tietoa saatavilla. Männiköiden versosurmaisuus suhteessa Kuo lan päästöihin sekä puusto- ja kasvupaikkateki jöihin (koealalinjat) ja surmakan ja ytimennäver täjän esiintymishistoria tuhoalueilla ovat päätel mien tekemisessä välttämätöntä perustietoa. Tietyn tekijän vaikutukset voivat vaihdella muiden ympäristötekijöiden tai esimerkiksi pui den iän takia. Saastevaikutusten ilmaantumi nen voi myös kestää useita vuosia. Siksi teimme kokeita Itä-Lapin metsävaurioprojektissa sekä männyn taimilla että kookkaammilla puilla ja tutkimme myös todellisia saastumistilanteita, missä puut ovat altistuneet ilmansaasteille jo pitkiä aikoja. Kokeelliset selvitykset männyn hyönteis- ja versosurmaresistenssin riippuvuu desta rikki- ja raskasmetallilaskeumasta täyden tävät koealalinjoilta saatavaa tietämystä. Ilmansaasteet, surmakka ja ei-patogeeniset sienet Tauteja aiheuttavien sienten lisäksi kasvien maanpäällisten osien sisällä ja pinnoilla elää endo- ja epifyyteiksi kutsuttuja, kasveille har mittomia sieniä. Jotkin endo- ja epifyytit voivat suojella isäntäkasvejaan taudinaiheuttajilta ja kasvinsyöjiltä tuottamalla tuholaisille myrkylli siä aineita tai kilpailemalla näiden kanssa mm. elintilasta. Endofyytit osallistuvat myös kuollei den kasvinosien hajotukseen nopeuttaen näin ravinteiden kiertoa. Männyn neulasten ja oksien pinnoilla elää runsaslukuinen ja -lajinen endo-ja epifyyttisten sienten yhteisö. Kuusella tehtyjen kokeiden pe rusteella on esitetty, että ilmansaasteet hyödyt tävät surmakkaa muuttamalla surmakan ja sitä vastaan vaikuttavien, puille harmittomien pien eliöiden vuorovaikutuksia. 4 Ilmansaasteet vä hentäisivät näin ollen surmakkaa haittaavien endo- ja epifyyttisten sienten ja bakteerien mää rää. Tämä hyödyttäisi surmakkaa, joka itse kes tää saasteita suhteellisen hyvin. Näiden ajatusten pohjalta halusimme selvit tää, muuttavatko ilmansaasteet endofyyttisten sienten lajistoa ja määrää, suojelevatko endofyy tit puita surmakalta, kestääkö surmakka itse saasteita ja hyötyykö se saasteista endofyyttisie niin kohdistuvien vaikutusten takia tai muista syistä. 160 Ytimennävertäjät ovat taloudellisesti merkittävin männyllä elävä kaarnakuoriaisryhmä Lapissa (kuva 172). Sallan metsätuhotutkimusten yhtey- Kuva 171. Versosurman ankaruuden ja ytimen nävertäjien iskemien puiden määrän riippuvuus männyllä Vilmajärvellä kesällä 1992. Kuva 172. Ytimennävertäjien aiheuttamaa tuhoa männyn kasvaimessa Raja-Joosepissa 1992. dessä havaitsimme ytimennävertäjien esiintyvän verraten runsaana surmakan vaivaamissa met sissä. Yleinen epätietoisuus versosurma- ja yti mennävertäjätuhojen keskinäisestä suhteesta sai meidät kehittämään uuden menetelmän, jol la tutkimme ytimennävertäjän esiintymisen his toriaa.9 Menetelmä perustuu jälkiin, joita jää oksiin ytimennävertäjien kaivertaessa kasvaimia ontoiksi. Ytimennävertäjätuhon ajankohdan määritimme vuoden tarkkuudella laskemalla syöntionkalon iän suhteessa uuden kasvaimen ikään. Ytimennävertäjän esiintymis historian tutkimiseen uusi menetelmä Saasteiden vaikutukset endofyyttisiin sieniin Endofyyttisienten kokonaismäärä väheni keinol lista happosadetusta (pH 3) saaneiden aikuisten puiden oksissa verrattuna käsittelemättömiin ja vedellä sadetettuihin puihin (kuva 174). Yksit täisten lajien esiintyminen eri tavalla käsitellyis sä puissa kuitenkin vaihteli. Yksi laji, Hormone ma dematioides, jopa runsastui puiden oksissa. Luontaiset kasvupaikkatekijät vaikuttivat suu resti yksittäisten lajien esiintymiseen. Kenttähavainnot osoittivat, että myös luon nollista suuremmat kupari- ja nikkelipitoisuudet muuttivat männynoksien endofyyttisienten lajis toa ja määrää. Keinoalustalla endofyytit sietivät kuparia ja nikkeliä yleensä huonosti; vain Hor- Kuva 174. Endofyyttisten sienten määrä käsit telemättömien sekä vesi-ja happosadetettujen mäntyjen oksissa kahdella erillisellä alueella Kevolla. 161 Vilmajärvellä ytimennävertäjien vioittamien mäntyjen lukumäärä kasvoi eksponentiaalisesti surmakkatuhon lisääntyessä noin 80 %:iin saakka, minkä jälkeen yti mennävertäjätuho ei enää laajentunut (kuva 171). Rik kilehdossa, mistä määritimme sekä surmakka- että yti mennävertäjähistorian, kaarnakuoriaiset osoittautuivat sekundaarisiksi tuhon aiheuttajiksi. Ne lisääntyivät metsikössä surmakan ensin heikennettyä mäntyjä. Yti mennävertäjät jatkoivat tuhoaan vielä 1990-luvulla, vaikka surmakkatuhot olivat vähentyneet (kuva 173). Ytimennävertäjät olivatkin versosurmametsien pahin ongelma 1990-luvun alkaessa. Kuva 173. Ytimennävertäjien aiheuttamien kasvaintuhojen suhteellinen vaihtelu männyllä surmakan pahasti raunioit tamassa Rikkilehdossa 1930-luvun lopulta 1990-luvulle. monema dematioides, joka runsastui myös happosade tettujen puiden oksissa, pystyi kasvamaan kaikissa käy tetyissä kupari- ja nikkelipitoisuuksissa. Luonnossa saastuneimmissa oksissa runsaslukuisimmat lajit sie tivät metalleja parhaiten myös keinoalustalla. Tutkimustulokset osoittavat, että ilmansaasteet voi vat melko lyhyessä ajassa muuttaa kasveilla elävien harmittomien sienten yhteisöä. Vaikutukset voivat koh distua suoraan sieniin, välittyä isäntäkasvin kautta tai johtua elinympäristön tai sienten välisten kilpailusuhtei den muutoksista. Sieniyhteisön muutosten ekologinen merkitys tunnetaan vielä puutteellisesti, sillä havupui den endo- ja epifyyttisten sienten tehtävää ekosystee missä ei ole riittävästi tutkittu. Surmakan ja endofyyttien vuorovaikutukset Tutkimme surmakan ja endofyyttisten sienten vuorovaikutuksia sekä luontai sen endofyyttiflooran omaavilla aikuisilla männyillä että taimilla. Osalla taimista kohotimme endofyyttimäärää keinolli sesti lisäämällä niihin kahta tutkimus alueella yleisesti esiintyvää endofyyttila jia. Aikuisia mäntyjä olimme altistaneet keinolliselle happosadetukselle kuuden koetta edeltävän kasvukauden aikana. 10 Taimet saivat happosadetusta yhtenä kasvukautena. Lisäsimme surmakan rihmastoa ai kuisten puitten irrotettuihin oksiin ja annoimme sen edetä oksissa kuuden viikon ajan. Endofyytit eivät pystyneet ehkäisemään surmakan etenemistä, vaan surmakka syrjäytti oksissa yleisi nä esiintyneet endofyyttilajit. Saastutimme männyn taimet surma kan kuromaitiöillä endofyyttisienten li säämisen jälkeen. Endofyyttisienten määrän lisääntyminen männyn taimien rungoissa ei vaikuttanut merkitsevästi taimien sairastuvuuteen. Surmakkaa esiintyi kuitenkin oireettomana tartun tana 33 % vähemmän endofyyttisienellä käsitellyissä taimissa kuin vertailutai missa (kuva 175 c). Happosadetus ei kummassakaan kokeessa vaikuttanut endofyyttien ja surmakan vuorovaiku tuksiin. Kun tutkimme surmakan ja endofyyttien kuparin ja nikkelin sietoa keinoalustoilla, surmakka sieti raskas metalleja yhtä hyvin tai heikommin kuin endofyyttiset sienet (kuva 175 a ja b). Koetuloksemme eivät siis osoittaneet, että endofyyttiset sienet pystyisivät te hokkaasti suojelemaan mäntyä surma kaita tai että surmakkaa herkempien en dofyyttien saasteista johtuva häviäminen erityisesti altistaisi mäntyä surmakaile. Saasteiden vaikutus männyn surmakka-alttiuteen Luonnonympäristössä 2- ja 4-vuotiailla männyn taimilla tekemissämme kokeis sa mikroilmastoon liittyvät tekijät, kuten 162 ympäröivän mäntymetsikön tiheys, olivat voi makkaasti yhteydessä versosurman ja oireetto man surmakan esiintymiseen. Ylimääräinen ve sisadetus lisäsi oireettoman surmakan määrää, mutta veden happamoittaminen rikkihapolla tai rikki- ja typpihapolla yhdessä mitätöi ylimääräi sen veden vaikutuksen (kuva 176). Männyn oksien luonnollista suuremmat kupari- ja nikkelipitoisuudet tai puiden pitkäai kainen altistaminen happosadetukselle eivät vai kuttaneet rihmastona ympätyn surmakan hen gissä pysymiseen ja kasvuun. 11 Raskasmetalli kokeessa surmakka pystyi kasvamaan jopa sel laisissa oksissa, joiden pesty kuori sisälsi 700 mg kuparia ja 100 mg nikkeliä ja pesemättömät neulaset 287 mg kuparia ja 95 mg nikkeliä kilo grammassa kuivattua näytettä. Näin korkeita kupari- ja nikkelipitoisuuksia on Kuolassakin vain muutamien kymmenien kilometrien säteellä sulatoista. Kuitenkin laboratoriokokeessa var sinkin nikkeli haittasi surmakan kasvua jo suh teellisen pieninä pitoisuuksina (< 6 pg/ml, kuva 175 b). Tämän takia on luultavaa, että surmakka kärsii nikkelistä ollessaan oksan ulkopuolella suoraan alttiina nikkelille. Taimikokeessa lisäsimme sadetuskäsittelyjä saavien taimien juurille kuparia ja nikkeliä (sul faatteina) yksin tai erikseen laimeana vesiliuok- Kuva 175a-c. Hormonema dematioides -endofyyttilajin kasvustojen (a) ja surmakkakasvustojen (b) kasvu eri määriä kuparia, nikkeliä ja niiden yhdistelmiä sisältävillä keinoalustoilla sekä endofyyttisienten lisäämisen vaiku tus oireettoman surmakan määrään männyn taimissa (c). 163 sena. Kuparilla ei ollut vaikutusta sur makan esiintymiseen. Nikkelin vaikutus oli sen sijaan yhteydessä veden lisäyk seen: nikkeli nosti oireettoman surma kan määrää sadettamattomissa taimis sa, mutta vähensi sitä vesi- ja happosa detetuissa taimissa (kuva 176). Vaikka surmakan rihmasto pystyy elämään saastuneissa männyn oksissa, eivät rikki- ja typpihappo, kupari ja nik keli missään kokeessa merkittävästi li sänneet mäntyjen sairastumista verso surmaan. Kokeittemme perusteella näyttää sil tä, että männyllä elävä surmakka ei ai nakaan lyhyellä aikavälillä hyödy saas teista. Se miten pitkäaikainen, maape rän köyhtymiseen johtava happamoitu minen vaikuttaa puitten surmakka-alt tiuteen, vaatii vielä tutkimuksia. Keskeiset tulokset 1980-luvun lopulla tietoisuuteen tulleet Sallan metsätuhot johtuivat surmakka sienen aiheuttamasta versosurmasta. Versosurmaisten metsiköiden osuus metsätalouden piiriin kuuluvan metsä maan pinta-alasta Itä-Lapissa oli hyvin pieni, ja valtaosa metsiköistä oli vain lievästi vaurioituneita. Koealalinjoilla versosurmaisuus oli vakavinta linjalla 2 Montsegorskista Muonioon, mutta eroja itä-länsisuunnassa ei havaittu. Kuolassa versosurmaa esiintyi vain yksittäisissä puissa. Versosurmaiset metsät olivat Kuva 176. Oireettoman surmakan määrä eri tavoin sadetetuissa ja metalleilla käsi tellyissä männyn taimissa. tavallisimmin lähellä vesistöä olevissa painanteissa ja ylitiheissä kasvatusmetsissä. Kehittämämme oksa-analyysin perusteella surmakka oli vaurioittanut mäntyjä pahasti Sallan Rikkilehdossa ja lievästi Savukosken Kemihaarassa jo 1940-luvulla. Ankarinta tuho oli kuitenkin 1980-luvulla. Pahoin vau rioituneissa tuhopesäkkeissä kuten Rikkilehdossa yti mennävertäjät sekundaarisina tuhonaiheuttajina saivat aikaan 1980-luvun lopulla luurankometsämaiseman. Surmakan havaittiin lisääntyvän myös elävissä män nyn oksissa, mikä osaltaan pitää yllä pitkäaikaisia epi demioita. Sekä Lapista että Kuolasta löysimme mm. tau dinoireiltaan erilaisia surmakkarotuja. Myös kokeellisissa tutkimuksissa vahvistui gradient titutkimuksen ja tuhohistorian analyysin antama käsi tys luontaisten ympäristötekijöiden osuudesta surma kan esiintymiseen. Sadetus pelkällä puhtaalla vedellä hyödytti surmakkaa, mikä osoittaa myös epäpuhtauk sista riippumattomilla ympäristötekijöillä (erityisesti sa demäärällä) olevan merkitystä tulkittaessa alueellisia havaintoja esimerkiksi koealalinjoilla. Oksakirvojen imentä heikensi mäntyjä ja saattoi hel pottaa surmakan tunkeutumista versoihin lisäten män tyjen alttiutta versosurmalle. Raskasmetallikäsittelyt ei vät vaikuttaneet oksakirvojen menestymiseen. Mäntyjen versoissa harmittomina elävät endofyyttiset sienet eivät kyenneet suojaamaan mäntyjä surmakalta kokeellisissa tutkimuksissa. Endofyyttiset sienet eivät myöskään olleet surmakkaa herkempiä nikkelille ja ku parille. Kirjallisuusviitteet 1 Kaitera, J. & Jalkanen, R. 1994. Old and fresh Gremmeniella abietina damage on Scots pine in eastern Lapland in 1992. Silva Fennica 28(2): 107-113. 2 McNeäl, S. & Whittaker, J. B. 1990. Air pollution and tree dwelling aphids. Julkaisussa: Watt, A. D., Leather, S. R., Kidd, N. A. C. & Hunter, M. (toim.). Population dynamics of forest insects. Intercept Ltd., Andover, UK. s. 195-208. 3 Uotila, A. 1989. Ilmastotekijöiden vaikutus männynverso syöpätuhoihin. Summary: The effect of climatic factors on the occurence of Scleroderris canker. Folia Forestalia 721. 23 s. 4 Barklund, P. & Unestam, T. 1988. Infection experiments with Gremmeniella abietina on seedlings of Norway spruce and Scots pine. European Journal of Forest Pathology 18: 409- 420. 5 Kaitera, J. & Jalkanen, R. 1995. Stand and site characteris tics in the decline of Scots pine caused by Gremmeniella abietina in a severely damaged 50-year-old plantation in SE Lapland, Finland. Scandinavian Journal of Forest Research, (painossa). 6 Kaitera, J. & Jalkanen, R. 1992. Disease history of 164 Gremmeniella abietina in a Pinus sylvestris stand. European Journal of Forest Pathology 22(6-7): 371- 378. 7 Kaitera, J., Fedorkov, A., Jalkanen, R., Krutov, V. & Tsvetkov, V. 1995. Occurrence of Gremmeniella abietina damage on Scots pine along a pollution gra dient from Monchegorsk nickel smelter to western Lapland. European Journal of Forest Pathology 25. (painossa). 8 Uotila, A. 1983. Physiological and morphological variation among Finnish Gremmeniella abietina isolates. Communicationes Instituti Forestalls Fenniae 119. 12 s. 9 Kaitera, J. & Jalkanen, R. 1994. The history of shoot damage by Tomicus spp. (Col, Scolytidae) in a Pinus sylvestris L. stand damaged by the shoot-disease fungus Gremmeniella abietina (Lagerb.) Morelet. Journal of Applied Entomology 117: 307-313. 10 Ranta, H., Neuvonen, S. & Ylimartimo, A. 1995. Interactions of Gremmeniella abietina and endo phytic fungi in shoots of Scots pine trees treated with simulated acid rain. Journal of Applied Ecology 31. (painossa). 11 Ranta, H., Neuvonen, S., Kääriäinen, S. & Vesanto, S. 1994. Copper and nickel pollution: frequency of endophytic fungi in Scots pine shoots and endo phyte growth in vitro. Canadian Journal of Botany 72: 93-99. Koonnut Eeva-Liisa Jukola-Sulonen Karike ja mäntymetsien tila 166 Kokonaiskarikkeen määrä ja koostumus 167 Eeva-Liisa Jukola-Sulonen, Anne-Marie Kurkaja Päivi Merilä Neulaskarikesadon vuosivaihtelut huomattavan suuria 170 Tatu Hokkanen Karikeneulasten määrän ja painon vaihtelut 170 Eeva-Liisa Jukola-Sulonen, Päivi Merilä, Anne-Marie Kurkaja Jari Kleemola Männyn neulasvuosikertojen määrä alentunut Montsegorskin läheisyydessä jo vuosikymmeniä sitten 172 Risto Jalkanen Karikeneulasten alkuaineet 172 Päivi Merilä ja Eeva-Liisa Jukola-Sulonen Hyönteisten esiintyminen papanantuoton perusteella 174 Pekka Niemelä Luppoja eniten Jenassa, vähiten Inarin Lapissa ja Pirengassa 176 Eeva-Liisa Jukola-Sulonen ja Jari Kleemola Männyn siemensato Itä-Lapissa ja Kuolassa 177 Eira-Maija Savonen Karikekaarnan rikki- ja raskasmetallipitoisuus Suomen Lapissa 178 Jarmo Poikolainen Männyn siemensadon pitkäaikaisvaihtelut Kittilässä 180 Tatu Hokkanen Keskeiset tulokset 181 Kuva 177. Maanpinnalla olevaa mäntykariketta Montsegorsk 2:n intensiivikoealalla Kuolassa 10 kilometriä Montsegorskista länteen. Kuva: Erkki Oksanen 167 Karike ja mäntymetsien tila Karikkeella on tärkeä merkitys metsäekosystee min ainekierron ja monimuotoisuuden ylläpitä jänä. Karike toimii sienien, mikrobien ja maape räeläinten kasvualustana. Metsikkökarike muo dostuu ekosysteemin kuolevasta aineksesta ja sisältää runkopuuta, oksia, neulasia, käpyjä, kukintoja, juuria, jäkäliä ja eläimiä sekä niiden jätöksiä. Karikkeen eriasteiset hajoamistuotteet ovat humuksen rakenneosia.Yhdessä kivennäis maan kanssa humus ylläpitää koko metsikön ravinnekiertoa. Ilmansaasteet vaikuttavat metsäekosystee miin monin tavoin, esimerkiksi maan ravinneti laan, puiden kuntoon (mm. lehvästön määrä ja suvullinen lisääntyminen) sekä epifyyttijäkälien ja tuhohyönteisten esiintymiseen. Kaikki tämä heijastuu metsikkökarikkeeseen, jonka muutok sia seuraamalla voidaan arvioida ekosysteemin tilaa. Kariketutkimusten perustana on Metsän tutkimuslaitoksella jo 1960-luvulta lähtien eri puolilta Suomea kerätty karikeaineisto, joka tar joaa metsien tilan seurannan kannalta arvok kaan aikasarjan ja vertailuaineiston. 1 Ympäristöindikaattoreita kehitettäessä huo mio on kiinnitetty karikkeeseen, koska sen avul la saadaan silmämääräisesti havainnoitavien tunnusten rinnalle tarkkoja mittoja ympäristön tilan seurantaan. Puun harsuuntuessa siitä varisee neulasia ja oksia normaalia enemmän, mutta kun latvuksen neulasmassa on pysyvästi pienentynyt, myös neulaskarikemäärät vähene vät. 2 Jos puun lisääntymiskyky heikkenee, sie men-ja käpysadot laskevat. 1 Karikkeesta voi daan seurata myös hyönteiskantojen vaihtelua sekä epifyyttijäkälien määrääjä lajiston muu toksia. 3 Viime aikoina on tutkittu lahoavan puu aineksen määrää metsässä; kariketutkimus an taa mahdollisuuden myös tämäntyyppiseen seu rantaan. Tässä tutkimuksessa tarkoituksenamme oli selvittää, miten Kuolan kaivosteollisuuden pääs töt vaikuttavat karikkeen määrään ja laatuun sekä kehittää menetelmiä ympäristön seurantaa varten. Keräsimme aineistoa Suomen Lapissa sijaitsevilta 14 intensiivikoealalta neljän vuoden aikana (1990-93) sekä Kuolasta kolmelta inten siivikoealalta yhtenä vuotena (1992-93). Vertai - Kuva 178. Karike kertyy karike suppilon alle sidottuun kangaspussiin, joka vaihdetaan kuu kausittain. lussa käytimme Kittilän ja Rovaniemen maalais kunnan vanhoja karikekoealoja, joilta kariketta on kerätty 1960-luvulta lähtien. Kokonaiskarikkeen määrä ja koostumus Tutkimuksessa rajoituimme tarkastelemaan pui den latvuksesta varisevaa kariketta, josta käy tämme tässä yhteydessä nimitystä kokonaiskari ke. Kokonaiskarikkeen määrä ja koostumus vai kuttavat maan ravinnetilaan ja koko ekosystee min tuottokykyyn, sillä karikkeen hajotessa elo peräisen aineksen sisältämät ravinteet palautu vat takaisin kasvien käyttöön. Ravinteiden kier rossa tärkeää on orgaanisen aineksen hajoamis nopeus; se riippuu karikkeen koostumuksen li säksi pääasiassa ilmastotekijöistä. Ilmansaas teet voivat vaikuttaa maaperäeliöiden hajotus toimintaan joko suoraan tai muuttamalla koko naiskarikkeen määrääjä koostumusta. Keräsimme kariketta 1,5 m:n korkeudelle asennetuilla kymmenellä metallisuppilolla 25 aarin alalta (kuva 178). Tyhjensimme karikesup 168 Kuva 180. Kokonaiskarikkeen vuotuinen määrä intensii vikoealoilla Suomen Lapissa 1991-93 ja Kuolassa 1993. Koealojen etäisyys on mitattu Montsegorskista (Ainijärvi, Sätsi, Raja-Jooseppi, Lokka, Kemijärvi, Aska, Rajala, Tennilä, Särkiselkäja Kemi) ja Nikelistä (Sevettijärvi, Kessi, Raja-Jooseppi, Kevoja Angeli). Vertailukoealoina 1960-92 toiminnassa olleet Kittilän II karikekoealaja Rovaniemen mlk:n karikekoeala. pilot lumettomana aikana kerran kuukaudessa. Talvika rike saatiin vuoden ensimmäisen tyhjennyksen yhtey dessä. Keräysvuodeksi määrittelimme kalenterivuoden, jonka aikana tyhjensimme suppilot. Karikemateriaalin erittelimme 39 eri ositteeseen, jotka voidaan jakaa vii teen ryhmään: puiden uusintaan liittyvät ositteet (mm. neulaset, kaarna ja oksat), puiden lisääntymiseen liitty vät osi-tteet (kävyt, kukinnot ja siemenet), epifyyttijäkälät Kuva 179a-e. Metsikkökarike muodostuu metsän kuole vista osista, esimerkiksi neulasista (a), kaarnasta ja ok sista (b), kävyistä, kukinnoista ja siemenistä (c), epifyytti jäkälistä ja tomusta (d) sekä hyönteisistä ja niiden jätök sistä (e). 169 ja tomu (laskeumasta ja ekosysteemistä peräisin olevat hiukkaset, esimerkiksi siitepöly) sekä hyönteiset ja niiden jätökset (kuva 179a-e). Kariketulosten vertailua vaikeuttaa koealojen metsiköiden erilaisuus, esimerkiksi puiden mää rä, koko ja ikä, sekä erot metsien luonnontilai suudessa. Metsikön vanhetessa neulasten osuus karikkeessa pienenee ja oksien, käpyjen sekä kaarnan osuudet kasvavat. Vaikka koealat pyrit tiin valitsemaan keskenään vertailukelpoisista metsiköistä, ei tavoitteeseen aina päästy. Karik keen keruuseen valituista lähinnä Montsegors kia olleen (Pirenga) nuori metsikkö vaikeuttaa erityisesti tulosten tulkintaa. Kokonaiskarikesadon vuosivaihtelu suurta Kokonaiskarikesato vaihteli vuosittain voimak kaasti, mutta Suomen puolen koealojen väliset erot näyttivät säilyneen samansuuntaisina koko Kuva 181 a, b. Kokonaiskarikesato ja sen koos tumus koealalinjalla 2 (a) sekä Inarin Lapin koe aloilla (b) vuonna 1993. keräysjakson. Esitämme tuloksia pääasiassa vuodelta 1993, koska vain tuolloin aineistoa kerättiin myös Kuolan puolelta. Koealojen vuo sittainen kokonaiskarikesato vaihteli välillä 30,9-145,5 g/m 2 (kuva 180). Suurin kokonais karikesato oli eteläisimmillä koealoilla Kemissä, Kemijärvellä, Tennilässä ja Askassa sekä Sevet tijärvellä ja Jenassa. Itäisimmillä koealoilla Sät sissä, Raja-Joosepissa ja Ainijärvellä sekä lä hinnä Montsegorskia sijaitsevalla Pirengan koe alalla kokonaiskarikesato oli pieni. Useimmilla koealoilla kariketta kertyi eniten vuonna 1992 ja vähiten vuonna 1993. Kokonaiskarikesadon ja sen sisällön gradien tinsuuntaista vaihtelua tutkittiin linjalla 2 sekä Inarin Lapin koealoilla vuonna 1993 (kuva 181 a ja b). Linjalla 2 suurin karikesato oli Jenan koe alalla ja pienin Pirengan koealalla. Regressio analyysissä karikesadon koealojen välistä vaih telua selittivät parhaiten puuston pohjapinta ala, pitkän ajan lämpösumma ja korkeus meren pinnasta. Sevettijärven, Kevon ja Jenan koealo jen suuret ja Kovdorin, Pirengan ja Raja-Joose pin koealojen pienet karikesadot eivät kuiten kaan selittyneet näillä tekijöillä. Mallitettu ilman keskimääräinen rikkidioksidipitoisuus ei selittä nyt karikesadon vaihtelua. Karikeositteiden määrissä eroja Enin osa kokonaiskarikkeesta oli mäntykariket ta, joskin Inarin Lapin koealoilla lehtipuukarik keenkin osuus oli kohtalainen. Ruskeat männyn neulaset olivat joka vuosi suurin yksittäinen osite (kuva 181 a ja b). Vuon na 1991 ruskeiden neulasten osuus kokonais karikkeesta oli keskimäärin 60 %, 50 % vuonna 1992 ja 45 % vuonna 1993. Vaihtelu oli suurinta Inarin Lapissa ja pienintä eteläisillä koealoilla. Vihreiden neulasten sato oli pieni kaikilla koealoilla; pienimmillään se oli Montsegorskia lähinnä olevalla Pirengan koealalla. Vihreitä neulasia varisee satunnaisista syistä, esimer kiksi lintujen pudottelemina, ympäri vuoden. Männyn oksat olivat toiseksi suurin karike osite. Vuosien 1991-93 aineistossa niiden osuus kokonaiskarikesadosta oti keskimäärin 11%. Sevettijärvellä, Kevolla ja Jenassa oksakarike sato oli keskimääräistä suurempi, sen sijaan Pirengassa osuus jäi vain 1,3 %:iin. Muutokset oksakarikesadossa voivat ilmentää puuston har suuntumiskehitystä. Sekä oksa- että kaarnasato 170 vaihtelivat samansuuntaisesti kokonaiskarikesadon kanssa. Siemenien, käpyjen ja kukintojen määrä kuvaa met sikön puiden fertiiliyttä. Niiden määrä karikkeessa vaih teli samansuuntaisesti pystypuista laskettujen käpy määrien kanssa. Eniten fertiiliyteen liittyviä ositteita oli Inarin Lapin koealoilla (Sevettijärvi, Kessi ja Kevo) sekä Kovdorin koealalla. Tomu on osaksi peräisin metsäekosysteemistä (pie neksi jauhautunutta kasvi- ja eläinjätettä), osa siitä taas on laskeuman mukana tullutta, esimerkiksi kalkki- ja metallipölyä. Tomun määrä kaikilla koealoilla näytti lisääntyvän teollisuuslaitoksia lähestyttäessä. Karikeneulasten määrän ja painon vaihtelut Männyt uusivat neulasiaan niin, että oksan kärkeen muodostuvien uusien versojen kehityttyä vanhimmat neulaset varisevat useimmiten vuosiluokka kerrallaan. Yleensä Lapissa suurin osa vuoden neulaskarikesadosta kertyi elo-ja lokakuun välisenä aikana (kuva 182). Syk syllä 1990 variseminen kesti noin kolme, 1991 yksi ja 1992 kaksi kuukautta. Ruskeiden neulasten vuosittainen karikesato vaihteli koko aineistossa välillä 13-87 g/m 2 . Suurin se oli eteläi sillä koealoilla (Kemi, Kemijärvi, Tennilä ja Aska) ja pie nin itärajan läheisillä koealoilla (Raja-Jooseppi, Sätsi, Kessi ja Ainijärvi) sekä lähinnä Montsegorskia sijaitse vassa Pirengassa (kuva 184). Neulaskarikesato oli vuosi na 1991 ja 1992 samaa tasoa. Vuonna 1993 se jäi noin puolet pienemmäksi, sillä suuri osa neulasista varisi Kuva 182. Ruskeiden neulasten sadot tyhjennyskerroit tain Tennilän, Utsjoen ja Raja-Joosepin koealoilla 1990- 93. Neulaskarikesadon vuosivaihtelut huomattavan suuria Tutkimme neulasten varisemista Pallas- Ounastunturin kansallispuistossa Kitti lässä 1961-92. Keräsimme puista vari sevia neulasia ja muita karikeositteita ympärivuotisesti kymmenellä karikesup pilolla noin 200-vuotiaassa männikössä, jonka tiheys oli 400 runkoa hehtaarilla. Neulaskarikesadon vuotuiset vaihte lut osoittautuivat yli 30 vuoden pituisen tutkimusjakson aikana huomattavan suuriksi. Suurimmat vuotuiset neulas karikemäärät olivat yli kuusinkertaisia pienimpiin verrattuna (kuva 183). Seu rantajakson aikana neulaskariketta vari si vähimmillään 14 g/m 2 ja enimmillään vasta lokakuun jälkeen, jolloin näytteet kerättiin viimeisen kerran ennen lumen tuloa (kuva 182). Neulaskarikemäärän koealojen välistä vaihtelua selittivät par haiten puuston pohjapinta-ala, lämpö summa, korkeus merenpinnasta ja puuston harsuuntumisaste. Harsuun tumisastetta lukuun ottamatta selittäjät ovat samoja kuin kokonaiskarikkeen tapauksessa. Mallitetun ilman keski määräisen S0 2-pitoisuuden ja neulas karikemäärän välillä ei ollut yhteisvaih telua. Neulaskadon 1987 vaikutus näkyy Etelä-Lapissa Neulasen kokoon vaikuttaa tutkimusten mukaan eniten neulasen syntyvuoden lämpösumma. Laskimme neulasparin keskimääräisen painon kokonaismasso jen ja lukumäärien avulla tyhjennysker roittain. Itä-Lapin metsävaurioprojektin koealoilta ja vertailukoealoilta 1990-93 171 91 g/m 2 vuodessa. Neulasten keskimääräinen vuotuinen karikesato oli tutkimusjakson aikana 53 g/m 2 . Yhte näistä, trendinomaista muutosta neulaskarikkeen mää rässä emme voineet pitkällä aikavälillä havaita. Neulaskarikkeen varisemiseen vaikuttavat eniten sääolot. Tutkija Jari Koukin ja tutkija Tatu Hokkasen Kuva 183. Neulaskarikesadon vaihtelu Kittilässä vuosina 1961-92. Yksi tarkasteluvuosi on jakso elokuun alusta heinäkuun loppuun, eli esimerkiksi vuosi 1990 vastaa jaksoa 1.8.1989-31.7.1990. mukaan erityisesti heinäkuun keskiläm pötila vaihtelee samansuuntaisesti neu laskarikemäärän kanssa. 4 Myös maalis huhtikuun korkeat lämpötilat edistävät neulasten varisemista kevään kuluessa. Lisäksi neulaskarikesadon vuosivaihte luihin vaikuttavat mm. poikkeukselliset pakkas- ja kuivuuskaudet, voimakkaat myrskyt sekä neulasia syövien hyönteis ten joukkoesiintymät. Tärkeä sijansa on myös puun sisäisillä energiataloudellisil la ja muilla fysiologisilla tekijöillä. Kittilän neulaskarikesadon tulokset osoittavat, kuinka tärkeitä pitkät ha vaintosarjat ovat ympäristön seuran nassa. Tutkittaessa suuresti vuosittain vaihtelevia ilmiöitä, kuten neulasten va risemista, muutaman vuoden pituiset seurantakokeet eivät yleensä riitä. Pit kien havaintosarjojen antama tieto luon nonmukaisen vaihtelun suuruudesta on tärkeää, jotta ihmisen vaikutuksia, esi merkiksi ilmansaasteiden osuutta, voi taisiin luotettavasti arvioida. kerätyssä aineistossa se vaihteli välillä 9-15 mg/ kpl (kuva 185). Neulasparin paino oli erityisen pieni Tennilän, Kemijärven, Kemin sekä Jenan ja Pirengan koealoilla. Varisseiden neulasten syntyvuoden lämpösumma ei selitä niiden pai non vuosivaihtelua. Näyttää siltä, että eteläisten koealojen varisevien neulasten suuri lukumäärä ja pieni paino ovat vuoden 1987 neulaskadon jälkiseurauksia. Saasteet vaikuttavat neulasten painoon Kuolassa Neulasten painon on todettu pienenevän saaste lähteiden ympäristössä. 5 Siksi niiden vaihtelua on mielenkiintoista seurata myös suhteessa Kuolan päästölähteisiin (kuva 185). Tulosten tulkintaa vaikeuttaa kuitenkin se, että neulas parin paino vaihteli linjalla 2 samansuuntaisesti Kuva 184. Ruskeiden karikeneulasten kokonais massa vuonna 1993 koealalinjoilla 1 ja 2 sekä Inarin Lapissa suhteessa etäisyyteen päästöläh teistä. Kuva 185. Neulasen massa vuosina 1990-93 koealalinjoilla 1 ja 2 sekä Inarin Lapissa suhtees sa etäisyyteen päästölähteistä. 172 Männyn neulasvuosikertojen määrä alentunut Montsegorskin läheisyydessä jo vuosikymmeniä sitten Männyn neulasvuosikertojen määrä pysyy nor maalioloissa pitkällä aikavälillä vakiona: oksan kärkeen syntyvä uusi vuosikerta korvaa keski määrin yhden neulasvuosikerran suuruisen poistuman vanhimpia neulasia. Lyhyellä aikavä lillä vuosikertojen määrä vaihtelee runsaastikin. Merkittävä osa vaihtelusta on luontaista eli met sään kuuluvien ympäristötekijöiden aikaansaa maa. Näiden aiheuttaman neulaskadon jälkeen puusto toipuu yleensä hyvin. Sen sijaan ilman epäpuhtaudet kuluttavat neulasia jatkuvasti ja lyhentävät niiden ikää. Tällöin neulasvuosikerto jen määrän oletetaan laskevan pysyvästi, ja pui den toipuminen on mahdollista vasta kun pääs töt oleellisesti vähenevät. Tutkimme, onko Montsegorskin teollisuus kombinaatin läheisyys vaikuttanut männyn neu lasvuosikertojen määrän vaihteluun. Tutkimuk- Kuva 186. Neulasarpimenetelmä perustuu siihen, että puun ydintä ja neulasta yhdistävän ja runkoon jäävän johtojänteen perusteella voidaan laskea neulasen ikä. 6 Kuvan neulanen on kasvanut rungossa neljä vuotta. paitsi mallitetun ilman rikkidioksidipitoisuuden myös puuston kuutiomäärän kanssa. Samoin karikeneulaspainon ja puussa olevien neulas vuosikertojen lukumäärän välillä havaittiin yh teisvaihtelua: mitä useampia neulasvuosikertoja puussa oli, sitä painavampia karikeneulaset oli vat. Neulasten pieni paino Pirengassa voi johtua ilmansaasteista. Karikeneulasten alkuaineet Ilmansaasteiden vaikutukset ilmenevät neula sissa joko epäpuhtauksien, esimerkiksi rikin ja raskasmetallien, kertymisenä niiden pinnalle ja solukoihin tai ravinteiden huuhtoutumisena. Happamoittavan laskeuman aiheuttama emäs ravinteiden, kuten kaliumin ja magnesiumin, huuhtoutuminen maaperästä vähentää niiden saantia puiden kannalta. Sekä epäpuhtauksien kertyminen että ravinteiden huuhtoutuminen neulasista ja maaperästä voivat näkyä paitsi elä- 173 sessa käytimme neulasarpimenetelmää (kuva 186). Kaa doimme koepuut, joita oli 5-9 kpl metsikköä kohti, Suo men rajan ja Montsegorskin välillä olevien seitsemän in tensiivikoealan ympäristöstä vuosina 1990-93. Mäntyjen hidaskasvuisuus ja ohutlustoisuus vaikeuttivat työtä niin, että emme pystyneet tutkimaan kokonaan puiden elinkaarta rinnankorkeudelta latvaan. Montsegorskin läheisyys vaikutti selvästi männyn neulasvuosikertoihin, joiden määrää kuvaamme seuraa- Kuva 187. Männyn neulasvuosikertojen pitkäaikaisvaih telu intensiivikoealojen metsiköissä Montsegorskista Sätsiin. vassa kesäisten vuosikertalukujen avulla (kuva 187). Pienimmät neulasvuosiker tamäärät löytyivät 1980-luvun puolivä listä koealalta Montsegorsk 2 (alle kolme vuosikertaa). Seuraavaksi vähiten vuosi kertoja (noin neljä) oli Imandrassa, kol manneksi lähimmällä koealalla Montse gorskista, 1990-luvulla. Eniten neulas vuosikertoja (noin kuusi) oli Sätsissä ja Kovdorissa, jotka olivat kauimmaiset metsiköt Montsegorskista mitattuna. Montsegorskissa neulasvuosikertoj en määrä oli alkanut vähentyä jo vuodesta 1963, mistä alkoi kaikki kahdeksan koe puuta kattava kronologia. Yksittäisten puiden perusteella Montsegorsk 2:n mäntyjen neulasvuosikertojen määrä oli alkanut laskea 1940-luvun runsaasta viidestä vuosikerrasta. Erityisen voima kasta lasku oli ollut 1970-luvun alusta 1980-luvun puoliväliin, minkä jälkeen puusto oli selvästi elpynyt Montsegors kin ohella Imandrassa. Montsegorskin metsikkö kuitenkin kuoli pian näyte puiden hakkuun jälkeen 1990-luvun alussa. Sätsissä neulasvuosikertojen määrä oli kasvanut jatkuvasti 1950-luvulta 1980-luvun puoliväliin, minkä jälkeen se alkoi alentua lähes kaikilla alueilla, myös Sätsissä. Pitkän aikavälin alene mista todettiin vielä Imandrassa, 26 km:n päässä Montsegorskista. vien myös karikeneulasten pitoisuuksissa. Puun sisäisen ravinnekierron vuoksi kari keneulasten ainepitoisuudet vaihtelevat kasvu kauden aikana, mutta pitoisuuksien on todettu pysyttelevän varsin vakaina myöhäissyksyllä, jolloin ravinteet eivät enää liiku. 7 Tutkimuksessa totesimme ruskeiden karikeneulasten ravinnepi toisuuksien noudattavan säännönmukaista vuo denaikaisvaihtelua, mutta vihreinä varisseiden neulasten pitoisuudet vaihtelivat kasvukauden aikana voimakkaasti ilman säännönmukaisuutta. Gradienttitarkasteluihin valitsimme analysoi tavaksi vanhimman neulasvuosikerran varise- misajankohdan eli syys- ja lokakuun aikana varisseet ruskeat karikeneulaset vuodelta 1990. Tuolloin emme vielä olleet saaneet näytemateri aalia Kuolan koealoilta. Syksyllä 1993 analy soimme karikeneulasten pitoisuuksia koealalin jalta 2. Tällä linjalla keräsimme kariketta seitse mältä koealalta, joista kolme oli Kuolan puolella. Analysoimme elo-syyskuussa karikesuppiloihin varisseet ruskeat neulaset. 174 Kuolan päästöt näkyvät karikeneulasten nikkeli- ja kuparipitoisuuksissa Suomen puolen koealoilla voitiin todeta gradien tit karikeneulasten kromi- ja kuparipitoisuuk sissa. Kromilla ilmeni laskeva gradientti Tor nion jaloterästehtaan vaikutusalueelta etään nyttäessä. Suurimmat kuparipitoisuudet mitat tiin lähinnä itärajaa ja Kuolan päästölähteitä si jaitsevilla koealoilla (Ainijärvi, Sevettijärvi, Kessi ja Raja-Jooseppi). Yleensä karikeneulasten alkuainepitoisuudet olivat yhtä suuria tai alhai sempia kuin aikaisemmissa tutkimuksissa saa dut tulokset. 8 Pitoisuuksien alhaisuuteen vai kuttanee koealojen pohjoisuus: kylmässä ilmas tossa ravinteiden kierto on hidasta, joten niistä on jatkuvaa niukkuutta, mikä heijastuu myös karikeneulasten pitoisuuksiin. Alhaisimmat karikeneulasten kaliumpitoi suudet havaittiin neljällä pohjoisimmalla koe alalla (Kevo. Sevettijärvi, Kessi ja Angeli). Sen sijaan magnesiumpitoisuudet olivat korkeimpia kahdella pohjoisimmalla koealalla, Kevolla ja Sevettijärvellä. Sevettijärvellä havaittiin myös suurimmat rikkipitoisuudet. Runsaita magne sium-ja rikkipitoisuuksia Pohjois-Lapissa selit tää Jäämeren läheisyys, joskin myös Kuolasta tulevilla rikkipäästöillä voi olla osuutta Sevetti järven karikeneulasten rikkipitoisuuksiin. Kuolan nikkeli-kuparisulattojen raskasme tallipäästöt näkyivät selvästi kohonneina nikke li- ja kuparipitoisuuksina Kuolan puolella (kuva 188). Suurimmat pitoisuudet havaittiin lähinnä Montsegorskia (48 km) sijaitsevalla Pirengan koealalla. Myös karikeneulasten rautapitoisuu det käyttäytyivät samansuuntaisesti. Suomen puolella nikkelipitoisuuden määritysraja, 5 mg/ kg, ylittyi ainoastaan itäisimmällä koealalla, mikä voi olla Kuolan päästöjen vaikutusta. Kuva 188. Karikeneulasten nikkeli-ja kuparipitoi suudet koealalinjalla 2 syksyllä 1993. Karikeneulasten kupari- ja rautapitoisuudet py syttelivät Suomen puolella alhaisina. Karikeneulasten rikkipitoisuudet olivat Kuo lan puolella vain vähän Suomen koealoja kor keampia, tosin lähimmältäkin koealalta oli mat kaa Montsegorskiin lähes 50 km. Kovdorin kai vosteollisuuden pölypäästöt näkyivät muita koe aloja suurempina kalsium-, magnesium-ja alu miinipitoisuuksina Kuolan läntisimmällä, Kov dorin lähistöllä sijaitsevalla koealalla. Vähiten mangaania mitattiin lähinnä Montsegorskin sulattoa sijaitsevalla Pirengan koealalla. Suppiloista aiheutuvan kontaminaation vuoksi karikeneulasten ja -kaarnan sinkkipitoi suudet on jätettävä tarkastelun ulkopuolelle. 9 Myös muiden suppiloista irtoavien metallien (uusissa suppiloissa alumiini, kromi ja rauta sekä vanhoissa nikkeli ja rauta) vaikutus kari keneulasten pitoisuuksiin on muistettava tulok sia tulkittaessa. Hyönteisten esiintyminen papanantuoton perusteella Karikesuppiloiden avulla pystytään mittaamaan myös hyönteisten määrääjä niiden neulasbio massan kulutusta. Karikesuppilot keräävät leh västöstä varisevat hyönteisten papanat, joiden määrän perusteella voidaan mitata syödyn neu lasbiomassan suuruus. Menetelmä soveltuu vain havupuilla elävien hyönteisten kulutuksen mit taamiseen. Havupuiden neulasten kuitu- ja pih kapitoisuuden vuoksi papanoista muodostuu hi taasti hajoavia ja säänkestäviä. Lehtipuilla elä vien hyönteisten papanat sitä vastoin hajoavat nopeasti varsinkin sateessa. Kaikesta huolimat ta papanakarikeaineiston avulla voidaan arvioi da hyönteiskantojen suuruutta. Mittasimme karikekeräimiin perustuvan pa panantuoton Suomen Lapissa sijaitsevilta koe aloilta vuosina 1991-93 sekä Kuolasta kolmelta koealalta vuonna 1993. Papanat olivat valtaosal taan kahden yleisen mäntypistiäislajin, rusko mäntypistiäisen (Neodiprion sertifer) ja pilkku mäntypistiäisen (Diprion pini) tuottamia. Muina hyönteislajeina koealoilla esiintyivät mäntymit tari (Bupalus piniarius) ja mänty-yökkönen (Pa nolis flammea). 175 Kuva 1 89a-c. Karikekeräimiin perustuva mäntypistiäisten papanantuotto Suomen Lapissa vuosina 1991 (a) ja 1992 (b) sekä Suomen Lapissa ja Kuolassa 1993 (c). Hyönteiskannoissa suuria vaihteluja Vuonna 1991 mäntypistiäisten esiintyminen keskittyi voimakkaasti eteläisimmille koealoille (Kemi, Tennilä, Kemijärvi ja Aska) (kuva 189 a). Kemin koealalla papanantuotto oli yli 4 g/m 2 eli 40 kg hehtaarilla, mikä neulasbiomassaksi muutettuna vastaa noin 120 neulaskilon kulu tusta hehtaaria kohden. Eteläisillä koealoilla kyseessä oli mäntypistiäisistä harvinaisempi pilkkumäntypistiäinen. Pohjoisilla koealoilla esiintyi myös ruskomäntypistiäistä, jota oli erit täin runsaasti Raja-Joosepin koealalla. Muilla pohjoisilla koealoilla papanamäärät olivat alhai set. Esimerkiksi Sallan koealoilla neulasia syö vät hyönteislajit puuttuivat lähes kokonaan. Vuonna 1992 hyönteistuhoja esiintyi jo tasai semmin (kuva 189 b). Myös eteläisten koealojen massaesiintymä oli päättynyt. Eniten syönnök siä oli Raja-Joosepin koealalla, jolla esiintyi run saasti ruskomäntypistiäisen toukkia. Vuonna 1993 mukana oli myös kolme Venä jän puoleista koealaa. Siellä papanamäärät oli vat samansuuruisia kuin vastaavilla Suomen koealoilla (kuva 189 c). Siten ilmansaasteista mahdollisesti johtuvaa hyönteiskantojen lisään- tyrnistä emme voineet tässä tapauksessa havai ta. Vuonna 1993 hyönteistuhoja oli koko Poh jois-Suomen alueella jokseenkin tasaisesti. Etelä-Lapissa hyönteistuhoja eniten Yleensä hyönteiskannat vaihtelevat huomattavas ti vuodesta toiseen. Myös tässä aineistossa vuosi vaihtelu oli suurta ja pidempi havaintojakso olisi ollut tarpeen pitkäaikaisten muutosten selville saamiseksi. Yleistäen voidaan sanoa, että män tyjen hyönteistuhot olivat suurimmat eteläisillä koealoilla. Mielenkiintoisesti tämä alue vastaa suurelta osin vuoden 1987 neulaskatoaluetta. Pohjoisilla koealoilla hyönteistuhot olivat vä häisiä (poikkeuksena Raja-Joosepin koeala), eikä päästölähteiden lähellä esiintynyt selvää hyön teistuhojen kasvua. Myöskään itä-länsisuuntai sella gradientilla ei ole havaittavissa hyönteistu hojen lisääntymistä. Tulosten tulkintaa vaikeuttaa se, että eteläis ten koealojen runsain laji, pilkkumäntypistiäi nen, on levinneisyydeltään eteläinen eikä esiinny ollenkaan tai on hyvin harvinainen pohjoisilla koealoilla. 176 Luppoja eniten Jenassa, vähiten Inarin Lapissa ja Pirengassa Erityisesti rikkikuormituksen on arveltu hävittä neen ilmansaasteille herkimmät naavat ja lupot Suomen eteläosista. Tulos on saatu mm. van hoista karikeaineistoista, joita on kerätty muu tamilta koealoilta eri puolilta Suomea 30 vuoden Kuva 190a-c. Naavamaisten ja lehtimäisten epi fyyttijäkälien määrät karikkeessa koealalinjoilla 1 (a) ja 2 (b) sekä Inarin Lapissa (c). ajan. 3 Tässä tutkimuksessa karikkeesta lajitel tiin epifyyttijäkäliä kahteen ryhmään: naavat ja lupot (herkkien lajien ryhmä) sekä lehtimäis ten jäkälien ryhmä (vähemmän herkkiä). Epifyyttijäkäliä varisi karikesuppiloihin hyvin satunnaisesti isoja määriä yleensä suurien ok sien mukana. Naavamaiset jäkälät olivat pääasi assa luppoja, lehtimäiset jäkälät kalpeatyvikar vetta (Parmeliopsis aleurites) tai sormipaisukar vetta [Hypogymniaphysod.es). Jäkäläsato vaih teli koealoilla välillä 0-3.2 g/m 2 vuodessa, mistä luppojen osuus oli 55 % ja lehtimäisten jäkälien 45 %. Eniten epifyyttijäkäliä varisi Jenan ja Särki selän koealoilla ja vähiten lähinnä Montsegors kia sijaitsevalla Pirengan koealalla, mistä ne puuttuivat kokonaan (kuva 190 a ja b). Myös kai killa Inarin Lapin koealoilla varisi vähän epifyyt tejä (kuva 190 c). Pohjoisuuden lisäksi syynä voi vat olla Nikelin päästöt. Luppojen määrä karikkeessa vaihteli saman suuntaisesti kuin naavamaisten jäkälien run saus puiden rungoilla ja oksilla. Karikejäkälien määrä ja lajikoostumus vaih teli voimakkaasti koealojen välillä. Vaihtelu oli pienempää koealoilla vuodesta toiseen. Koealalinjalla 2 lehtimäisiä jäkäliä oli niu kasti kaikilla koealoilla. Luppoja oli sen sijaan runsaasti gradientin alku- (Kovdor ja Jena) ja loppupäässä (Särkiselkä) (kuva 190 b). Linjalla 1 oli Suomen puolella niukasti luppoja kaikilla koealoilla. Erityisen vähän niitä oli Kemin ja Kemijärven koealoilla. Lehtimäisiä jäkäliä oli sen sijaan runsaammin (kuva 190 a). Luppojen niukkuuteen Etelä-Lapissa voi olla syynä etelästä tuleva ilmansaastekuormitus. 10 Miksi koko aineiston runsaimmat luppokasvus tot esiintyivät Jenan koealalla Venäjän puolella, voimme vain arvailla: se voi olla seurausta Kov dorin kalkkipölyn lannoittavasta vaikutuksesta, mereisestä ilmastosta tai suotuisasta mikroil mastosta. 177 On lisäksi muistettava, ettei käyttämämme menetelmä kerro mitään lehtipuilla ja muilla koealojen kasveilla elävistä lajeista. Menetelmän avulla ei liioin pystytä mittaaman muiden mer kittävien hyönteisryhmien, kuten kirvojen ja kaarnakuoriaisten, menestymistä. Etenkin kir vojen on todettu menestyvän paremmin ilman saasteista kärsivillä puilla (ks. lukua Taudit ja tuholaiset mäntyjen lisärasitteena, s. 156-158). Männyn siemensato Itä-Lapissa ja Kuolassa Puut lisääntyvät joko pelkästään suvullisesti siemenistä kuten mänty tai myös kasvullisesti kuten koivu taijoissakin tapauksissa kuusi. Ilmansaasteet heikentävät puiden siementuo tantoa; varsinkin siitepölyhiukkaset ovat arkoja ilmansaasteille. Määritimme Itä-Lapin metsävaurioprojektin intensiivikoealoilta vuotuisen siemensadon las kemalla, kuinka monta siementä varisi karike suppiloihin. Käpynäytteitä keräsimme Suomen, Norjan ja Venäjän Lapista 21 koealalta syksyllä 1992 ja 24 koealalta syksyllä 1993. Mittasimme käpyjen pituuden ja laskimme siementen mää rän. Lisäksi punnitsimme siemenet ja mittasim me niiden pituuden. Tuleentumisasteen selvit tämistä varten röntgenkuvasimme siemenet ja idätimme ne myöhemmin. Määritimme myös alkuainepitoisuudet syksyllä 1993 Keski-Lapin sekä Inarin Lapin koealoilta kerätyistä kävyistä ja siemenistä. Ilmansaasteet vähentävät siemensatoa Kuolassa Tutkimusvuosien paras männyn siemensato saatiin Suomen Lapissa 1992, jolloin neliömet rin alalle varisi keskimäärin 69 siementä. Sadon määrä vaihteli välillä 11-125 siemen tä/m2. Venäjältä saimme siemensatotietoja vain Kov dorista, Jenasta ja Pirengasta vuodelta 1993. Pirengassa siemensato oli koko tutkimusjakson pienin, vain 2 siementä/m 2 . Montsegorskin ja Nikelin sulatoilla ei näyttänyt olevan vaikutusta Suomen puoleisten männiköiden siemensatoon. Montsegorskin sulaton lähiympäristössä kävyt olivat lyhyitä ja siemenet pieniä. Myös sie menten määrä kävyissä väheni Montsegorskia lähestyttäessä. Vaikutus ei kuitenkaan ulottu nut kauas. Siemenet tuleentuvat parhaiten Etelä- Lapissa Kasvukauden lämpötila vaikuttaa ratkaisevasti männyn siementen tuleentumiseen. Kesän läm pötilat jäävät usein Lapissa niin alhaisiksi, ettei vät siemenet ehdi tuleentua kunnollisesti ja nii den itävyyskin jää heikoksi. Parhaiten siemenet tuleentuivat eteläisillä koealoilla Kemissä ja Ten nilässä. Tosin niissäkin vain puolet siemenistä oli röntgenkuvien mukaan itämiskykyisiä. Sie menten todellinen itävyys jäi tätäkin pienem mäksi. Pohjoisemmissa metsiköissä tuleentu minen jäi molempina tutkimusvuosina pahasti kesken. Tästä syystä ilman epäpuhtauksien vai kutusta siementen itävyyteen ei saatu selville. Rikkiä ja raskasmetalleja kertyy siemeniin Kuolassa Ravinteet kulkeutuvat kehittyviin siemeniin kä vyn kautta. Kävyn pinnalle laskeutuvat ilman epäpuhtaudet eivät pääse vaikuttamaan suoraan siemeniin. Vaikka rikki on pahimpia ilmansaas teita, se on myös kasveille välttämätön alkuaine, jota tarvitaan valkuaisaineiden rakenneosana. Koska siemenissä on runsaasti valkuaisaineita vararavintona, niiden rikkipitoisuus on neulas ten ja käpyjen rikkipitoisuutta korkeampi. Siementen rikkipitoisuus lisääntyi Suomen rajalta Montsegorskia kohti (kuva 191 b). Koska siementen paino ei vastaavasti lisääntynyt, sie meniin kulkeutunut rikki ei ilmeisesti lähellä sulattoja ollut valkuaisaineisiin sitoutunutta. Erityisen runsaasti siemeniin kulkeutui kupa ria (kuva 19le). Nikkelipitoisuudet puolestaan kohosivat kävyissä voimakkaammin kuin sieme nissä (kuva 19ld). Raskasmetallien kertymistä siemeniin oli havaittavissa etenkin Montsegors kin lähiympäristössä. 178 Kuva 191 a-d. Mangaani- (a), rikki- (b), kupari- (c) ja nikkelipitoisuudet (d) männyn siemenissä, 1. vuosikerran neulasissa ja kävyissä eri etäisyyk sillä Montsegorskin ja Nikelin metallisulatoista. Neulasten alkuainepitoisuudet ovat Hannu Rai tion aineistosta. Karikekaarnan rikki- ja raskasmetallipitoisuus Suomen Lapissa Puiden kasvaessa varsinkin rungon latvaosista ja oksista irtoaa pientä hilsemäistä kaarnaa. Kuolleista puista kaarna irtoaa sen sijaan usein suurina palasina. Kaarnaa varisee myös voimak kailla tuulilla oksien piiskatessa runkoja. Monet eläimet irrottavat kaarnaa ravintoa etsiessään. Kaarnaa karisee puista vuosittain hyvin eri mää riä. Karikekaarnaa voidaan käyttää ilman epä puhtauksien kartoituksiin samalla tavalla kuin puiden rungoilta kerättyä kaarnaakin. Kaarnan käyttö bioindikaattorina perustuu siihen, että kaarnaan kertyvät ilman epäpuhtaudet voidaan analysoida. Kaarnan kemiallinen koostumus vaihtelee kuitenkin jonkin verran puun eri osis sa mm. kaarnan iän mukaan. Karikekaarnan laadun ja määrän suuri vaihtelu haittaa jonkin verran määrityksiä. Huomattavasti merkittä vämmän ongelman vanhojen karikenäytteiden kemiallisissa määrityksissä aiheuttavat kuiten kin karikkeen keruuseen käytettävät suppilot. Suppiloista nimittäin irtoaa runsaasti sinkkiä ja jonkin verran myös muita raskasmetalleja, mikä tekee niiden analyysituloksista epäluotettavia. Ilman epäpuhtaudet erottuvat karikekaarnassa Kartoitimme Kuolasta Lappiin tulevan laskeu man laajuutta tutkimalla karikekaarnan rikki - ja raskasmetallipitoisuuksia eri puolilta Lappia. Käytimme aineistona Itä-Lapin metsävauriopro jektin 14 intensiivikoealalta kerättyä karikekaar naa. Vertailuaineistona olivat samoilta paikoilta puiden rungoilta kerätyt kaarnanäytteet. Karike- ja runkokaarnan rikki- ja raskasme tallipitoisuudet olivat hyvin samansuuntaiset suppiloista irtovia metalleja lukuun ottamatta. Karikekaarnan rikkipitoisuus vaihteli välillä 300-470 mg/kg (kuva 192 a). Eniten rikkiä oli Sevettijärvellä ja Kemissä. Runsaimmin nikkeliä ja kuparia löysimme samoin Inarijärven itäpuo lelta: Sevettijärvellä kaarnan nikkelipitoisuus oli noin 8 mg ja kuparipitoisuus noin 10 mg/kg (kuva 192 b ja c). Muualla Lapissa karikekaar nan nikkelipitoisuus jäi yleensä noin 1 milli- 179 Kuva 192 a-d. Karikekaarnan rikki- (a), nikkeli- (b), kupa ri- (c) ja kromipitoisuudet (d) Itä-Lapin metsävaurioprojek tin intensiivikoealoilla Suomen Lapissa. grammaan ja kuparipitoisuus noin 3 milligrammaan kilossa. Tulosten perusteella Kuolasta tulee Lappiin rikkiä, nikkeliä ja kuparia lähin nä vain Inarijärven itäpuolisille alueille. Lapin läänin lounaisosissa karikekaar nan kromipitoisuus nousi huomattavan korkeaksi (kuva 192 d). Myös kaarnan lyijy-, kadmium- ja rautapitoisuudet oli vat täällä korkeampia kuin läänin muis sa osissa. Viimeksi mainittujen metallien tulokset ovat kuitenkin epäluotettavia, koska näitä metalleja irtoaa jonkin ver ran suppiloista. 9 Rikki- ja raskasmetallit vähentyneet Selvitimme karikekaarnan kemiallisessa koostumuksessa tapahtuneita muutok sia 1960-luvun lopulta 1990-luvun al kuun vanhoilta karikekoealoilta Kittiläs tä ja Rovaniemen maalaiskunnasta kerä tyistä karikenäytteistä. Vertailtavina oli vat Kuoreveden, Heinolan ja Eckerön näytteet. Karikekaarnan rikkipitoisuus väheni selvästi Lapissa 1970-ja 1980-lukujen vaihteessa (kuva 194). Kittilässä muu tos on ollut selvempi kuin Rovaniemen maalaiskunnassa. 1980-luvun alun jäl keen kaarnan rikkipitoisuus on pysynyt suurin piirtein samalla tasolla (noin 300 mg/kg). Vertailupaikkakunnilla Etelä- Suomessa rikkipitoisuuden muutokset ovat olleet hyvin samankaltaiset kuin Kittilässä. Kaikilla tutkimuspaikkakun nilla 1990-luvulla karikekaarnasta mitat tu rikkipitoisuus vastaa samoilta alueilta runkokaarnasta mitattua pitoisuutta. Kaarnasta mitatut rikkipitoisuuden muutokset sopivat hyvin yhteen Suo messa toteutettujen rikkipäästöjen vä hennysten kanssa. 1970-ja 1980-luku jen vaihteessa teollisuuden rikkipäästöt vähenivät merkittävästi kun tuotanto menetelmiä muutettiin ja savukaasujen puhdistusta tehostettiin. Esimerkiksi raskaan polttoöljyn aiheuttamat rikkidi oksidipäästöt olivat vielä vuonna 1980 noin 250 000 tonnia, mutta vuonna 1985 enää 110 000 tonnia. 180 Männyn siemensadon pitkäaikaisvaihtelut Kittilässä Pääpuulajiemme siemensadot vaihtelevat vuosittain suuresti. Männyllä vaihtelu on vähäisempää kuin kuu sella tai koivulla, mutta silti vuosien väliset erot saatta vat olla huomattavia. Tutkimme männyn siemensatoja yhdenmukaisella menetelmällä vuodesta 1961 lähtien Kittilässä, Pallas- Ounastunturin kansallispuistossa. Koeala on 340 metriä merenpinnan yläpuolella sijaitsevassa noin 200-vuotiaas sa männikössä. Keräsimme puista varisevia siemeniä ympärivuotisesti kymmenellä männikköön satunnaisesti Kuva 193. Siemenkarikesadon vaihtelu Kittilässä vuosina 1961-92. Yksi tarkasteluvuosi on jakso elokuun alusta heinäkuun loppuun. sijoitetulla karikesuppilolla. Suurimmat vuotuiset siemensadot olivat monikymmenkertaisia pienimpiin verrattuna, vaikka Pohjois-Suomessa huippusadot jäävät selvästi pienemmiksi kuin Etelä-Suomessa (kuva 193). Yli 30- vuotisen tutkimusjakson aikana männi kön keskimääräinen vuotuinen siemen sato oli 89 mg/m 2 (0,9 kg/ha). Eniten siemeniä varisi vuonna 1981 (293 mg/ m 2), vähiten vuonna 1961 (5 mg/m 2 ). Useina tutkimusjakson vuosina siemen sato oli erittäin heikko (siemeniä alle 50 mg/m 2 ), mikä johtuu metsänrajan lähei syydestä. Yhtenäistä esimerkiksi metsi kön iän tai ilman epäpuhtauksien ai heuttamaa trendinomaista muutosta ei ilmennyt. Siemensatojen vaihtelun syynä pide tään ilmastotekijöitä sekä puiden sisäisiä geneettisiä ja fysiologisia ominaisuuksia. Männyllä runsaan ja hyvälaatuisen sie mensadon kehittyminen vaatii kolme pe räkkäistä lämmintä kesää, mikä harvoin toteutuu Lapissa. Yksittäisessä metsikös sä siemensadon runsauteen vaikuttavat myös valtapuuston pituus, ikä ja tiheys sekä maan viljavuus ja siementuholais ten esiintyminen. Ilmansaasteet vaikut tavat enemmän siementen laatuun kuin siemensadon määrään. Kuva 194. Karikekaarnan rikkipitoisuuden muutokset 1967-91 viidellä paikkakunnalla eripuolilla Suomea. Myös useimpien karikekaarnasta mi tattujen raskasmetallien (kupari, nikkeli, kromi, rauta, titaani ja lyijy) pitoisuudet ovat vähentyneet Lapissa ja vertailupaik kakunnilla 1970-luvun lopulta 1990-lu vulle samalla tavalla kuin rikkipitoisuus. Selvintä väheneminen on ollut 1970- ja 1980-lukujen vaihteessa, jolloin mm. teollisuuden päästöt Suomessa savukaa sujen puhdistumisen myötä vähenivät huomattavasti. Karikemateriaalista saatuja tuloksia voidaan pitää useimpien tutkittujen raskasmetallien osalta kuitenkin vain suuntaa-antavina karikesuppiloista ir toavien raskasmetallien vuoksi. Vaikka 181 suppiloista on todettu irtoavan lähinnä vain sinkkiä ja pienessä määrin myös mm. rautaa, suppiloilla saattaa olla vaikutusta myös muiden raskasmetallien pitoisuuksiin. 9 Esimerkiksi ku pari-ja lyijypitoisuuksien muutokset Kittilässä ovat olleet tutkimusjaksolla huomattavasti suu remmat kuin mitä Pohjois-Ruotsissa on vastaa vana aikana mitattu sammalista. Sen sijaan nik kelipitoisuuden muutos Kittilässä vastaa melko hyvin Pohjois-Ruotsista todettuja muutoksia sammalissa. 1990-luvulla karikekaarnasta mita tut nikkelipitoisuudet ovat myös samansuurui sia kuin samoilta paikoilta samaan aikaan run kokaarnasta mitatut arvot. Keskeiset tulokset Metsikkökarike heijastaa metsän terveydentilaa, fertiiliyttä sekä tuho- ja ilmansaastetilannetta. Muuhun metsikkö- ja ympäristötietoon yhdis tettynä metsikkökarikkeen perusteella voidaan antaa hyvä kuva metsän elinvoimaisuudesta. Ilmansaasteet aikaistavat neulasten kuole maa ja pienentävät neulaskokoa. Kuolassa voi tiin havaita neulasvuosikertojen määrän laske neen vuosikymmeniä sitten. Neulasten koko oli pieni lähinnä Montsegorskia ja kesän 1987 neu laskatoalueella Suomen Lapissa {eteläisillä koe aloilla) . Kuormitetuilla alueilla puiden latvuksien kunto heikkenee ja neulasia ja oksia varisee normaalia enemmän. Tässä tutkimuksessa neu las- ja oksakarikemäärän vaihtelua selittivät pääasiassa luontaiset tekijät. Sevettijärven ja Jenan poikkeuksellisen suuret ja Pirengan pie net karikesadot voivat olla Kuolan saastepäästö jen seurausta. Pitkäaikaisen 1960-luvulla alka neen tutkimuksen mukaan Länsi-Lapissa ei ole havaittavissa trendinomaisia neulaskarikesadon muutoksia. Vuotuinen vaihtelu on ollut hyvin suurta. Kesän 1987 neulaskatoalue tuli esiin poik keuksellisen suurena karikesatona, suurena hyönteisten papanoiden tuottona ja pieninä neu lasina. Vielä Kittilässä neulaskadon seuraukset näkyivät poikkeuksellisina karikesatoina aina kin 1988-91. Ilmansaasteet heikentävät puiden lisäänty miskykyä. Tässä tutkimuksesssa siemenmäärät ja -koko pienenivät Venäjän puolella Montse gorskia lähestyttäessä. Länsi-Lapissa siemensa dot ovat vaihdelleet voimakkaasti 1960-luvulta lähtien ilman selvää trendiä. Hyönteisten papanamäärät kertovat neulasia syövien hyönteisten määrästä. Papanantuotto oli suurin Raja-Joosepin koealalla ja eteläisillä koe aloilla. Päästölähteiden lähellä ei esiintynyt sel vää männyn hyönteistuhojen lisääntymistä. Ilmansaasteet kerääntyvät karikkeisiin. Niis tä voidaan mitata kohonneita pitoisuuksia kuor mitetuilla alueilla. Kuolassa neulasten, kaarnan, siementen ja käpyjen rikki- ja raskasmetallipi toisuudet ovat suurentuneet. Suomen Lapissa karikekaarnasta mitattiin kohonneita rikki-, kupari- ja nikkelipitoisuuksia Inarijärven itä puolella. Muualla Suomessa nämä pitoisuudet ovat pienentyneet 1970-luvun maksimin jälkeen. Karikeaineistossa ilmeni luontaista ja ilman saasteiden aiheuttamaa vaihtelua. Venäjän puo lella selviä ilmansaastevaikutuksia oli noin 50 km:n päähän päästölähteistä. Suomen puolella saastevaikutusta havaittiin lähinnä vain Inarin Lapissa, aivan itärajan tuntumassa. Muualla Suomen puolella vaihtelu oli pääasiassa luon taista. Kirjallisuusviitteet 1 Sarvas, R. 1962. Investigation of flowering and seed crop of Pinus sylvestris. Communicationes Instituti Forestalls Fenniae 53(4): 1-198. 2 Jukola-Sulonen, E-L., Mikkola, K. & Salemaa, M. 1990. The vitality of conifers in Finland, 1986-1988. Julkaisussa: Kauppi, P., Anttila, P. & Kenttämies, K. (toim.). Acidification in Finland. Springer-Verlag. Ber lin. s. 523-560. 3 Kuusinen, M., Mikkola, K. & Jukola-Sulonen, E-L. 1990. Epiphytic lichens on conifers in the 1960's to 1980's in Finland. Julkaisussa: Kauppi, P., Anttila, P. & Kenttämies, K. (toim.). Acidification in Finland. Springer-Verlag. Berlin, s. 397-420. 4 Kouki, J. & Hokkanen, T. 1992. Long-term needle litterfall of a Scots pine (Pinus sylvestris) stand: rela tion to temperature factors. Oecologia 89: 176-181. 5 Ernst, W.H.O. 1982. Monitoring of particulate pollut ants. Julkaisussa: Steubing, L. &Jäter, H-J. (toim.). Monitoring of air pollutants by plants. Dr. W. Junk Publishers. The Hague, s. 121-128. 6 Kurkela, T. & Jalkanen, R. 1990. Revealing past needle retention in Pinus spp. Scandinavian Journal of Forest Research 5: 481-485. 7 Helmisaari, H-S. 1994. Metsikön ravinnekierto ympäristömuutosten osoitttqjana. Julkaisussa: 182 Mälkönen, E. & Elomaa, S. (toim.). Metsien elinvoi maisuus. Metsäntutkimuspäivä Vantaalla 1993. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 492: 40-48. 8 Raunemaa, T., Hari, P., Kukkonen, J., Anttila, P. & Katainen, H-S. 1987. Long-term changes of needle litter in coniferous forests of Finland. Canadian Jour nal of Forest Research 17: 466-471. 9 Kubiri, E. 1987. Männyn ja kuusen neulasten ravin nepitoisuuden muuttuminen karikkeen keruuseen käytetyssä suppilossa. Aquilo Series Botanica 2: 75- 82. 10 Insarova, 1.D., Insarov, G.E., Bräkenhielm, S., Hul tengren. S., Martinsson, P-O. & Semenov, S.M. 1992. Lichen sensitivity and air pollution. A review of lit erature data. Swedish Environmental Protection Agency Report 4007. 72 s. Pekka Nöjd Pekka Kauppi Mäntyjen kasvu muuttuvassa ympäristössä 184 Kasvunvaihtelu Itä-Lapissa ja Kuolassa 185 Pekka Nöjd ja Pekka Kauppi Miten puiden kasvua mitataan? 187 Pekka Nöjdja Pekka Kauppi Lyhytaikaisen rikkidioksidialtistuksen myrkkyvaikutus männyn fotosynteesiin 190 Heikki Haavistoja Pertti Hari Kasvunvaihtelu Inarin Lapissa ja Koillis-Norjassa 191 Pekka Nöjd ja Pekka Kauppi Kasvunvaihtelu luontaista ja ihmisen aiheuttamaa 193 Pekka Nöjdja Pekka Kauppi Keskeiset tulokset 194 Kuva 195. Kelottuneen männyn vuosilustoja Saariselältä. Kuva: Erkki Oksanen 185 Mäntyjen kasvu muuttuvassa ympäristössä Puiden kyky kasvaa ja muodostaa puuainetta on ikivanha, satojen miljoonien vuosien kulues sa kehittynyt ominaisuus. Se on metsäekosys teemin olennaisimpia prosesseja: elävä ja kuo leva puuaines pitää yllä metsien elämänvirtaa. Sen lisäksi, että puiden kasvu on mielenkiintoi nen tapahtuma tutkimuksen näkökulmasta, se on taloudellisesti keskeisen tärkeää. Merkittävät muutokset metsien kokonaiskasvussa aiheutta vat muutostarvetta metsätalouden suunnittelus sa ja metsävarojen käytössä. Puiden kasvuominaisuudet ovat kehittyneet hienosyisiksi vuosimiljoonien kuluessa. Puut reagoivat vuodenaikojen vaihteluun, maaperän ravinteisuuteen ja moniin muihin tekijöihin. Sopeutuvat, mukautuvat ominaisuudet ovat pysyneet elossa, kehittyneet ja siirtyneet uusiin puusukupolviin. Puut kasvavat yleensä kuolemaansa asti. Sie menestä syntyy pieni sirkkataimi ja siitä edel leen puu. Männyt kasvavat pituutta kärkisil mustaan, joka voi nuorilla puilla venyä lähes metrin vuodessa. Jo heinäkuussa kasvainten venyminen pysähtyy ja puut muodostavat uuden kärkisilmun, joka lähtee kasvuun seu raavana keväänä. Paksuutta puut kasvavat kuoren alla olevasta jälsikerroksesta: ulospäin syntyy nilaa ja kuorisoluja, sisäänpäin puuai nesta. Talveksi jälsi siirtyy lepovaiheeseen ja al kaa muodostaa soluja taas kevätkesällä. Puiden runkojen jälsikerrokseen kuoren alle syntyy vuosittain kartion vaippaa muistuttava, yleensä yhtenäinen uusi kerros puuainesta. Puut kasvavat myös oksia, neulasia tai lehtiä ja juuria. Eri osat kehittyvät tasapainoisessa, oike assa suhteessa toisiinsa. Nuoret puut kasvavat erityisesti oksia, neulasia ja juuria. Tietyn vai heen jälkeen oksia alkaa kuolla ja karsiutua. Runkoon muodostuneet puusolut sen sijaan säilyvät kuolemaan asti, keloutuneissa männyis sä pitkään sen jälkeenkin. Puiden vanhetessa yhä suurempi osuus niiden massasta on runko puuta. Itä-Lapin metsävaurioprojektin alkaessa tie dettiin, että Kuolassa on saasteiden aiheuttamia metsäkuolema-alueita. Metsien kasvua on Kuo- lan alueella tutkittu hyvin vähän - tietoa kas vun muutoksista teollisuuskeskusten ympäris tössä ei ollut. Tavoitteenamme oli selvittää, mil loin tuhot ovat alkaneet, miten nopeasti ne ovat levinneet ja kuinka etäällä teollisuuskeskuksista mäntyjen kasvu on taantunut. Erityisen mielen kiinnon kohteena oli Itä-Lappi: ovatko Kuolan teollisuuden saastepäästöt vaikuttaneet män tyjen kasvuun myös Suomessa? Lisäksi tavoit teenamme oli verrata kasvutapahtumaa muihin sitä herkempiin metsäekosysteemin tilan ilmen täjiin. Eli voidaanko kasvua niiden perusteella ennustaa? Kasvututkimuksia tehtiin kahdella ilmastol taan hyvin erilaisella alueella: Peräpohjolan kas villisuusvyöhykkeeseen kuuluvassa Itä-Lapissa ja Kuolan puolella sekä pohjoisella metsänraja seudulla Inarin Lapissa ja Koillis-Norjassa. Eri osista Suomen, Norjan ja Venäjän Lappia kerät tiin sädekasvuhavainnot yhteensä noin 1 300 männystä. Kasvunvaihtelu Itä-Lapissa ja Kuolassa Montsegorskin sulattokaupunkia Kuolan nie mimaalla ympäröi metsäkuolema-alue. Saaste kuormitukseen kuolleet metsät ovat vallitsevien tuulensuuntien mukaisesti pääosin kaupungin etelä-ja pohjoispuolella. Matka Montsegorskista valtakunnanrajalle ja Itä-Lappiin on noin 140 km. Keräsimme kasvunvaihtelun tutkimukseen aineistoa Montsegorskin kaupungin ympäristös tä ja kaupungin ja valtakunnanrajan väliseltä alueelta sekä Sallan ja Savukosken kunnista (kuva 196). Luontainen vaihtelu ennen saastekuormitusta Ennen Montsegorskin metallisulaton toiminnan alkua (1939) ilmansaastekuormitus Sallan-Sa vukosken alueella Itä-Lapissa oli vähäistä. Män nyn sädekasvun vaihtelu vuodesta 1800 vuoteen 1938 johtui valtaosin luontaisista syistä. Professori Peitsa Mikola julkaisi vuonna 1952 männyn kasvuindeksejä, jotka perustuvat Savu- 186 Kuva 196. Tutkimusalueiden sijainti Itä-Lapissa ja Kuo lan puolella. koskelta kerättyyn aineistoon. 1 Indeksit vuosijaksolta 1820-1938 kuvaavat kasvun luontaista vaihtelua (kuva 198 a). Poikkeamat keskitasosta ovat huomattavia: alin indeksiarvo on ollut 67, korkein 148. Männylle suotui sia kausia ovat olleet 1820-ja 1920-luvut, epäsuotuisia 1830-luku sekä vuosisadan vaihde. Kesät olivat 1920-luvulla keskimääräistä lämpimäm piä. Varhaisimmat systemaattiset lämpötilanmittaukset tehtiin Lapissa 1880-luvulla, joten 1820-luvulla vallin nutta ilmastoa emme tunne. Todennäköisesti kesät oli vat tuolloinkin lämpimiä. Viileät kesät ja lyhyet kasvukaudet heikentävät kas vua. Maatalouden sato tilastot 1830-luvulta kertovat epäsuotuisista sääoloista. Heikkoon kasvuun voivat vai kuttaa muutkin syyt, esimerkiksi luonnonkatastrofit. Peitsa Mikola päätteli vuosisadan vaihteen heikon kas vun johtuneen kovasta pakkasesta syyskyyn 20. päivän tienoilla 1902, jolloin puut eivät vielä olleet riittävästi talveentuneet. Raportit tuolta ajalta kertovat mäntyjen olleen silminnähden huonokuntoisia seuraavana kesänä koko Pohjois-Skandinaviassa. Myös neulasarpimenetel män avulla on todettu, että männyissä oli tuolloin poik keuksellisen vähän neulasia. 2 Selvimmin vuosisadan alun taantuma erottuu metsänrajaseudun mäntyjen kasvuaikasarj oista. Laskimme Sallasta ja Savukoskelta kerätystä aineis tosta männyn kasvuindeksit tälle vuosisadalle (kuva 198 b). Ne ovat hyvin samantyyppisiä kuin Peitsa Miko lan indeksit, vaikka mittaukset toistettiin 44 vuoden kuluttua ja puut valittiin eri metsiköistä. Tämä osoittaa, että kasvunvaihtelu on erittäin säännöllistä. Jos aineisto kerä tään riittävän useista metsiköistä, sa tunnaisten tekijöiden (metsäpalot, pieni alaiset hyönteis- tai sienituhot) vaikutus eliminoituu. Alueen suurilmasto on tär kein luontaisen vaihtelun säätelijä. Vuoden 1946 jälkeen männyn säde kasvu on ollut Suomen Lapissa keski määräistä heikompaa, erityisesti 1960- luvulla (kuvat 198 b ja 199 e). Erot Itä-ja Länsi-Lapin välillä ovat viime vuosikym meninä olleet vähäisiä. 1960-luvulla ke sät olivat valtaosin viileitä. Vuosikym menen alkuun sattui myös muutamia käpyvuosia. Kasvu elpyi keskitason tun tumaan 1970-luvulla. Erityisen mielen kiintoinen yksityiskohta on kesän 1987 heikko kasvu. Kainuun ja Etelä-Lapin männyissä todettiin keväällä 1987 vaka via neulasvaurioita, joiden syyksi todet tiin edellisenä talvena syntyneiden juu ristovaurioiden aiheuttama ravinne stressi. 3 Lustoaikasarj oista voidaan todeta, etteivät neulasvauriot aiheutta neet epätavallisen voimakasta kasvun taantumaa; vastaavansuuruisia - mer kittävämpiäkin - on ollut tällä vuosisa dalla useita. Lisäksi männyt elpyivät seuraavina kesinä. Mäntyjen kasvu hidastunut laajoilla alueilla Montsegorskin ympäristössä Montsegorskin kaupunkia ympäröivä metsäkuolema-alue on ääriesimerkki teollisuuden saastepäästöjen vaikutuk sista puiden kasvuun. Lustoanalyysit osoittivat, että ennen teollisen toiminnan alkua lähialueen pystykelot olivat kasva neet hyvin samaan tapaan kuin Itä-La pin männyt. Esimerkiksi kasvun taan tumat 1830-luvulla ja vuosisadan vaih teessa erottuvat selvästi lustosaijasta (kuva 199 a). Pian teollisuuden alkamisen jälkeen mäntyjen kasvu alkoi hidastua. Lähellä laitoksia taantuma oli nopeaa: sädekas vu päättyi jo 1950-luvulla (kuva 199 a). Noin kahdentoista kilometrin etäisyy- 187 Kasvututkimuksissa mitataan yleensä puiden rungon paksuuden ja pituuden kasvua. Nuorten, pienikokoisten puiden pituuskasvua on verraten helppo mitata. Vanhojen puiden mittaaminen on työläs tä, tosin mahdollista, jos puut kaade taan, halkaistaan koko pituudeltaan ja mitataan vuosikasvaimet latvasta alas päin rungon ytimestä. Paksuuskasvua mitataan yleensä ns. rinnankorkeudelta, 1,3 metriä maanpin nasta. Puusta otetaan ytimeen ulottuva näyte, kairanlastu (kuva 197). Kairaami nen ei vahingoita puuta olennaisesti. Lastusta mitataan mikroskoopilla solu vaipan, vuosiluston, leveys. Yksi lusto on Lapissa yleensä 0,01-1,5 mm leveä. Kasvukairaus tehdään yhdeltä puolelta puuta, minkä vuoksi puhutaan sädekas vusta. Sädekasvu on kerrottava kahdella jos halutaan ilmaista puun läpimitan kasvu. Sädekasvun mittaus on erityisen kiinnostavaa siksi, että kasvutietoja voi daan saada satojen, tietyillä puulajeilla jopa tuhansien vuosien takaa. Lastun kairaaminen ja mittaaminen mikroskoo pilla käy verraten helposti ja nopeasti. Yhdysvalloissa kasvaa puulajeja, joiden sädekasvua on voitu mitata yli 4 000 vuoden jaksolta. Professori Gustaf Siren kokosi Lapin männyille kasvusarjan, joka ulottuu 1100-luvulle asti. 4 Sarja ei tosin perustu pelkästään eläviin puihin vaan myös keloihin ja vanhoihin kantoi hin. Myöhemmin sarjaa on konstruoitu aina vuoteen 1000 eKr. asti käyttäen apuna mm. vesistöissä lahoamatta säi lyneitä liekopuita. Puille on ominaista, että iän myötä sädekasvu vähenee - osittain yksinker taisesti puun geometrian takia. Uusi lus tokerros muodostaa kartiokehän puiden pinnalle, vanhan lustokerroksen päälle. Ympärysmitta kasvaa kehä kehältä. Ker ros ohenee, vaikka puuainetta muodos- Kuva 197. Puusta otetaan kasvututkimusta varten ohut lastu kairaamalla. tuisi sama määrä vuodesta toiseen. Osittain sädekasvu pienenee fysiologisten toimintojen hidastumisen takia. Joinakin vuosina lustovaipasta tulee epätäydellinen tai paksuuskasvua ei muodostu ollenkaan. Sädekasvu voidaan ilmaista sellaisenaan vuosilus ton leveytenä (mm). Geometrian ja vanhenemisen takia uudet lustot ovat vanhoja kapeampia. Kun aikasarjasta puhdistetaan tämä ilmiö, sädekasvu voidaan ilmaista suhdelukuna, ns. kasvuindeksinä. Normaalivuotena kasvuindeksin arvo on 100. Kuolleet männyt jäävät Lapissa usein vuosikymme niksi pystyyn, keloiksi. Näin tapahtuu usein myös saas teiden tappamissa metsissä Kuolassa. Osittain lahon neista keloista ei aina saada kasvukairalla lustonäytettä yhtä helposti kuin elävistä puista. Sen sijaan keloista voidaan sahata kiekko, jonka poikkileikkauksesta on tehtävissä samat mittaukset kuin kairanlastusta. Näin voidaan mitata kelojen viimeisten elinvuosien kasvuke hitys. Miten puiden kasvua mitataan? 188 Kuva 198a, b. Männyn kasvuindeksit Savukos ken alueella Peitsa Mikolan mukaan vuosille 1820-1938 (a) sekä vuosille 1820-1946 (katko viiva) ja Itä-Lapin metsävaurioprojektin aineisto jen mukaan vuosille 1900-89 (yhtenäinen viiva) (b). dellä selvä taantuma alkoi vasta 1950-luvulla (kuva 199 b). Osa puista jatkoi kasvuaan vielä 1980-luvullakin, tosin äärimmäisen hitaasti. Puut eivät välttämättä kuole vaikka niiden sädekasvu rinnankorkeudella päättyisikin. Itse asiassa Lapin vanhoja mäntyjä tutkimalla on havaittu useita ajanjaksoja, esimerkiksi 1830- luku ja 1900-luvun alkuvuodet, jolloin monista puuyksilöistä puuttuu yksi tai useampia vuosi lustoja. Ilmiö liittynee poikkeuksellisen ankariin sääoloihin. Montsegorskin seudulta löysimme monia eläviä, joskin heikkokuntoisia mäntyjä, joiden sädekasvu rinnankorkeudella oli päätty nyt jo vuosia sitten. Montsegorskin metsävaurioalueella nuoret männyt olivat säännönmukaisesti jatkaneet kas vuaan vanhoja mäntyjä kauemmin. Monissa tapauksissa löysimme eläviä nuoria mäntyjä metsiköistä, joissa vanhat puuyksilöt olivat poikkeuksetta kuolleet (kuva 200). Tämä tukee yleistä käsitystä, että nuoret männyt kestävät saasteita vanhoja paremmin. Myös metsäkuolema-alueen ulkopuolella, 28- 40 kilometrin etäisyydellä Montsegorskista, kas vu on hidastunut kaivosteollisuuden aloittami sen jälkeen (kuva 199 c). Selvä taantuma on kui tenkin alkanut vasta 1960-luvun alussa, ajan kohtana, jolloin mäntyjen kasvu oli yleisestikin heikkoa Pohjois-Fennoskandiassa. Päinvastoin kuin Suomen Lapissa puut eivät ole kuitenkaan elpyneet. Viime vuosina kasvu on ollut enää vain noin puolet 1950-luvun tasosta. 189 Kuva 199a-e. Vanhojen mäntyjen sädekasvu eri etäisyyksillä Montsegorskista jaksolla 1800- 1990. Kuolleet männyt 4,5 kilometrin (a) etäisyy dellä ja 12 kilometrin (b) etäisyydellä päästöläh teestä. Koealat Kuolassa 28-40 kilometrin (c) ja 60-90 kilometrin (d) sekä Suomen Lapissa 130- 150 kilometrin (e) etäisyydellä päästölähteestä. Kuva 200. Eläviä nuoria mäntyjä kelottuneessa metsikössä 8 km Montsegorskista etelään. 190 Lyhytaikaisen rikkidioksidialtistuksen myrkkyvaikutus männyn fotosynteesiin Fotosynteesi on kasvien tärkein aineenvaihdun taprosessi, jossa auringon säteilyenergia sido taan vedestä ja hiilidioksidista yhteytettäviin hiilihydraatteihin. Kasvi käyttää sidotun ener gian elintoimintoihinsa ja kasvuun. Fotosyntee sin heikentyminen aiheuttaa näin ollen kasvu tappioita. Tutkimme Helsingin yliopiston Värriön tutki musasemalla Itä-Lapissa kokeellisesti kaasumai sen rikkidioksidin vaikutusta männyn taimien fotosynteesiin. Jäljittelimme metsien lyhytaikais ta altistumista korkeille rikkidioksidipitoisuuk sille. Lapin ilmassa on normaalisti hyvin vähän rikkiyhdisteitä. Kun tuuli käy Kuolan teollisuus keskusten suunnalta, rikkidioksidipitoisuus voi muutamien tuntien ajaksi jopa satakertaistua. Määritimme koetaimien normaalin fotosyn teesinopeuden, joka riippuu voimakkaasti valos ta. Tämä riippuvuus kyetään kuvaamaan mal leilla hyvin tarkasti. Fotosynteesin normaalita son määrityksen jälkeen altistimme koe taimia kontrolloiduissa oloissa rikkidioksidille neljän tunnin ajan. Käytetyt pitoisuudet vaihtelivat 25 ja 1 500 pg/m 3 :n välillä. Altistuksen aikana ja sen jälkeisinä tunteina mittasimme taimien foto synteesiä ja valon intensiteettiä. Laskimme tai mien fotosynteesille ennusteen mallin ja mitatun valon avulla. Ennusteen ja altistuksen aikana tehtyjen fotosynteesimittausten välisiä eroja tar kastelemalla pyrimme löytämään rikkidioksidin vaikutukset. Ennusteen ja mitatun fotosynteesin erot oli vat varsin pieniä lukuun ottamatta suurinta annostusta (kuva 202). Tämä ylittää moninker taisesti suurimmat Värriöllä mitatut hetkelliset ilman rikkidioksidipitoisuudet, jotka ovat olleet noin 200 pg/m3 . Puuston elinvoimaisuutta kuvaavat indikaat torit eivät paljasta vakavia vaurioita kauempana, 70-120 km päästölähteestä. Tällä alueella, joka on vielä Venäjän puolella, männyt ovat kasva neet viime vuosikymmeninä varsin samaan ta paan kuin Suomessakin; 1970-ja 1980-luvuilla hieman heikommin (kuva 199 d). Erot ovat tosin hyvin vähäisiä. Kuvassa 201 olemme havainnollistaneet mäntyjen sädekasvua eri etäisyyksillä Montse gorskista. Vaaka-akselit kuvaavat aikaa ja etäi syyttä päästölähteestä, pystyakseli mäntyjen sädekasvua. Puiden geometrian ja ikääntymisen takia lustot kapenevat ajan myötä. Kuvassa kas vu laskee vasemmalta oikealle, sillä luontaista, puiden ikääntymisen vaikutusta ei ole poistettu. Kuva 201. Mäntyjen kasvu Kuolassa Montsegorskinja valtakunnanrajan välisellä alueella kuvattuna kolmiulotteisesti suhteessa aikaan ja etäisyyteen Montsegorskista. 191 Kuva 202. Koetaimien fotosynteesin residuaalit (mitatun ja ennustetun fotosynteesin erotus) ajan funk tiona S O2 -altistuspäivänä. Rikkidioksidin myrkkyvaikutus näkyy residuaalien saadessa negatiivisia arvoja. Ilmastoltaan suotuisat vuodet erottuvat ympä ristöään korkeampina harjanteina koko alueella Montsegorskista valtakunnanrajalle. Etuoikealla näkyvä musta "laakso" havainnollistaa kasvun taantumaa ja päättymistä Montsegorskin lähi alueella viime vuosikymmeninä. Alue, jolla män nyt eivät kasva lainkaan, on jatkuvasti laajen tunut. Kasvunvaihtelu Inarin Lapissa ja Koillis-Norjassa Lähellä Jäämeren rannikkoa, Venäjän ja Norjan rajan tuntumassa sijaitsevia Nikelin ja Zapoljar nyin sulattokaupunkeja ympäröi metsäkuolema alue kuten Montsegorskiakin. Vaurioalue ei kui tenkaan tähänastisten arvioiden mukaan ole yhtä laaja kuin Montsegorskin seudulla. Kuol leet metsät sijaitsevat pääosin Nikelistä itäkoilli seen. Pohjoisuuden takia metsät ovat luontai sesti vähäpuustoisia ja korkeudesta aiheutuva metsänraja on erittäin alhaalla tunturien rinteil lä. Nikelin ja Zapoljarnyin tehdasalueet ovat Venäjän ja Norjan rajalla olevan vuonon rannal la. Lähimmät Itä-Lapin metsävaurioprojektin koealat sijaitsevat Koillis-Norjassa, metsäkuole ma-alueen ulkopuolella. Niiden etäisyys Nikelis tä on tosin vain 12 kilometriä. Länsi-Inarissa kasvunvaihtelun taustalla luontaiset syyt Pohjoisimmasta Lapista kerätty lustoaineisto kattaa alueen Koillis-Norjasta aina Inarin länsi osiin, Angeliin (kuva 203). Tämän alueen länsi osissa ilma on mittausten mukaan varsin puh dasta. Puuston kunnon tutkimuksissa ei ole havait tu vakavia vaurio-oireita Länsi-Inarissa. Valit simme sen alueeksi, jonka tuloksiin lähempänä Nikeliä sijaitsevia alueita verrataan. Itä-Lapissa havaitut suotuisat (1820- ja 1920-luku) ja epäsuotuisat jaksot (1830- ja 1960-luku) erottuvat lustoaikasarjoista myös Länsi-Inarissa (kuva 204 a). Luontainen kasvun- 192 Kuva 203. Tutkimusalueiden sijainti Inarin Lapissa ja Koillis-Norjassa. vaihtelu on metsänrajaseudulla kuitenkin huo mattavasti voimakkaampaa kuin Itä-Lapissa. Ääriesimerkkinä on mäntyjen sädekasvun kol minkertaistuminen vuodesta 1903 vuoteen 1937. Vastaavantyyppinen ilmiö on eläinlajien poikkeuksellisen suuri kannanvaihtelu lähellä niiden levinneisyysalueen rajoja. Vuosisadan loppupuoli on 1930-luvun huippuvuosien jäl keen ollut suhteellisen epäedullista jaksoa. 1960-luvulta alkaen kasvu on ollut varsin tasaista, pikemminkin nousevaa kuin laskevaa. Ilmansaasteiden vaikutukset selviä lähellä Nikeliä Lähinnä Nikeliä Norjan Svanvikissa sijaitsevilla koealoilla männyt ovat kasvaneet keskimäärin hieman nopeammin kuin vertailualueella Länsi- Inarissa (kuva 204 b ja f). 1970-ja 1980-luvuilla ero on kuitenkin kääntynyt päinvastaiseksi: kas vu on taantunut Svanvikissa jyrkästi. Aivan vii me vuosina (1989-92) puut näyttävät kuitenkin Kuva 204a-i. Männyn kasvuindeksit Inarin La pissa ja Koillis-Norjassa. Länsi-Inari (a), Svanvik (Norja) 12-15 kilometrin (b) ja Svanvik-Skoqfors (Norja) 25-30 kilometrin (c) etäisyydellä päästö lähteestä sekä Sevettijärvi Vätsäri (d) ja Kessi (e). Kuvan b indeksisarja (f), kuvan c indeksisarja (g), kuvan d indeksisarja (h) ja kuvan e indeksisarja (i) jaettuina Länsi-Inarin indekseillä. 193 Kasvunvaihtelu luontaista ja ihmisen aiheuttamaa Puut kasvavat metsässä lähellä toisiaan ja kil pailevat valosta ja ravinteista. Mitä tiheämmässä puut kasvavat, sitä kapeampia lustoja ne muo dostavat.'Jos metsää harvennetaan, jäljellejää vät puut saavat lisää kasvutilaa ja paksuuskas vu kiihtyy. Sääolojen vaihtelu vuodesta toiseen vaikuttaa suuresti puiden paksuuskasvuun. Puiden kas vu tutkimuksilla on kyetty selvittämään, miten sää on vaihdellut menneillä vuosisadoilla, joilta ei ole mitattuja säähavaintoja. Mitä lyhyempi ja kylmempi kasvukausi on, sitä vähemmän puut muodostavat lustokerroksen soluja - vuosilusto jää ohueksi. Sateiden vaihtelu, routa sekä syys ja keväthalla aiheuttavat myös kasvunvaihtelua. Kukintojen, käpyjen ja siementen muodostu minen kuluttaa puiden voimavaroja. Lapin män nyillä siementuotanto vaihtelee suuresti vuodes ta toiseen. Jos puut jonakin vuonna kasvavat erityisen paljon kukintoja, käpyjä ja siemeniä, paksuuskasvu jää tavallista vähäisemmäksi. Näitä ns. siemenvuosia tulee lämpiminä ja muu tenkin suotuisina kausina. Sääolot vaikuttavat myös metsäpalojen sekä hyönteis- ja sienituhojen esiintymiseen. Sään vaikutus puiden kasvuun voi siis olla sekä väli tön ja verraten suoraviivainen että epäsuora ja monimutkainen, lähes ennustamaton. Pohjoisen metsänrajaseudun äärevissä ilmas to-oloissa puiden kasvunvaihtelu on poikkeuk sellisen voimakasta. Tämä näkyy selvästi profes sori Gustaf Sirenin noin 800 vuoden mittaisesta aikasarjasta, samoin professori Peitsa Mikolan kasvuindeksitutkimuksista, jotka kuvaavat vuo sien välistä vaihtelua maan eri osissa. 1 - 4 Ilmansaasteet voivat vahingoittaa neulasia ja hienojuuria, heikentää puiden terveydentilaa ja siten vaikuttaa kasvuun. Saasteiden maaperäs sä aiheuttamat muutokset voivat heikentää pui den ravinteiden saantia. Vanhat puut kestävät saastekuormitusta yleensä huonoiten. Ilman epäpuhtaudet voivat toisaalta vaikut taa myös lannoittavasti, kasvua kiihdyttäen. Esimerkiksi typpilaskeuma parantaa typpiyh disteiden saantia maaperästä. Ilman hiilidioksi pitoisuuden kohoaminen lisää puiden yhteyttä mistä. Monissa tutkimuksissa on havaittu pui den kasvun kiihtyneen viime vuosikymmeninä Keski-Euroopassa. Jos maaperän ravinnesuhteet myöhemmin vinoutuvat, kasvun lisääntyminen voi osoittau tua tilapäiseksi; näiden tekijöiden vaikutusta on vaikea ennustaa kauas tulevaisuuteen. Tutkittaessa ilmansaasteiden vaikutuksia puiden kasvuun - negatiivisia tai positiivisia - keskeinen ongelma on niiden erottaminen luon taisesta kasvunvaihtelusta. 194 Kuva 205. Mäntyjen kasvu Inarin Lapissa ja Koillis-Norjassa kuvattuna kolmiulotteisesti suhteessa aikaan ja etäisyyteen Nikelistä. elpyneen. On mielenkiintoista havaita taantu man ajoittuvan juuri samaan ajankohtaan, jol loin Nikelissä alettiin käyttää Norilskista laivat tua entistä rikkipitoisempaa malmia. Norjassa, kauempana päästölähteestä sijait sevilla tutkimusalueilla mäntyjen kasvu ei sen sijaan ole taantunut. Päinvastoin kuin Länsi- Inarissa suunta on 1980-luvulla ollut kuitenkin lievästi laskeva (kuva 204 c ja g). Myös Inarijärven itäpuolella Suomen Lapissa sijaitsevilla tutkimusalueilla männyt ovat kasva neet 1980-luvulla hieman heikommin kuin ver tailuaineisto Länsi-Inarissa (kuva 204 d ja h). Etelämpänä, Kessin alueella, mäntyjen kasvu on ollut varsin vakaata viime vuosikymmeninä (kuva 204 e ja i). Itä-länsisuuntaiset erot ovat mielenkiintoisia. Viime vuosikymmeninä havaittu kasvun asteit tainen heikkeneminen Nikeliä lähestyttäessä sopii hypoteesiin, jonka mukaan saastepäästöt olisivat heikentäneet Inarin Lapin puiden elin voimaisuutta. Voimakas taantuma lähellä pääs tölähdettä on mitä ilmeisimmin ilmansaasteiden aiheuttamaa. Erot muiden tutkimusalueiden välillä ovat sen sijaan vähäisiä. Tämä ilmenee erityisen selvästi Inarin Lapin ja Koillis-Norjan mäntyjen kasvua kuvaavasta kolmiulotteisesta diagrammista (kuva 205). Keskeiset tulokset Kuolan metsäkuolema-alueita ympäröi vyöhyke jolla männyt ovat viime vuosikymmeninä kasva neet normaalia hitaammin. Montsegorskin seu dulla totesimme kasvun heikentyneen vielä noin 40 kilometrin päässä kaupungista etelään. Myös muut mittaukset, esimerkiksi neulasten alkuai nepitoisuudet ja maa-analyysit, ovat osoittaneet alueen metsien altistuneen merkittävälle kuor mitukselle. Nikelin ympäristössä saastepäästöt ovat vai kuttaneet mäntyjen kasvuun selvästi suppeam malla alueella kuin Montsegorskissa. Itä-Lapin tulokset ovat rohkaisevia. Montse gorskin vaurioalueen ja Suomen rajan väliin jää varsin leveä, yli 50 kilometrin vyöhyke, jolla mäntyjen kasvu ei ole hidastunut. Totesimme taantumista vain alueilla, jotka Itä-Lapin met sävaurioprojektin tulosten mukaan ovat huo mattavasti kuormitetumpia kuin Suomen Lappi. Kuluvan vuosisadan loppupuoli on ollut koko Lapin alueella puiden kasvulle keskimääräistä epäsuotuisampaa aikaa. Sama havainto on kui tenkin tehty Pohjois-Ruotsia myöten. Erot kuor mitetumman Itä-Lapin ja mittausten mukaan varsin puhtaan Länsi-Lapin välillä ovat vähäisiä. Suomen pohjoisimmassa osassa, metsänra jalla, männyt ovat 1980-luvulla kasvaneet itä rajan tuntumassa hieman heikommin kuin län nenpänä. Erot ovat kuitenkin vähäisiä. Ne voivat johtua luontaisesta kasvunvaihtelusta, joka on erittäin voimakasta tällä alueella. Tutkimukset eivät siis paljastaneet merkittä viä kasvun muutoksia Suomen Lapissa. Sen si jaan Kuolassa vaurioalueet ovat erittäin laajoja ja tuhot vakavia. Montsegorskin seudulla kas vun taantumista havaittiin 30-40 kilometrin etäisyydellä päästölähteestä. Näin laaja-alaisia kasvun muutoksia on raportoitu vain muutamia; tunnetuin esimerkki lienee Sudburyssa, Kana dassa. 195 Kirjallisuusviitteet 1 Mikola, P. 1952. Havumetsien viimeaikaisesta kehi tyksestä metsänrqjaseudulla. Communicationes Institute Forestalls Fenniae 40(2): 1-35. 2 Jalkanen, R. & Kurkela, T. 1990. Needle retention, age, shedding and budget, and growth of Scots pine between 1865 and 1988. Julkaisussa: Kauppi, P., Anttila, P. & Kenttämies, K. (toim.). Acidification in Finland. Springer-Verlag. Berlin, s. 691-698. 3 Tikkanen, E. & Raitio, H. 1990/91. Nutrient stress in young Scots pines suffering from needle loss in a dry heath forest. Julkaisussa: Zöttl, H. & Huttl, R.F. (toim.). Management of nutrition in forests under stress. Water, Air, and Soil Pollution 54: 281-293. 4 Siren, G. 1961. Skogsgränstallen som indikator for klimatfluktuationerna i norra Fennoskandien under historisk tid. Communicationes Instituti Forestalls Fenniae 54(2): 1-66. Satelliittikuvat ja metsävaurioiden laajuus Kari Mikkola 198 Montsegorskin vaurioalueen kartoitus 199 Kari Mikkola Kasvillisuus säteilyn heijastajana ja absorboijana 203 Kari Mikkola Muutos Montsegorskin ympäristön tilassa 1978-89 203 Kari Mikkola Landsat-satelliitti kartoittaa luonnonvaroja 204 Kari Mikkola Muutosanalyysin menetelmistä 206 Kari Mikkola Keskeiset tulokset 208 Kuva 206. Landsat 5 -satelliittikuva Itä-Lapin ja Kuolan alueelta. Kuvan yläosan poikki virtaa Lutto joki, vasemmalla erottuvat Saariselän tunturit ja alaoikealla Nuorttijärvi. Kuvan värit vastaavat ihmis silmän havaitsemaa sävyalaa. Kuva: Landsat TM-kuva © ESA/1993/EURIMAGE Maanmittauslaitos, Maastotietokeskus. 199 Itä-Lapin metsävaurioprojektissa käytetty gra dienttimenetelmä antaa hyvät mahdollisuudet pistemäisistä päästölähteistä ympäristöön leviä vien ilmansaasteiden vaikutusten mittaukseen ja niiden leviämisen mallintamiseen. Kartoituk sen tyyppiseen analyysiin ei linjoittaisella koe alajäijestelmällä kuitenkaan päästä. Nykyaikai sen kaukokartoitustekniikan keinoin tätä puu tetta voidaan jossain määrin paikata. Suurien pinta-alojen analyysiin soveltuvat kartoitussatelliitit kiertävät jatkuvasti maapalloa ja ylittävät samat paikat säännöllisin väliajoin. Satelliittien rekisteröimää näkyvän valon ja nä kymättömän infrapunasäteilyn määrää voidaan analysoida ja tulkita kehittyneen tietotekniikan avulla. Kaukokartoituksella voidaan myös pääs tä tarkastelemaan muutoksia ajassa: saman sa telliitin tai satelliittityypin eriaikainen kuvatieto on tietyin menetelmin käsiteltynä keskenään vertailukelpoista, joten maan pinnalla tapahtu neisiin heijasteen muutoksiin voidaan päästä kiinni. Erityisesti ympäristön tilan seurantaa varten kaukokartoitus voi tuottaa hyödyllistä tietoa. Ilmansaasteiden aiheuttamia metsävaurioita on tutkittu satelliittikuvien avulla toistaiseksi vähän. Laajuudeltaan ja vakavuudeltaan Kuolan tuhoja vastaa Kanadassa, Ontarion osavaltiossa sijaitsevan Sudburyn nikkeli-kuparisulattojen aiheuttama ympäristökatastrofi. Alueen ympä ristötuhoja sekä päästöjen vähentämisen jälkeis tä luonnon asteittaista palautumista on kartoi tettu kuva-analyysin keinoin useissa tutkimuk sissa. 1 Lievempien vaurioiden kartoitus on eri tyisesti luonnostaan harvoissa ja sulkeutumat tomissa metsissä vaikeaa, spektrinen signaali hukkuu herkästi taustahäiriöön. Uudet mene telmät, erityisesti lentokoneesta kuvattu kor kean erotuskyvyn omaava monikanavakeilai meen perustuva kuvamateriaali, parantanevat tilannetta huomattavasti. Jaoimme tämän tutkimuksen kahteen osi oon. Vakavat lähialuetuhot Montsegorskin ym päristössä kartoitimme muunnetun Landsat 5 TM -keilainmateriaalin perusteella ohjaamatto man luokituksen sekä saatujen luokkien maas Kuva 207. Kasviton, eroosion kuluttama Montse tunturin rinne 2 km Severonikelin sulatosta län teen. tohavaintoihin perustuvan tulkinnan avulla. Tuhon dynamiikkaa tarkastelimme moniaikai sen, spektrisesti kalibroidun Landsat MSS -kuva aineiston ohjaamattoman luokituksen ja kana vasuhteiden kynnysarvoerotusten perusteella. Nikelin alueella ulkomaalaisten liikkuminen on ollut tiukasti säädeltyä. Satelliittikuvien tul kinta Nikelin ympäristöstä ei maastohavaintojen puuttuessa ole ollut mielekästä. Norjalaiset tut kijat ovat omalta puoleltaan rajaa kerätyn laajan maastotukiaineiston pohjalta analysoineet kau kokartoitusmenetelmin Nikelin ympäristön kas villisuusvaurioita perusteellisesti. 2 Päällekkäisen työn välttämiseksi olemme tässä tutkimuksessa rajanneet Venäjän puolen analyysit Montsegors kin ympäristöön. Montsegorskin vaurioalueen kartoitus Montsegorskin teollisuusaluetta ympäröi laaja ja maastohavaintojen mukaan selvärajainen tuho alue. Sulaton lähellä maaperä on kasvitonta, ja vasta 10-20 km:n päässä kenttäkerroksen kas villisuus alkaa olla peittävää. Vaurioitumisaste vaihtelee paikallisesti topografian ja kosteusolo jen mukaan. Purolaaksojen ja painanteiden kas villisuus on kestänyt kuormitusta pisimpään, ja kalliot, louhikot sekä harjanteet ovat kärsineet saasteista pahiten (kuva 207). Satelliittikuvat ja metsävaurioiden laajuus 200 Kuva 208. Montsegorskin ympäristön tila vuonna 1985 Landsat 5 TM -satelliittiku van ohjaamattoman luokituksen mukaan. 201 Rajasimme alustavassa kartoituksessa sel västi satelliittikuvalta erottuvan vakavan tuho alueen, jolla kasvillisuus on taantunut ja kiven näismaa osin paljastunut. Venäjän puolelta ei ollut saatavissa kunnol lista, tarkasti paikannettua maastotukiaineistoa Tästä syystä oli pakko tyytyä ohjaamattomien, pelkästään kuvan spektrisen informaation poh jalta tehtyjen luokitusten käyttöön. Luokitusten tulos on tarkistettu maastokäyntien avulla. Tutkimuksessa käytetty Landsat TM -kuva (188-12, kuvausajankohta 9.7.1985) rajoittuu pohjoisessa Murmanskiin, etelässä Kantalahden pohjoispuolelle ja lännessä Suomen rajalle. Koh dealueelta Montsegorskin ympäristöstä rajasim me noin 100 x 100 km:n alueen, jolle teimme analyysit. Ohjaamaton luokitus Alkuperäisten TM-kanavien käyttö luokituksen syötteenä ei tuottanut selkeitä tuloksia - tun turipaljakat luokittuivat tuhoalueen kanssa sa maan ryhmään. Useista kokeilluista muunnos menetelmistä erottelivat tuhoalueen parhaiten ns. Tasseled Cap (TC) -muunnoksella luodut kolme "synteettistä" kanavaa. Uudet, johdetut kanavat ovat alkuperäisten kuuden (lämpöka navaa ei käytetä) kanavan lineaarinen projektio kolmelle uudelle akselille. TC-1 kertoo heijas teen kokonaisintensiteetistä kaikilla kanavilla ("kirkkaus"), TC-2 painottuu lähi-infraan ("vih reys") ja TC-3 ilmaisee maaperän vesipitoisuutta ("kosteus"). TC-muunnosta on käytetty aiemmin mm. viljapeltojen tuleentumisen tarkasteluun satelliittikuvista. 3 Muodostimme TC-kanavia käyttäen seuraa vaksi ISODATA-luokituksen avulla 12 luokitus avainta. ISODATA on menetelmä, jolla kohdealu eelta systemaattisesti otostetusta kuva-alkiojou kosta iterointia käyttäen yhdistellään spektrises ti samankaltaisia kuva-alkioita mahdollisimman homogeenisiksi luokiksi. Tulokseksi saadaan luokitusavaimia, jotka ovat kunkin muodostetun luokan tilastollisia kuvauksia (keskiarvo, keski hajonta ja kuva-alkioiden data-arvojen frekvens sijakauma kussakin luokassa). Teimme lopullisen luokituksen Maximum Likelihood -ryhmittelyanalyysillä. Luokitusavain ten avulla jaoimme kohdealueen 12 spektriseen luokkaan. Maastokäyntien aikana kertyneen tie tämyksen pohjalta tulkitsimme kuvan luokista Kuva 209. NDVI-tuloste Montsegorskin ympäris töstä vuodelta 1989. Tumma varjostuma tehtai den pohjois- ja eteläpuolella johtuu vihreän kas villisuuden taantumisesta. tuhoalueen, avotunturit, vedet sekä havupuu valtaiset ja lehtipuuvaltaiset metsät (kuva 208). Tulkinnan tueksi olemme kuvassa 209 esittä neet myös NDVTindeksillä tuotetun harmaasä vytulosteen tuhoalueelta - tuhon alueellisuus toistuu luokitustuloksen kaltaisena myös tätä kasvillisuuden tilaa suoraan kuvaavan indeksin avulla. Täysin tuhoutunut alue kymmeniä tuhansia hehtaareja Montsegorskia ympäröivä tuhoalue on pitkän omainen, pohjois-eteläsuuntainen ja laajuudel taan 40 000-50 000 ha. Vallitsevat etelä- ja poh joistuulet ovat Montse- ja Hiipinätunturien välis sä selvästi vaikuttaneet tuhoalueen muotoon. Teollisuusalueen länsipuoliset Montsetunturit näyttävät rajoittavan vakavien saastevaikutus ten leviämistä länteen päin. Tuhoalueen tarkkaa pinta-alaa ei käytetyil lä menetelmillä voida määrittää. Tuhoutuneen alueen ja "terveen" metsän rajaa on vaikea ve tää, koska kyseessä on liukuvasti muuttuva ilmiö. Vaurioitunut, mutta satelliittikuvilta vai keasti rajattava metsäalue ulottuu maastoha vaintojen mukaan 20-30 km:n etäisyydelle var sinaisesta täydellisen tuhon alueesta. 202 Kuva 210. Vuosien 1985-93 satelliit tikuvista koottu komposiittikuva Itä- Lapin ja läntisen Kuolan alueilta. Sininen on TM-kanava 1 (sinivihreä aallonpituus), vihreä on TM 4 (lähi infra) ja punainen TM 6 (lämpösäteily). Kuvaan on tulostettu myös mallitettu ilman keskimääräinen rikkidioksidi pitoisuus mikrogrammoina kuutiomet rissä. 203 Kasvillisuus säteilyn heijastajana ja absorboijana Auringon säteilyn energiamäärä on suurimmil laan aallonpituusvälillä 700-1 500 nm, joka osuu näkyvän valon ja lämpösäteilyn (infrapuna) välialueelle. Lehvästö absorboi ja heijastaa sätei lyä sille ominaisella tavalla: yhteyttämispigmen tit imevät tehokkaasti punaista ja sinistä aallon pituutta ja hieman vähemmän vihreää. Infrapu nan absorbointi ja muuntuminen lämmöksi vaa tisi kasveilta tehokasta jäähdytysjärjestelmää. Infrapunasäteily kuitenkin sekä läpäisee kasvi solukon että heijastuu takaisin tehokkaasti, jol loin lämpöongelmilta vältytään. Kasvillisuuden tilan mittarina on usein käy tetty punaisen ja lähi-infran suhdetta. Se ilmen tää solukoissa ja yhteyttämispigmenttien mää rissä tapahtuvia muutoksia paremmin kuin yksittäiset aallonpituusalueet. Pienikin muutos vihreästä ruskeaan muuttaa suhdetta, ja satel liittikuvista voidaan tällä menetelmällä paikan taa esimerkiksi elinvoimaisuudeltaan heiken- tynyt kasvillisuus tai tuleentuvat viljapellot (kuva 211). Yleisesti käytetty suhdeindeksi on NDVI (Normalised Difference Vegetetation Index): (TM 4 - TM 3)/(TM 4 + TM 3), jossa TM 4 = TM 4. kanava (lähi-infra) ja TM 3 = TM 3. kanava (pu nainen). Kuva 211. Terveen ja vaurioituneen kasvillisuu den ominaisheijastukset eri aallonpituusalueilla. Venäläinen tutkija Vasily V. Kiyuchkov on arvioinut tuhoalueen pinta-aloja. 4 Tutkimuksen mukaan teollisuusaavikkoa on 4 000 haja "va kavasti vaurioitunutta ekosysteemiä" 20 000 ha. Tulkintamme mukaan metsäkuolema-alue ulot tuu selvästi kauemmas Montsegorskin pohjois puolelle. Olemme tarkastelleet koko Itä-Lappia ja Kuo lan länsiosia myös ns. komposiittina, kolmen eri kanavan yhdistelmänä (kuva 210). Lämpökana van (TM 6) kuvaama säteilyintensiteetti näkyy kuvassa punaisena, lähi-infran (TM 4) vihreänä ja sinivihreä (TM 1) sinisenä. Lisäksi olemme yhdistäneet kuvaan venäläis-suomalaisena yh teistyönä tuotetun ilman keskimääräistä SOa pitoisuutta kuvaavan mallin. 5 Tuhoalueet sekä Nikelissä että Montsegors kissa erottuvat vahvan lämpösäteilynsä puolesta selvästi. Kasvipeitteetön kivennäismaa säteilee lämpöä tehokkaasti. Ympäröivät tunturit erityi sesti Montsegorskissa ovat myös kivilouhikkoa, mutta korkeuden takia huomattavasti viileäm piä. Vuoden 1990-91 tietojen pohjalta lasketun mallin mukainen SO a-pitoisuus 40-60 pg/m 3 näyttää rajaavan kohtalaisen hyvin vakavan tuhon alueet. Suomen puolella erottuva maan pinnan lämpösäteily johtunee kuluneesta jäkä läpeitteestä eikä siten ole rinnastettavissa teol lisuusperäisiin tuhoihin. Muutos Montsegorskin ympäristön tilassa 1978-89 Tarkastelimme Montsegorskin ympäristön tilan muutosta MSS-keilainmateriaalin perusteella. Kuvien valintaperusteina olivat vähäpilvisyys ja ajankohta eli keskikesä. Seuraavat neljä kuvaa täyttivät hakuehdot: 28.6.1978 (202-12), 24.7.1980 (203-12), 26.6.1986 (188-12) ja 5.8.1989 (188-12). Varhaisin kuva oli melko 204 Landsat- satelliitti kartoittaa luonnonvaroj a Yhdysvaltalainen Landsat-satelliittiohjelma aloitettiin 1972, jolloin ensimmäinen luonnonvaroja kartoittava satelliitti laukaistiin kiertämään maapalloa. Uusia, kehittyneempiä versioita samasta laitteesta on sittem min otettu käyttöön neljä. Viimeisin, Landsat 5, on ammuttu radalleen 1984, ja se on toiminnassa edelleen -joskin ennustetun toiminta-aikansa jo ylittäneenä. Landsat-satelliiteissa on käytetty pääasiallisesti kah dentyyppisiä keilaimia (optis-sähköisiä havainnointilait teita). Varhaisempi, MSS-keilain (Multi-Spectral Scan ner), rekisteröi säteilyä 4-5 aallonpituuskanavalla; pik selin (kuva-alkion) koko on 56 x 79 m. Tämä laite on mukana myös uudemmissa satelliiteissa, joista vertailu kelpoista kuva-aineistoa saadaan koostettua pitkiksi aikasarjoiksi. Uudempi, seitsenkanavainen TM-keilain materiaali (Thematic Mapper) on tarkemmalla 30 x 30 m:n pikselikoollaan pitkälti korvannut MSS-keilaimen tuottaman kuvatiedon (kuva 212a-c). TM on ollut käy tössä Landsat 4 -versiosta alkaen. Landsat-satelliitti kiertää maapalloa säännöllisellä radalla siten, että sama alue kuvataan aina 16 vuoro kauden välein. Kuva-ala on kooltaan 185 x 185 km. Kuvassa 213 on aallonpituuden ja heijastussuhteen funktiona vihreän kasvillisuuden ominaisheijastuskäyrä sekä Landsat-satelliittien "näkemät" aallonpituusalueet. Kasvillisuus absorboi tehokkaasti sinistä ja punaista aallonpituutta sekä heijastaa vihreää. Infra-alueella takaisinheijaste on huomattavasti voimakkaampaa. Kuva 212a-c. Eri kanavayhdistelmillä voidaan korostaa kasvillisuudesta ja maastosta erilaisia piirteitä. Näkyvän valon alueella tiet ja vesistöt erottuvat hyvin (a), mutta lähi-infran tulostaminen punaisella parantaa lehti-ja havupuus ton erottuvuutta (b). Keski-ja lähi-infran käyttöön perustuvalla tulosteella voidaan korostaa esimerkiksi maaston kosteus eroja (c). Kuva 213. Vihreän kasvillisuuden heijas tussuhde eri aallonpituuksilla sekä Land sat-satelliitin TM-ja MSS-keilaimien aal lonpituusalueet. 205 Kuva 214 a-d. Moniaikaisen MSS-keilainmateriaalin luokituksen tulokset Montsegorskin ympäristöstä Punaisella kuvattu tuhoalue on laajentunut tarkasteluaikana 1978, 1980, 1986 ja 1989. pilvinen, mutta Montsegors kin lähiympäristön osalta kuitenkin käyttökelpoinen. Kuvankäsittelyn menetelmät Kalibroimme kuvat spektrisesti yhteismitallisiksi ruotsalaisen tutkijan Hakan Olssonin esittämäl lä monimuuttujaregressiomenetelmällä. 6 Korja simme ilmakehän tilasta, auringon kulmasta ja muista häiriötekijöistä johtuvaa systemaattista eroa käyttämällä muunnosfunktioiden lasken taan noin 100 km Montsegorskista luoteeseen sijaitsevaa metsäaluetta. Siellä ei kuvien perus teella ollut havaittavissa hakkuiden tai metsä palojen aiheuttamaa muutosta. Muutoksen tarkasteluun valitsimme kolme menetelmää: pääkomponenttien pohjalta tuotet tujen ohjaamattomien luokitusten vertailun, NDVI-indeksien erotuksen tarkastelun kynnys arvoja käyttäen sekä teollisuusalueen yli etelä pohjoissuuntaisesti määritellyn transektin eli otostusalueen (0,5 x 40 km) NDVI-arvojen tar kastelun käyrinä eri vuosilta. Laskimme luokituksen pohjana olevat pää komponentit uusimmalta, vuoden 1989 kuvalta. Kaksi ensimmäistä pääkomponenttia selittivät 96 % alkuperäisten neljän kanavan vaihtelusta, joten otimme vain ne mukaan analyysiin. Vertai lukelpoisuuden säilyttämiseksi muodostimme muille kuville komponentit käyttämällä analyy sin tuottamia kiinteitä kertoimia muunnosfunk tion pohjana. Samoin kuin TM-kuvan analyysis sä, tuotimme luokitusavaimet ohjaamattomana ISODATA-ryhmittelyn ja MAXCLAS-luokituksen avulla vuoden 1989 kuvasta. Käytimme samoja luokitusavaimia kaikille eriaikaisille kuville, jol loin eri vuosien luokitustulos saatiin mahdolli simman vertailukelpoiseksi. Tuhoalue kaksinkertaistunut Luokituksen tulokset eri vuosilta ovat kuvassa 214 a-d. Peitteellinen metsäkasvillisuus erottuu kuvassa vihreänä, vedet sinisenä, paljaat, lou hikkoiset tunturit sekä täysin kasvipeitteetön teollisuusaavikko harmaana sekä pääosin kas vipeitteetön metsäkuolema-alue punaisena. Tuhoalue on lähes kaksinkertaistunut tarkaste luaikana. Kuvia on paras tarkastella pareittain - kesäkuun lopun kuvat vuosilta 1978 (a) ja 1986 (c) ovat keskenään vertailukelpoisia, samoin myöhemmin kesällä tallennetut kuvat vuosilta 1980 (b) ja 1989 (d). Tuhoalueella vallitseva vih reä kasvillisuus on etupäässä koivu- ja pajuve sakkoa. Niinpä luokituksen pohjana oleva spek trinen heijaste on alku- ja loppukesällä selvem min erilainen kuin havupuustossa. Laskimme NDVI-erotuksen vuosien 1980 ja 1989 kuvien välille (kuva 215). Vahvasti negatii vinen muutos (eroa yli 2 SD-yksikköä) erottuu sinipunaisena ja lievempi negatiivinen muutos punaisena. "Muuttumaton" alue on harmaa ja NDVI-arvoiltaan parantunut on vihreää. Erityi sesti Montsegorskin pohjoispuolella on selvää, laaja-alaista taantumaa. Montse- ja Hiipinätun turit ovat tuloksen mukaan menettäneet tarkas teluaikana runsaasti vihreää kasvillisuutta. Pie nipiirteistä kasvillisuuden rappeutumista ja 206 - 'V Kuva 215. NDVI-erotuskuva Montsegors kista vuosien 1980 ja 1989 väliltä. Teh taiden lähialueella näkyy selvä kasvilli suuden rappeutuminen. paranemista näkyy hajallaan liki koko kuva-alalla. Kyse lienee kuvien pienistä geometrisista eroista eikä todellisista muutoksista. Kuvan 217 kaaviossa NDVI-arvot ja vuosien 1978-89 erotus on kuvattu käy rinä. Saastepäästöjen vaikutus näkyy selvästi 20 km pohjoiseen ja 10 km ete lään Severonikelin sulatosta. Jyrkkä las ku vuoden 1978 käyrän pohjoispäässä johtuu pilvistä. Arvojen aleneminen tar kasteluaikana tuhoalueella näkyy myös selvästi. Palautuminen "normaalitasolle" on yllättävän jyrkkä. Jatkaessamme transektia kauemmaksi emme havain neet systemaattista, tehtaisiin päin muuttuvaa suuntausta. Muutosanalyysin tulosten perusteella kasvillisuuden rappeutuminen Montse gorskin nikkeli-kuparisulaton lähialueel la on ollut voimakasta. Norilskin runsas rikkisen malmin käyttö 1970-luvun alusta alkaen sekä jatkuva raskasmetal likuormitus ovat kaksinkertaistaneet va kavien tuhojen alueen tarkasteluaikana 1978-89. Käytetyllä ohjaamattomalla menetelmällä tuloksissa korostuu kasvi peitteen häviäminen ja kivennäismaan Muutosanalyysin menetelmistä Satelliittikuvilta tehtävän muutosanalyysin vaiheita ovat esimerkiksi eriaikaisten kuvien spatiaalinen korjaus eli muuntaminen geometrisesti yhteensopiviksi, spektrinen korjaus eli säteilyarvojakaumien yhteismitallistaminen, erojen eristäminen, johon on käytettävissä laaja kiijo tilastollisia ja monimuuttujamenetelmiä, erojen luokitus ja tulkinta sekä lopuksi tulosten jalostus raporteiksi ja karttatulosteiksi (kuva 216). Spatiaalinen korjaus Eriaikaisten kuvien vertailu edellyttää vastinkuvaele menttien (pikselien) hyvin tarkkaa geometrista kohdis tamista. Keskimääräisen kohdistusvirheen tulisi jäädä alle puoleen pikselin koosta. Silloin kuvien erotusinfor maatio kuvaisi todellista muutosta maastossa eikä eri laisesta kuvageometriasta johtuvaa eroa. Käytännössä kohdistaminen toteutetaan etsimällä eriaikaisista kuvis ta joukko täsmällisesti määritettäviä maastonkohtia, esi merkiksi tienristeyksiä. Näin muodostetun pistejoukon avulla saadaan oikaisuun tarvittava funktio. Kuvankä sittelyohjelmistoissa tämä toiminto on pitkälle automa tisoitu. Spektrinen korjaus Eriaikaisten kuvien spektrisiin eroihin vaikuttaa vahvas ti esimerkiksi ilmakehän tilan vaihtelu. Ilman kosteus ja pölypitoisuus ovat tärkeimpiä vaikuttajia, mutta myös auringon kulma, maaperän kosteus ja kasvillisuuden vuodenaikainen kehitysaste ovat tärkeitä. Vertailtavien satelliittikuvien tulisi olla peräisin mahdollisimman tar koin samasta kasvukauden vaiheesta, ellei tarkoitukse na ole nimenomaan kehitysasteen vertailu. Spektriset erot saman kuva-alan eri ajankohtien re kisteröintien välillä voivat olla luonteeltaan intensitee tistä riippumattomia (offset) tai intensiteetistä riippuvia (gain). Yksinkertaisimmin korjaus voidaan tehdä inten siteetistä riippumattomalle erolle korjaamalla jakaumaa heijastusarvojen keskiarvojen erotuksen suuruisella korjaustermillä. Intensiteetistä riippuva korjaus tehdään vastaavasti kertomalla korjattavat arvot lukujoukkojen välisen regressiosuoran kulmakertoimella. Käytännössä nämä toimenpiteet voidaan tehdä laskemalla kuvien vä liset regressioyhtälöt kullekin kanavalle ja yhteismital- 207 Erojen eristäminen Kuva 216. Muutosanalyysin menetelmät. listamalla kuvat näiden suoraviivaisten riippuvuusfunktioiden avulla. Jos muu tosanalyysin kohteena on tietty maantie teellisesti määritelty alue, esimerkiksi teollisuuslaitoksen ympäristö, korjaus on laskettava "taustasta" eli todennäköi sesti muuttumattomalta alueelta. Vertailukelpoisiksi saatettujen kuvien erojen tarkaste luun on tarjolla runsas joukko eritasoisia menetelmiä. Yksinkertaisin on kanavaerotusten tarkastelu, jolloin vastinpikselien erotuksista muodostettu kuva jo kertoo ainakin selkeät erot. Jos halutaan antaa enemmän pai noa alhaisille intensiteettiarvoille, voidaan vastaavasti yksinkertaisella jakolaskulla laskea eri vuosien vastin kanaville suhdearvot. Tehokkaampi tapa on laskea kasvillisuusindeksien erotuksia, joiden tulkinta voi olla helpompaa. Jos halu taan rajata tilastollisesti merkitsevä muutos esimerkiksi kasvillisuusindeksien erotuksen avulla, voidaan käyttää ns. kynnysarvomenetelmää. Erotuskuvalle lasketaan keskiarvoja keskihajonta ja kuvasta rajataan esimer kiksi yli kahden hajontayksikön päässä keskiarvosta olevat erotusarvot. Jos erotuksen jakauma on normaali, kyseisten pikselien voidaan päätellä muuttuneen tilas tollisesti merkitsevästi ja ilmentävän siten maanpinnalla tapahtunutta muutosta. Pääkomponenttianalyysillä voidaan tehokkaasti etsiä kahden tai useamman kuvan sisältämästä informaatios ta ajallista vaihtelukomponenttia. Monimuuttujamene telmiin luetaan myös erityyppiset ryhmittelyanalyysit, joilla pikselit kategorisoidaan tietyillä yhtäläisyyskritee reillä luokiksi. Eri ajankohtien spektrisesti mahdollisim man perusteellisesti yhteismitallistetut kuvat luokite taan ja vastinpikseleiden luokkaeroja ristiintaulukoi daan. Etuna on suoraan saatava kvantifioitu informaa tio, esimerkiksi kuinka suuri pinta-ala metsää tietyllä alueella on palanut tai hakattu. Toisaalta tuloksen luo tettavuus riippuu täysin kuvien vertailukelpoisuudesta, eikä se yleensä ole riittävä ilman perusteellista maasto tarkastusta. Lisäksi kuvasta lasketut spektriset luokat eivät läheskään aina vastaa maan pinnalla käyttökelpoi sia luokituksia. Erojen tulkinta ja tulosten oikeellisuus Ympäristönmuutosten tulkinta satelliittikuvien avulla on nuori tutkimushaara. Menetelmät ovat vakiintumat tomia, ja tutkimus on usein vielä pioneerityön luonteis ta. Esimerkiksi kynnysarvoanalyysien raja-arvojen va lintaan ei ole juuri käytettävissä pohjatietoa. Muutok sen "merkitsevyys" on vaikeasti määriteltävä käsite. Tärkeintä on erottaa luotettavalla marginaalilla kuvien kohdistuksesta, geometrisista virheistä, ilmakehän eroista tai satelliittien kuvaskannerien epätarkkuuksis ta johtuva satunnaisvaihtelu varsinaisesta signaalista, maanpinnan heijasteen muutoksesta. 208 paljastuminen, mutta alue, jolla vauriot ilmenevät puus ton kunnon heikkenemisenä, on todennäköisesti laajen tunut samassa suhteessa. Tuhoalue ei todennäköisesti etene tasaisesti, vaan pitkään jatkunut saastestressi laukaisee paikka paikoin erilaisia bioottisia ja abioottisia tuhoja etenkin kasvuoloiltaan poikkeuksellisina vuosina. Keskeiset tulokset Kuolan suuria metallisulattoja, erityisesti Severonikeliä Montsegorskissa, ympäröivät tuhoalueet saatiin satelliit tikuvia analysoimalla suhteellisen luotettavasti rajatuk si. Montsegorskin ympäristöstä kasvillisuus oli koko naan tuhoutunut tai pahoin vaurioitunut vuoden 1985 Landsat 5 TM -kuvan tulkinnan mukaan 40 000-50 000 ha:n alueelta. Varsinaista metsäkuolema-aluetta ympä röivää, puiden latvusten eriasteisena oireiluna ilmene vää vauriovyöhykettä ei sen sijaan kunnollisen maasto tukiaineiston puuttuessa kyetty rajaamaan. Vakavan tuhon alue oli Montsegorskin ympäristössä vuosien 1978 ja 1989 välillä laajentunut selvästi. Sekä eriaikaisten, kalibroitujen Landsat MSS -kuvien luoki tustulokset että punaisen valon ja lähi-infran suhtee seen perustuva samojen kuvien NDVI-vertailu antoivat samankaltaisen tuloksen. Norilskin runsasrikkisen mal min käyttöönotto Kuolassa 1970-luvun alussa lienee Kuva 217. NDVI-arvot 40 x 2 km:n transektilla Montse gorskista etelään ja pohjoiseen. Vihreän kasvillisuuden väheneminen näkyy systemaattisena arvojen muutokse na vuosien 1978 ja 1989 välillä. kiihdyttänyt tarkasteluaikana sulaton lähialueen metsäkuolemaa. Kaukokartoitusmenetelmillä voidaan vakavista ympäristötuhoista tuottaa kohtalaisen tarkkoja ja alueellisesti hy vin paikkansapitäviä arvioita. Lievem pien tuhojen analysointi yksittäisistä metsiköistä ei ole erityisesti pohjoisen harvahkoissa metsissä nykyisten, ero tuskyvyltään karkeiden satelliittikuvien avulla luotettavaa, mutta nopeasti kehit tyvä kaukokartoitusteknologia suonee siihenkin lähivuosina hyviä mahdolli suuksia. Kirjallisuusviitteet 1 Pitblado, J.R. & Amiro, B.D. 1982. Landsat mapping of the industrially disturbed veg etation communities of Sudbury, Canada. Canadian Journal of Remote Sensing 8(1): 1 7-28. 2 Tommervik, H., Johansen, B.E. & Pedersen J.P. 1992. Use of multitemporal Landsat im age data for mapping the effects from air pollution in the Kirkenes-Pechenga area in the period 1973-88. NORUT Report 1992. Tromso, Norway. 31s. 3 Kauth. R.J. & Thomas. G.S. 1976. The Tasseled Cap - a graphic description of the spectral-temporal development of agricul tural crops as seen by LANDSAT. Julkai sussa: Proceedings of the Symposium on Machine Processing of Remotely Sensed Data. West Lafayette, Purdue University, 4B: 41-51. 4 Kryuchkov, V.V. 1991. Heavy metal accumu lation in spruce needles and changes of northern taiga ecosystems. Julkaisussa: Pulkkinen, E. (toim.J. Proceedings of the symposium on environmental geochemistry in northern Europe. Ecological Survey of Finland, Special Paper 9: 177-187. 5 Tuovinen, J-P., Laurila, T., Lättilä, H., Ryaboshapko, A.. Brukhanov, P. & Korolev, S. 1993. Impact of the sulphur dioxide sources in the Kola Peninsula on air quality on northernmost Europe. Atmospheric Envi ronment 27A: 1379-1395. 6 Olsson, H. 1993. Regression functions for multitemporal relative calibration of The matic Mapper data over boreal forest. Re mote Sensing Environment 46: 9-102. Päätelmät Eero Tikkanen 210 Ilmanlaatu ja laskeuma 211 Eero Tikkanen Metsäkuolema-alue sekä vaurio- ja vaikutusvyöhykkeet 212 Eero Tikkanen Vaurioiden syntymekanismi 214 Eero Tikkanen Tuhon eteneminen Montsegorskissa 215 Eero Tikkanen Lapin metsien kunto 215 Eero Tikkanen Kuva 218. Männyn rungon kaarnaa. Kuva: Erkki Oksanen 211 Päätelmät Kuolan niemimaan suuret saastepäästöt ja ym päristötuhot tulivat suomalaisten tietoon 1980- luvun lopulla. Lapissa samoihin aikoihin havai tut neulaskatoilmiöt ja Sallan metsätuho herät tivät epäilyä niiden ja Kuolan saastepäästöjen yhteydestä. Kuolan ympäristötuhoista ja Lapin puustovaurioista kantautuneet uutiset huoles tuttivat metsänomistajia ja muita kansalaisia, jotka alkoivat vaatia puustovaurioiden syiden tutkimista ja Kuolan saastepäästöjen rajoitta mista. Valtakunnallisen Happamoitumistutki musprojektin tulokset todettiin Lapin osalta puutteellisiksi, ja projektin loppuraportissa suo siteltiin jatkotutkimuksia Lappiin ja Kuolaan. 1 Toukokuussa 1989 perustettiin Metsäntutki muslaitoksen aloitteesta viisivuotinen, neljän yliopiston ja viiden tutkimuslaitoksen yhteinen Itä-Lapin metsävaurioprojekti. Tutkimusprojek tin päätavoitteena oli selvittää Kuolan saaste päästöjen vaikutusta Lapin metsiin. Toinen ta voite oli paikantaa ja rajata Kuolan metsävau rioalueita. Projektin kolmas tavoite oli perustut kimustiedon tuottaminen Lapin luonnosta ja sii nä tapahtuvista muutoksista. Tutkimusta varten Metsäntutkimuslaitos perusti laajan, koko Suomen Lapin ja osan Kuo laa kattavan linjoittaisen koealajärjestelmän. Koealat perustettiin kuiviin ja kuivahkoihin kan gasmetsiin, joiden oletettiin olevan happamoi tumiselle herkkiä kasvupaikkoja. Lapin vesi- ja ympäristöpiirin tekemien vesistötutkimusten tulosten perusteella happamoitumisen epäiltiin uhkaavan myös Lapin metsiä. 2, 3 Kaikki metsä vaurioprojektin maastomittaukset ja laborato rioissa analysoitavien aineistojen keruu keski tettiin yhteisille metsikkökoealoille. Tutkimus ten kannalta tärkeä ilmanlaadun mittausasema aloitti toimintansa Inarin Sevettijärvellä vuonna 1991. Ilmanlaatuja laskeuma Rikkidioksidi ja raskasmetallit Saasteilmaston tyypillisin piirre Suomen Lapissa on ilman rikkidioksidipitoisuuden kohoaminen hetkittäin varsin korkealle tuulen puhaltaessa koillisesta tai idästä Kuolan suurista teollisuus keskuksista. Tämä havaitaan Inarin Lapin itä osissa ja osassa Itä-Lappia, missä pitoisuus huippuja esiintyy keskimäärin parin viikon vä lein. Suurin ilman rikkidioksidipitoisuus mitat tiin Sevettijärvellä heinäkuussa 1992, 500 pg/ m 3. Sen jälkeen suurimmat pitoisuudet ovat Sevettijärvellä vaihdelleet 150 pg/m 3 :sta 300 pg/m 3 :aan. Lisäksi ilmamassojen nikkeli- ja kuparipitoisuudet kohoavat voimakkaasti koil lis- ja itätuulilla. Kuolasta tulevat saaste-episo dit ilmenevät myös Länsi-Lapin ilmassa, mutta noin kymmenenteen osaan laimentuneina. Län si-Lappi onkin Pohjois-Euroopan puhtainta tausta-aluetta. Ajoittaisista pitoisuushuipuista huolimatta ilman keskimääräinen rikkidioksidipitoisuus on Suomen Lapissa pieni Inari Lapin itäosia lukuun ottamatta. Suuressa osassa Lappia keskimääräi nen rikkidioksidipitoisuus on alle 2 pg/m 3 , mut ta se kohoaa lännestä itään. Osassa Inarin Lappia ja Itä-Lappia rikin vai kutus ilmeni puiden rungoilla ja oksilla kasva vissa epifyyttisissä jäkälissä solujen fysiologis ten toimintojen ja hienorakenteen sekä lajiston muutoksina. Saastevaikutus tuli esiin myös männyn neulasten solujen hienorakenteen vau rioina sekä neulasten, sammalen ja runko- sekä karikekaarnan kohonneina rikki-, nikkeli-ja kuparipitoisuuksina. Happamoittava laskeuma Lapissa laskeuman happamuutta säätelee rikki dioksidista muodostuva rikkihappo, kun taas typen oksideilla ei ole juuri happamoittavaa merkitystä. Kokonaisuutena Lapin vuotuinen hapan laskeuma on pieni, noin puolet Etelä- Suomen laskeumasta. Tähän on tärkeimpänä syynä pohjoisen alhainen sademäärä. Lisäksi osa sateesta tulee lumena, johon rikkidioksidi sitoutuu huonosti. Koska sateet tulevat yleisim min eteläisillä tuulilla, Kuolan osuus rikin mär kälaskeumasta on vähäinen. Kaikkiaan Kuolan rikkidioksidipäästöistä kulkeutuu Lappiin mär- 212 kälaskeumana vain hyvin pieni osa. Rikkidioksidia pidättyy ilmasta kasvillisuu teen myös kuivalaskeumana. Kuivalaskeuman määrä on verrannollinen ilman rikkidioksidipi toisuuteen. Koska korkeita rikkidioksidipitoi suuksia esiintyy Inarin Lapissa myös kasvukau den aikana, rikkidioksidin pidättymisellä on to dennäköisesti suuri vaikutus alueen kokonais kuormitukseen. Laskennallisesti on arvioitu, että jopa yli 60 % rikin kokonaislaskeumasta Inarin Lapissa saadaan kuivalaskeumana. Nor jalaiset tutkijat ovat puolestaan arvioineet, että 55-75 % Pohjois-Norjaan Finnmarkiin tulevista Kuolan rikkidioksidipäästöistä on kuivalaskeu maa. 4 On mahdollista, ettei rikkidioksidin kuivalas keuma happamoita maaperää. Käsitystä tukevat Itä-Lapin metsävaurioprojektissa tehdyt latvus sadantamittaukset. Myöskään maaperätutki muksissa ei juuri havaittu happamoitumista; muutoksia ilmeni vain Montsegorskissa Severo nikelin nikkeli-kuparisulaton lähialueella. Suo men puolella havaittiin maaperän happamoitu miseen viittaavia piirteitä ainoastaan Inarin La pin itäosissa, jonne Nikelissä olevan Petshenga nikelin nikkeli-kuparisulaton saastepäästöjen vaikutukset ulottuvat. Männyn neulasten solu jen hienorakenteessa Inarijärven pohjoispuolella esiintynyt hapansadeoire saattaa olla kosteille pinnoille kulkeutuneen kuivalaskeuman vaiku tusta. Otsoni Lapin ilman otsonipitoisuudet ovat korkeita, Etelä-Suomen tasoa vastaavia. Enimmillään 100-150 pg/m 3 :aan kohoavat, kokeellisissa altistustutkimuksissa kasvillisuusvaurioita ai heuttavat otsonipitoisuudet Lapissa eivät aiheu du Kuolan saastepäästöistä; otsonin muodostu miseen tarvittavien typen oksidien ja hiilivetyjen päästöt ovat alueella pieniä ja niiden pitoisuudet ilmassa alhaisia. Suurimmat otsonipitoisuudet on mitattu kevättalvella ja kasvukauden alussa, jolloin talven aikana ilmakehään kertyneet il mansaasteet alkavat muodostaa otsonia lisään tyvän auringonsäteilyn vaikutuksesta. Otsonia kulkeutuu Lappiin myös Keski-Euroopan teolli suuskeskuksista. Otsonin aiheuttamista kasvien elintoiminto jen häiriöistä ja rakennevaurioista ei Lapin kal taisissa ympäristöoloissa tiedetä paljoakaan. Vertailu kansainvälisiin ohjearvoihin viittaa kui tenkin siihen, että otsonialtistus voi aiheuttaa kasvillisuusvaurioita Lapissa. Otsonin sekä ot sonin ja Kuolan saastepäästöjen yhteisvaikutuk seen viittaavia hienorakennevaurioita tunnistet tiinkin männyn neulasten soluista Suomen La pista. Pohjoisten metsäkasvien herkkyydestä otsonille on vähän tietoa. Altistustutkimuksissa käytetyt pitoisuudet ovat yleensä olleet liian suuria otsonin pitkäaikaisvaikutusten selville saamiseksi. 5 Metsäkuolema-alue sekä vaurio- ja vaikutusvyöhykkeet Severonikelin saastepäästöjen aiheuttamaa Montsegorskin metsäkuolema-aluetta kartoitet tiin satelliittikuvilta. Viitteellisesti rajattiin myös näkyviä vauriovyöhykkeitä sekä vaikutusvyö hykkeitä Kuolassa ja Suomen Lapissa tehtyjen maastomittausten ja maastosta kerätyistä näyt teistä tehtyjen määritysten perusteella. Rajaami sessa käytettiin tukena suomalais-venäläisenä yhteistyönä laaditun, Kuolan päästöjen leviämis tä kuvaavan mallin avulla laskettuja ilman kes kimääräisiä rikkidioksidipitoisuuksia. 6 Niiden pohjalta vyöhykkeitä voitiin rajata myös Nikelin ympäristöstä, jonne Itä-Lapin metsävauriopro jektin maastotutkimuksia ei päästy tekemään. Metsäkuolema-alue Montsegorskin metsäkuolema-alueen pinta-ala on 40 000-50 000 ha. Se ulottuu noin 10 km etelään ja noin 15 km pohjoiseen kaupungista (kuva 219). Alue ei ole levinnyt pitkälle länteen, koska sillä puolella ovat Montsetunturit. Idässä on Imandrajärvi, jonka takana on mm. Apatityn kaupunki ja sen teollisuuslaitokset. Eri laitosten saastepäästöjen ympäristövaikutukset yhdisty vät Imandrajärven länsirannalla. Mallilla arvioi tu ilman keskimääräinen rikkidioksidipitoisuus on metsäkuolema-alueella yli 40 pg/m3 . Pääosin lounaasta ja lännestä puhaltavat tuulet kuljettavat valtaosan Petshenganikelin saastepäästöistä Nikelistä koilliseen ja itään. Pohjoisella metsänrajalla sijaitsevan Nikelin ympäristössä tuhoalueen suunta on lounaasta 213 Kuva 219. Montsegorskin ja Nikelin ympäristön metsä kuolema-alueet sekä vaurio-ja vaikutusvyöhykkeet Kuo lassa ja Suomen Lapissa. koilliseen (kuva 219). Sen pinta-ala on Montsegorskin metsäkuolema-aluetta suurempi. Ilmansaasteiden lisäk si tuhoalueen kokoon on vaikuttanut tunturimittarin ai heuttama tunturikoivutuho 1960-luvun lopulla. Sisempi vauriovyöhyke Sisempi vauriovyöhyke ulottuu Montsegorskista etelään noin 30 km:n ja pohjoiseen noin 40 km:n päähän (kuva 219). Havupuut ovat tällä vyöhykkeellä voimakkaasti harsuuntuneet ja epifyyttiset jäkälät puuttuvat koko naan. Vallitsevien etelä-ja pohjoistuulten sekä yli 1 000 m:iin kohoavien Montsetunturien ansiosta sisempi vau riovyöhyke ulottuu lännessä vain noin 25 km:n päähän päästölähteestä. Mallin avulla arvioitu ilman keskimää räinen rikkidioksidipitoisuus on sisemmällä vauriovyö hykkeellä 15-40 pg/m 3 . Nikelin tuhoutunutta aluetta ympä röivä sisempi vauriovyöhyke ulottuu lou naassa Koillis-Norjaan Svanvikiin (kuva 219). Vallitsevien tuulten suojaamasta Svanvikista on Nikeliin vain noin 15 km. Koska metsänrajan tuntumassa on niu kasti puita, sisemmän vauriovyöhykkeen rajaaminen on vaikeampaa Nikelin kuin Montsegorskin ympäristössä. Ulompi vauriovyöhyke Ulompi vauriovyöhyke ulottuu 50-60 km:n päähän Montsegorskista etelään ja pohjoiseen (kuva 219). Saastepääs töjen vaikutus näkyy tällä vyöhykkeellä jäkälälajiston muutoksina ja männyn neulasten ulkoisina vaurio-oireina, mm. kuolleina neulaskärkinä. Männyn neu lasten pakkaskestävyyden heikkenemi senä, mäntyjen kasvun lievänä hidastu misena sekä maaperän kemiallisina ja mikrobiologisina muutoksina ja männyn juuriston vähenemisenä ilmenevä saas tevaikutus päättyy ulommalla vauriovyö hykkeellä. Samoin päättyy karikkeen määrän ja koostumuksen muutoksena esiin tuleva vaikutus. Männyn neulasten vahapeitteen voimakas kuluminen ulot tuu vielä tälle vyöhykkeelle. Ilman keski määräinen rikkidioksidipitoisuus on 8- 15 pg/m 3 . Lisäksi raskasmetallilaskeu mat ovat huomattavan suuret. Nikelissä ulompi vauriovyöhyke jat kuu Suomen puolelle Inarin Lapin itä osiin (kuva 219). Montsegorskin ja Nike lin ympäristössä olevien kahdentyyppis ten vauriovyöhykkeiden yhteenlaskettu pinta-ala on arviolta 39 000 km 2 . Sisempi vaikutusvyöhyke Sisempi vaikutusvyöhyke ulottuu Po h jois-Sallaan ja Itä-Inariin (kuva 219). Männyn neulasten näkyvistä vaurio-oi reista alueella esiintyy ilmarakokloroo sia. Männyn neulasten, sammalen ja kaarnan kohonneina rikki-, nikkeli- ja kuparipitoisuuksina ilmenevä saastevai kutus päättyy sisemmällä vaikutusvyö hykkeellä. Vyöhykkeellä päättyy myös 214 epifyyttisen jäkälälajiston sekä jäkälien fysiolo gisten toimintojen muutoksina ilmenevä saaste vaikutus. Männyn neulaskatona havaittava vai kutus päättyy jo Venäjän puolella. Hetkittäin korkeiden rikkidioksidipitoisuuksien esiintymi nen päättyy Suomen puolella tällä vyöhykkeellä. Mallin mukainen ilman keskimääräinen rikki dioksidipitoisuus on sisemmällä vaikutusvyö hykkeellä 4-8 pg/m3 . Ulompi vaikutusvyöhyke Ulompi vaikutusvyöhyke ulottuu Inarin Lapin länsiosista Sallaan (kuva 219). Vyöhykkeellä ilmenevät saastevaikutukset ovat lieviä ja pai koittaisia. Vaikutus voidaan havaita männyn neulasten ja epifyyttis ten jäkälien solujen hie norakenteen muutoksina sekä kaarnan kohon neina johtokyky-ja alentuneina pH-arvoina. 7 Paikoin esiintyy vielä ilmarakokloroosia männyn neulasissa. Mallin avulla arvioitu ilman keski määräinen rikkidioksidipitoisuus on vyöhyk keellä 2-4 pg/m 3 . Ulomman vaikutusvyöhykkeen ulkopuolella mm. neulasissa ja epifyyttisissä jäkälissä ilme nee Kemijärven, Sodankylän ja Rovaniemen sekä Kemi-Tornion alueen paikallisten päästölähtei den vaikutus. Vaurioiden syntymekanismi Kasvututkimusten mukaan mäntyjen kuolema on Montsegorskin ympäristössä alkanut 1950- luvun alussa. Ennen kuolemaa mäntyjen kasvu on vaiheittain vähentynyt ja viimein loppunut kokonaan. Kasvun päättymisen jälkeen puut ovat saattaneet pysyä vielä pitkäänkin elossa. Kasvututkimusten mukaan metsäkuolema-alue on tasaista vauhtia laajentunut ja laajenee edel leen. Kasvu on päättynyt ja puut ovat kuolleet epäsuotuisien kasvukausien aikana erityisesti silloin, kun on ollut tavallista viileämpää. Saastestressi Ilman rikkidioksidipitoisuus voi ajoittain olla Montsegorskin lähiympäristössä yli 10 000 pg/ m 3. Rikki aiheuttaa vaurioita neulasten ja lehti- en solukoissa, vaikuttaa puiden elintoimintoihin ja nopeuttaa niiden kuolemaa. Kuormitus lisää myös humuksen rikkipitoisuutta Montsegorskin ympäristössä. Valtaosa Severonikelin raskasmetallipäästöis tä jää lähialueelle 40 km:n säteelle sulatosta. Samanlaisia havaintoja on tehty mm. Kanadan Sudburyssa sijaitsevien nikkeli-kuparisulattojen ympäristössä. 8 Raskasmetalleilla on ratkaiseva vaikutus Montsegorskin metsäkuolemaan. Me tallikationit valtaavat emäskationien (esimerkik si Ca2+, Mg 2+ ja K + ) vaihtopaikat maahiukkasten pinnoilta, jolloin maaperän emäskyllästysaste ja emäsravinteiden määrä laskee. Se vaikeuttaa kasvien ravinteiden saantia ja aiheuttaa ravin - nepuutosta. Erityisesti männyn neulasten mag nesiumpitoisuudet ovat alueella alhaisia. Raskasmetallit edistävät metsäkuolemaa Montsegorskin ympäristössä myös vaurioitta malla juuria ja heikentämällä maan mikrobitoi mintaa. Mikrobitoiminnan heikkeneminen hi dastaa ravinteiden kiertoa ja vähentää niiden saantia. Myös juuristovauriot vähentävät kas vien ravinteiden saantia. Raskasmetallien aiheuttamista vaurioista kasvien maanpäällisissä osissa on vähän tietoa. Niiden pitoisuudet neulasissa ja lehdissä ehtivät harvoin kohota myrkyllisen suuriksi. Luontaiset stressit Saastevaurioiden puhkeamista ja kasvien kuo lemaa edistävät usein voimakkaat luontaiset stressit (kuva 220). Pohjoisessa luonnossa mer kittävimmät stressit liittyvät ilmastoon. Esimer kiksi Montsegorskin lähiympäristössä puiden kuolema keskittyi sääoloiltaan epäedulliselle 1960-luvulle. Männyn neulasten pakkaskestävyys on alen tunut Montsegorskin ympäristössä yli 30 km:n päähän Severonikelin sulatosta. Ilmansaastei den kertyminen kasvien maanpäällisiin osiin aiheuttaa pakkaskestävyyttä alentavia muutok sia solujen rakenteessa ja niiden toiminnoissa. Kriittisintä aikaa on kevättalvi, jolloin lämpöti lan vuorokauden aikainen vaihtelu on suurim millaan. Pakkaskestävyyden laskiessa myös kas vien kuivuudenkestävyys heikkenee. Myös kui vuusstressi voi olla voimakas kevättalvella. 215 Kuva 220. Ihmistoiminnasta johtuva saastestressi voi paikallisesti kasvaa niin suureksi, että luonnon sietokyky ylittyy ja kasvillisuuden elinvoimaisuus romahtaa. Rasitusta lisäävät luontaiset stressit, esi merkiksi epäsuotuisat sääolot, hyönteistuhot ja sienitaudit. Tuhon eteneminen Montsegorskissa Mäntyjen kasvua selvittelevistä tutkimuksista voidaan päätellä Montsegorskin metsäkuolema alueen rajan siirtyvän edelleen noin 0,5 km:n vuosivauhdilla. Korkeimmat ilman rikkidioksi dipitoisuudet ja suurin raskasmetallilaskeuma mitataan metsäkuolema-alueella ja sisemmällä vauriovyöhykkeellä, jonka rajan arvioidaan siir tyvän samassa suhteessa metsäkuolema-alueen rajan kanssa. Erityisesti Montsegorskin etelä puolella sisempi vauriovyöhyke on laajentunut tämän tutkimushankkeen aikana. Satelliittikuvatulkinnan ja kasvututkimusten mukaan metsäkuolema-alue ja sisempi vaurio vyöhyke eivät laajene yhtenäisenä rintamana vaan pienialaisina laikkuina. Vaurioiden puh- keamiseen vaikuttavat luontaiset tekijät, kuten ilmasto-olot ja kasvupaikka; kosteat painanteet kestävät kuormitusta ylänköalueita pitempään. Metsäkuolema-alueen maaperä on ehtinyt pilaantua pahoin ja rinteillä eroosio lisää vau rioita. Raskasmetallien kertyminen maaperään on vaurioiden tärkeä aiheuttaja. Luonnon toipu minen kestää kauan, vaikka päästöt vähenisi vätkin tai pääosin loppuisivat. 9 Tuhon etenemi nen saataisiin kuitenkin pysähtymään. Lapin metsien kunto Suomen Lapissa 1980-luvun lopulla ilmennei den puustovaurioiden suoraa yhteyttä Kuolan saastepäästöihin ei tutkimuksissa voitu todeta. Kesän 1987 voimakkaan neulaskadon pääasial- 216 linen syy oli talvella 1986-87 syntyneiden juu ristovaurioiden aiheuttama ravinnepuutos. 10 Pohjois-Sallan metsätuho puolestaan johtui sur makkasienen aiheuttamasta versosurmasta. Surmakan esiintymisellä ja sen aiheuttamalla tuholla ei todettu olevan yhteyttä ilmansaastei siin. Erityisesti Inarin Lapissa ilmi tullut män tyjen neulaskato on puolestaan vaihdellut vuo sittain ilman selvää kehityssuuntaa. 11 Neulasar pimenetelmällä tehdyt tutkimukset ja pitkäaikai set karikeneulasista tehdyt seurannat kertovat männyn neulasvuosikertojen suuresta vuosittai sesta vaihtelusta. Vaihtelun pääasialliset syyt ovat suurilmastossa tapahtuneet muutokset. Itä-Lapissa tehdyt tutkimukset osoittivat maan mikrobiologisen aktiivisuuden heikenty neen. Ilmiön syyksi todettiin poronlaidunnuksen aiheuttama jäkälikköjen kuluminen. Kuolassa porojen laiduntamattomia mäntykankaita ver hoaa ulomman vauriovyöhykkeen ulkopuolella paksu poronjäkälämatto, joka Suomen Lapista puuttuu. Suojaava jäkäläpeite tasoittaa maan lämpö- ja kosteusoloja ja vaikuttaa myönteisesti maamikrobien toimintaan ja todennäköisesti myös maan ravinneoloihin sekä juurten pakkas kestävyyteen. Tutkimushankkeen kestäessä huomio siirtyi Pohjois-Sallasta lähempänä Kuolan päästöjä ole vaan Inarin Lappiin. Suuremman saastekuormi tuksen ja pohjoisen sijainnin vuoksi Inarin La pin metsät ovat uhatuimpia. Eniten saastevaiku tuksia on Suomen puolella Inarin Lapin itäosis sa. Tällä alueella mitataan korkeampia rikkidi oksidipitoisuuksia kuin missään muualla Suo messa ja myös kupari- ja nikkelilaskeumat ovat Lapin suurimmat. Metsien elinvoimaisuus Suomen Lapissa vaihtelee: 1980-luvun lopun neulaskato on laan tunut, mutta versosurmatuhojen ennustetaan 1990-luvun alun säiden perusteella lähivuosina pahenevan. Lisäksi mäntypistiäinen aiheuttaa paikallisia tuhoja mm. Saariselän tunturialueel la, ja 1960-luvulla tunturikoivikoita ankarasti vaivannut tunturimittari on viime vuosina tu honnut koivumetsiä monin paikoin Länsi- ja Keski-Lapissa. 12 Välitön saastetuho uhkaa aino astaan pientä aluetta Inarin itäosassa. Muuten Kuolan päästöistä el ole odotettavissa olennaisia puustovaurioita Suomen puolella. Kuolan saastepäästöt rasittavat metsiä Suo men, Norjan ja Venäjän Lapissa ja kuormittavat koko arktista luontoa. 13 Kuolan teollisuuskes kusten ympäristö on yksi maailman saastuneim- Pia alueita. 14 Arktiset, niukkalajiset ekosystee mit ovat arkoja häirinnälle. Ajan mittaan kertyvä kuormitus horjuttaa väistämättä vuosituhansien aikana rakentunutta eloyhteisön tasapainoa. Saastepäästöjen riittävä väheneminen toteutuu vain Kuolan metallisulattojen uusimisella. Kirjallisuusviitteet 1 Kauppi, P., Anttila, P., Karjalainen-Balk, L., Kenttä mies, K., Kämäri, J. & Savolainen, I. 1990. Happa moituminen Suomessa. HAPROn loppuraportti. Ym päristöministeriö, ympäristönsuojeluosasto. Sarja AB9. 89 s. 2 Kinnunen, K. 1990. Acidification of waters in Finnish Lapland. Julkaisussa: Kinnunen, K. & Varmola, M. (toim.). Effects of air pollutants and acidification in combination with climatic factors on forests, soils, and waters in northern Fennoscandia. Report from a workshop held in Rovaniemi, Finland, 17-19 October, 1988. Miljorapport 1990(20): 72-78. 3 Kinnunen, K. 1992. Acidification of waters in north ern Fennoscandia and the Kola Peninsula. Julkaisussa: Tikkanen, E., Varmola, M. & Katermaa, T. (toim.). Symposium on the state of the environment and environmental monitoring in northern Fenno scandia and the Kola Peninsula. October 6-8, 1992, Rovaniemi, Finland. Extended abstracts. Arctic Cen tre Publications 4: 123-132. 4 The Norwegian monitoring programme for long-range transported air pollutants. Results 1980-1984. The Norwegian state pollution control authority. TA number 606. Report 230/86. 5 Väre, H., Bäck, J. & Hyvärinen, M. 1993. Experimen tal design in fumigation experiments in relation to results. Aquilo Series Botanica 32: 55-67. 6 Tuovinen, J-P., Laurila, T., Lättilä, H., Ryaboshapko, A., Brukhanov, P. & Korolev, S. 1993. Impact of the sulphur dioxide sources in the Kola Peninsula on air quality in northernmost Europe. Atmospheric Envi ronment 27A: 1379-1395. 7 Poikolainen, J. 1992. Männyn kaarnan sähkönjohto kykyja pH Itä-Lapin metsävaurioprojektin koealoilla. Abstract: Electrolytic conductivity and pH of pine bark on the sample plots of the Lapland forest dam age project. Julkaisussa: Kauhanen, H. & Varmola, M. (toim.). Itä-Lapin metsävaurioprojektin väliraportti. The Lapland forest damage project. Interim report. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 413: 128- 135. 8 Hutchinson, T.C. & Whitby, L.M. 1974. Heavy-metal pollution in the Sudbury mining and smelting region of Canada, I. Soil and vegetation contamination by nickel, copper, and other metals. Environmental Con servation (1)2: 123-132. 217 9 Hutchinson, T.C. 1980. Impact of heavy metals on terrestrial and aquatic ecosystems. Julkaisussa: Miller, P.R. (toim.). Effects of heavy metals on medi terranean and temperate forest ecosystems. USDA Forest Service Report PSW-43. s. 158. 10 Tikkanen, E. & Raitio, H. 1990/91. Nutrient stress in young Scots pine suffering from needle loss in a dry heath forest. Julkaisussa: Zöttl, H. & Huttl, R.F. (toim.). Management of nutrition in forests under stress. Water, Air, and Soil Pollution 54: 281-293. 11 Lindgren, M. & Salemaa, M. 1994. Metsiemme elin voima 1986-1993. Julkaisussa: Mälkönen, E. & Sivula, H. (toim.). Suomen metsien kunto. Metsien terveydentilan tutkimusohjelman väliraportti. Met säntutkimuslaitoksen tiedonantoja 527: 11-24. 12 Jalkanen, R. & Nikula, A. 1993. Forest damage in northern Finland in 1992. Julkaisussa: Jalkanen, R., Aalto, T. & Lahti, M-L. (toim.). Forest pathological re search in northern forests with a special reference to abiotic stress factors. Extended SNS meeting in for est pathology in Lapland, Finland, 3-7 August, 1992. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 451: 30-35. 13 Nenonen, M. 1991. Report on acidification in the arc tic countries: Man-made acidification in a world of natural extremes. Julkaisussa: The state of the Arc tic environment. Reports. Arctic Centre Publications 2: 7-81. 14 Sulphur. The 100 worst emitters. The Swedish NGO Secretariat on Acid Rain. Environmental Factsheet No. 5, December 1994. 4 s. 218 Sanasto absorboida Imeä itseensä, kuluttaa, ottaa, absorptio Aineiden imeytyminen elimistöön tai pidätty minen johonkin muuhun aineeseen, soluihin, soluelimiin jne. akuutti Nopeasti syntyvä ja paheneva, silmin havait tava vaurio, anioni Negatiivisesti varautunut ioni, esim. Cl"; vrt. kationi, bioindikaattori Ympäristön tilan ilmaisija; elävän luonnon osa tai ominaisuus, esim. eliölajin runsaus, joka eri tavoin ilmaisee mahdollisimman yk siselitteisesti ympäristön tilaa. degeneroitunut sekundäärimetsikkö Kasvunsa päättänyt toisen sukupolven met sikkö, jossa kuolleen puuston määrä vähitel len lisääntyy. ekokatastrofi Ympäristön raju muutos, joka aiheuttaa laaja-alaista tuhoa eliöyhteisön koko raken teeseen, ekolokero Ekolokero muodostuu ympäristötekijöiden muodostamasta kokonaisuudesta, jonka eh doilla lajin tai populaation yksilöt elävät. ekosysteemi Luonnon olosuhteiltaan yhtenäisellä alueella elävien, toisiinsa vuorovaikutussuhteessa olevien eliöiden ja niiden elottoman ympäris tön muodostama kokonaisuus; esim. lampi, metsä. EMEP-ohjelma YK:n alaisen Euroopan talouskomission (UN-ECE) mittaus- ja mallitusohjelma kauko kulkeutuvien ilmansaasteiden seuraamiseksi, episodi Aikajakso (lyhyt), sivutapahtuma, ohimenevä tai toisarvoinen välivaihe, eroosio Kuluminen; maaperän huuhtoutuminen pois veden, tuulen tai maan vetovoiman vaikutuk sesta. evoluutio Ympäristöoloihin parhaiten sopeutuvat jälke läiset lisääntyvät tehokkaimmin, joten eliöi den ominaisuudet voivat muuttua sukupol vesta toiseen. gradientti Vaihettumisvyöhyke; esim. ainepitoisuuden asteittainen aleneminen päästölähteestä poispäin siirryttäessä. hapetin Aine, joka sitoo elektroneja, ionikromatografia Ainepitoisuuksien määrittämiseen käytettävä menetelmä, iterointi Asteittain lopputulosta tarkentava laskenta menetelmä, jäkälän sekovarsi Sekovarsi on kasvin kasvullinen osa silloin, kun kasvin peruselimiä eli juurta, vartta ja lehtiä ei voi erottaa, kalvonvuototesti Menetelmä, jolla arvioidaan kasvisolukon vaurioitumisaste solujen sisältä soluvälitilaan vuotaneiden ionien määrän perusteella, kasvatusmetsä Päätehakkuuikää nuorempi metsä, jota yleensä harvennetaan puuntuoton tms. omi naisuuden parantamiseksi, kasvihuoneilmiö Maapallon ilmaston lämpeneminen siksi, että vesihöyryä ja "kasvihuonekaasuja" (mm. hiilidioksidia) on ilmakehässä. Nämä kaasut sitovat auringon lämpöä ja estävät lämmön säteilyn ulos ilmakehästä. kationi Positiivisesti varautunut ioni, esim. Ca2+ ; vrt. anioni. kloroplasti Viherhiukkanen; kehittyneiden kasvien so luelin, joka toimii yhteyttämiskeskuksena. kondensaatioydinlaskuri Hiukkaslaskuri, jolla lasketaan hiukkasten lukumääräpitoisuus, korrelaatio Kahden satunnaissuureen välinen riippu vuus. krooninen näkyvä vaurio Pitkällä aikavälillä syntyvä ja hitaasti pahe neva, silmin havaittava vaurio, kseromorfinen Kuvaa kuiviin oloihin sopeutuneen kuivak kokasvin rakennetta ja muotoa, kulo Kulovalkea, metsäpalo, kulotus Maanpinnan käsittely metsän uudistamiseen soveltuvaksi polttamalla hakkuutähteet, pin takasvillisuus ja osa humuskerrosta, linjoittainen metsänarviointi Tietyn metsän ominaisuuden mittaaminen tai arviointi siten, että mittaus- tai arviointikoh dat sijaitsevat tietyillä linjoilla, lipidit Rasva-aineet; yhteisnimi eliöiden solukoissa ja kudoksissa syntyneille rasva-aineille. 219 mitokondrio Soluelin, jossa soluhengitys tapahtuu, nekroosi Kuolio (solukossa tai kudoksessa), kuolemi nen, neulaspari Kääpiöverson neulasmaiset kasvulehdet. Esim. männyn neulaspari. populaatio Samanaikaisesti samalla alueella olevat yksi löt, jotka kykenevät lisääntymään keskenään eli kuuluvat samaan lajiin, proteiinit Valkuaisaineet; elintoiminnoille välttämättö miä typpipitoisia orgaanisia yhdisteitä, joita solut tuottavat valkuaisainesynteesissä. puuston pohjapinta-ala Puiden rinnankorkeudelta kuoren päältä mi tattujen poikkileikkauspinta-alojen summa. Yksikkönä käytetään m 2 /ha. pyrenoglobuli Rasvayhdisteistä koostuva pallonen leväsolun viherhiukkasessa, pääkomponenttianalyysi Muuttujien välisiä suhteita tarkasteleva tilas tomatemaattinen menetelmä, rapautuminen Kiinteän mineraalin tai kivilajin mekaaninen tai kemiallinen muuttuminen löyhäksi irto naiseksi aineeksi, regressioanalyysi Suureiden määrällisen riippuvuussuhteen selvittäminen havainnoista saatujen mitta lukujen perusteella, regressiokorjaus Havaintoarvojen väliseen riippuvuuteen pe rustuva laskentamenetelmä, jolla mittasuu reet saatetaan vertailukelpoisiksi, reviiri Eläimen tai eläinryhmän puolustama elin alueen osa, jonne ne eivät salli muiden sa man lajin yksilöiden tai pesintäreviirissä sa man sukupuolen yksilöiden asettua. saastuke Saaste, epäpuhtaus; aiheuttaa haitallisia vai kutuksia elävään luontoon ja ihmisen ympä ristöön. Muuttaa ympäristöoloja. sukkessio Tietyllä paikalla tapahtuva eliöyhteisön ajalli nen muuttuminen. Rehevöityminen, umpeen kasvu, soistuminen ja metsittyminen ovat esimerkkejä sukkessiokehityksestä. symbioosi Lajien välinen vuorovaikutussuhde, josta mo lemmat osapuolet hyötyvät tai vain toinen hyötyy toisen osapuolen kärsimättä. synoptinen sääkartta Useita ilmiöitä samanaikaisesti esittävä sää kartta, trendi Kehityssuunta, suuntaus, valtapuusto Metsikön vallitseviin latvuskerroksiin kuulu va puusto. Valtapuuston pituus on yleensä metsikön sadan paksuimman puun keskiarvo hehtaarilla. yksijaksoinen metsä Metsä, jonka puut ovat suunnilleen saman pituisia ja ikäisiä eli kuuluvat suunnilleen samaan kehitysvaiheeseen, yhteisvaihtelu Muuttujien arvojen vaihtelun keskinäistä yh teyttä kuvaava ominaisuus. MITTAYKSIKÖT Pg Milligramman tuhannesosa, pm Millimetrin tuhannesosa, mekv Ekvivalentin tuhannesosa. Ainemäärät muu tetaan ekvivalenteiksi (ekv), jotta eri alkuai neiden pitoisuudet olisivat vertailtavissa, nekv Ekvivalentin miliardisosa. ppb Miljardisosa. ppb h Otsoniannoksen yksikkö, jota käytetään las kettaessa ns. altistusindeksiä. 220 Julkaisuluettelo Vuoden 1994 loppuun mennessä ilmestyneet ja julkaistaviksi hyväksytyt (painossa olevat) Itä- Lapin metsävaurioprojektin julkaisut sekä osa projektien ja niiden vastuututkijoiden nimet ja yhteystiedot. Itä-Lapin metsävaurioprojekti, koordinaatio Eero Tikkanen, FL Metsäntutkimuslaitos, Rovaniemen tutkimusasema, PL 16, 96301 Rovaniemi puh. 960-336 4213 Kauhanen, H. 1992. Itä-Lapin metsävaurioprojektissa selvitetään Kuolan saasteiden vaikutusta Lapin metsiin. Ilmansuojelu-uutiset 1992(3): 23-25. 1992. Lapin metsät Kuolan päästöjen paineessa. Ympäristökatsaus 1992(9): 8-9. 1992. Itä-Lapin metsävaurioprojekti ja Kuolan pääs töt. Abstract: The Lapland forest damage project and pollutant emissions of the Kola Peninsula. Jul kaisussa: Kauhanen, H. & Varmola, M. (toim.). Itä- Lapin metsävaurioprojektin väliraportti. The Lapland forest damage project. Interim report. Metsäntutki muslaitoksen tiedonantoja 413: 6-12. 1993. The Lapland forest damage project. Julkaisus sa: Kozlov. M. V., Haukioja, E. & Yarmishko, V.T. (toim.). Aerial pollution in Kola Peninsula. Interna tional workshop. April 14-16, 1992, St. Petersburg, Russia. Proceedings. Laboratory of Ecological Zool ogy. Department of Biology, University of Turku, Finland, s. 74-77. & Mikkola, K. 1992. Itä-Lapin metsävaurioprojekti tutkii Kuolan saasteiden aiheuttamia metsävaurioita. Metsä ja Puu 1992(1): 4-7. , Mikkola, K. & Varmola, M. 1992. Yhteenveto. Julkai sussa: Kauhanen, H. & Varmola, M. (toim.). Itä-Lapin metsävaurioprojektin väliraportti. The Lapland forest damage project. Interim report. Metsäntutkimuslai toksen tiedonantoja 413: 267-269. & Varmola, M. (toim.). 1992. Itä-Lapin metsävaurio projektin väliraportti. The Lapland forest damage project. Interim report. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 413. 269 s. Mikkola, K. 1991. Metsävauriot Itä-Lapissa. Julkaisus sa: Metsät. Ympäristökatsaus 1991(9): 4. 1992. Kuolan päästöt Lapin metsien uhkana. Julkai sussa: Heikkilä, M., Sillanpää, P. & Tuulentie, S. (toim.). Ilma, Vesi, Energia - Ympäristön tila Pohjois suomessa. Kustannus Pohjoinen, s. 38-48. 1992. Ajankohtaista Itä-Lapin metsävaurioprojektis ta. Julkaisussa: Nikula, A., Varmola, M. & Lahti, M- L. (toim.). Metsäntutkimuspäivät Rovaniemellä 1992. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 437: 39-42. 1992. Itä-Lapin metsävaurioprojekti - monitieteisyyt tä ilmansaastetutkimuksessa. Julkaisussa: Ympä- ristöalan asiantuntijakurssi 91192. Helsingin yliopis ton Lahden tutkimus-ja koulutuskeskus, s. 13-15. & Nöjd. P. 1992. Itä-Lapin metsävaurioprojektin koe alqjärjestelmä. Abstract: Sampling method in the Lapland forest damage project. Julkaisussa: Kauha nen, H. & Varmola, M. (toim.). Itä-Lapin metsävau rioprojektin väliraportti. The Lapland forest damage project. Interim report. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 413: 13-17. Symposium on the state of the environment and environ mental monitoring in northern Fennoscandia and the Kola Peninsula. October 6-8, 1992, Rovaniemi, Finland. Conclusions and recommendations. Arctic Centre Publications 5. 25 s. + 3 liitettä. Tikkanen, E. 1989. Ilman epäpuhtaudet uhkaavat met siä - tutkimus tehostuu Lapissa. Abstract: Air pollutants are threatening the forests - research in Lapland intensified. Julkaisussa: Saastamoinen, O. & Varmola, M. (toim.). Lapin metsäkirja. Acta Lapponica Fenniae 15: 179-190. 1991. A review of research into forest damage connected with air pollution in Finnish Lapland. Julkaisussa: Tikkanen, E. & Varmola, M. (toim.). Re search into forest damage connected with air pollu tion in Finnish Lapland and the Kola Peninsula of the U.S.S.R. A seminar held in Kuusamo. Finland, 25-26 May 1990. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 373: 7-19. 1992. Kuolan saastepäästöjen vaikutus monitietei sen tutkimuksen kohteena. Lapin Kansa 8.12.1992. s. 2. 1994. Environmental cooperation in research and technology between Finland, Norway and the Kola region of the U.S.S.R. Aquilo Series Botanica 34: 1-4. 1994. Kuolan teollisuuspäästöjen vaikutus pohjoi seen metsäluontoon. Julkaisussa: Mälkönen, E. & Sivula, H. (toim.). Suomen metsien kunto. Metsien terveydentilan tutkimusohjelman väliraportti. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 527: 116- 121. 1994. Itä-Lapin metsävaurioprojekti. Julkaisussa: Heininen, L. (toim.). Kalottiakatemia 1994. Inari- Svanvik-Nikel. Arktisen keskuksen tiedotteita 10: 112-117. 1994. A gradient study approach in investigating the effects of Kola pollutant emissions from the Kola Peninsula on forest ecosystems. Julkaisussa: Saastamoinen, O. & Valjaev, V.N. (toim.). Forests, environment and new technology in Northern Europe. Proceedings of the international conference held in Petrozavodsk, the Republic of Karelia, Russia, September 1993. Joensuun yliopisto, metsätieteellisen tiedekunnan tiedonantoja 17: 124- 129. 1994. A gradient study approach in investigating the effects of Kola pollutant emissions on forest ecosys tems. Julkaisussa: Abstracts. "Air pollution & multi ple stresses". 16th international meeting for special- 221 ists in air pollution effects on forest ecosystems. September 7-9, 1994, Fredericton, New Brunswick, Canada. Natural Resources, Canada. Canadian Forest Service, s. 71. & Mikkola, K. 1991. The Lapland forest damage project: multidisciplinary cooperation in environmen tal sciences. Julkaisussa: Tikkanen, E. & Varmola, M. (toim.). Research into J'orest damage connected with air pollution in Finnish Lapland and the Kola Peninsula of the U.S.S.R. A seminar held in Kuusa mo, Finland 25-26 May 1990. Metsäntutkimuslai toksen tiedonantoja 373: 20-34. & Mikkola, K. 1993. The Lapland forest damage project: A gradient study approach in investigating the effects of Kola pollutant emissions on forest ecosystems. Julkaisussa: Derome, J. (toim.). The Lapland forest damage project. Russian-Finnish cooperation report. Metsäntutkimuslaitos, Rovaniemen tutkimusasema. Moniste, s. 4-15. & Varmola, M. (toim.). 1991. Research into forest damage connected with air pollution in Finnish Lapland and the Kola Peninsula of the U.S.S.R. A seminar held in Kuusamo, Finland, 25-26 May 1990. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 373. 157 s. , Varmola, M. & Katermaa, T. (toim.). 1992. Sympo sium on the state of the environment and environ mental monitoring in northern Fennoscandia and the Kola Peninsula. October 6-8, 1992, Rovaniemi, Finland. Extended abstracts. Arctic Centre Pub lications 4. 369 s. Varmola, M. 1994. Cooperation with researchers from the Kola Peninsula. Aquilo Series Botanica 34: 5-9. Ilmanlaatu Sevettijärvellä: tutkimus kaasu-ja hiukkasmaisista epäpuhtauksista Risto Hillamo, FT Ilmatieteen laitos, Ilmanlaatuosasto, PL 10, 00811 Helsinki, puh. 90-758 1369 Hillamo, R. & Virkkula, A. 1992. Ilmansaastetietoa Itä- Lapin metsävaurioprojektin tarpeisiin. Sevettijärvellä tutkitaan kaasujaja hiukkasia. Lapin Kansa 20.12.1992. s. 2. , Pakkanen, T., Mäkinen, M. & Kerminen, V-M. 1993. Inorganic ions in the tropospheric aerosol: Interpre tation of size distribution data. Julkaisussa: Report series in aerosol science 21. Jurvelin, J., Hillamo, R. & Virkkula, A. 1992. Ensimmäi siä ilmanlaadun mittaustuloksia Kirakkajärveltä. Ab stract: First results of air quality measurements at Kirakkajärvi. Julkaisussa: Kauhanen, H. & Varmola, M. (toim.). Itä-Lapin metsävaurioprojektin väliraportti. The Lapland forest damage project. Interim report. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 413: 18-24. Mäkinen, M., Pakkanen, T., Hillamo, R., Virkkula, A. & Mäkelä, T. 1994. lon balance of aerosol in northern Finland. Journal of Aerosol Science 25: 200-300. Selin, E., Johansson, L.H., Djupström-Fridell, M., Hilla mo, R., Mäkinen, M., Pakkanen, T. & Pacyna, J.M. 1992. Removal atmospheric aerosols in the sub-arc tic region. Journal of Aerosol Science 23: 965-968. Virkkula, A., Mäkinen, M. & Hillamo, R. 1992. Atmo spheric concentrations of aerosols and gaseous pollutants in the Finnish Arctic. Julkaisussa: Tikka nen, E., Varmola, M. & Katermaa, T. (toim.). Sympo sium on the state of the environment and environ mental monitoring in northern Fennoscandia and the Kola Peninsula. October 6-8, 1992, Rovaniemi, Fin land. Extended abstracts. Arctic Centre Publications 4: 43-45. , Mäkinen, M., Hillamo, R. & Pakkanen, T. 1993. Air pollutants in north-eastern Finnish Lapland close to the Kola Peninsula industrial areas. Julkaisussa: Extended abstracts. WMO Region VI conference on the measurement and modelling of atmospheric composition changes including pollution transport. October 4-8, 1993, Sofia, Bulgaria. WMO/GAW 91: 63-66. , Mäkinen, M., Hillamo, R., Pakkanen, T. & Mäkelä, T. 1993. Observations of air pollution episodes in north eastern Lapland. Paper presented at symposium of Russian-Finnish commission for environmental protection. September 13-16, 1993, Zapolyarnyi, Russia. , Hillamo, R., Mäkelä, T. & Pakkanen, T. 1994. Air pollution episodes associated with low visibility in the Finnish Arctic. Julkaisussa: Transport and transformation of pollutants in the troposphere. Eurotrac symposium '94, Garmisch-Partenkirchen, Germany, 11-15 April, 1994. Abstracts of lectures and posters, s. 340. , Mäkinen, M., Hillamo, R. & Pakkanen, T. 1994. Inor ganic ions in atmospheric aerosol in the Finnish Arctic. Julkaisussa: Flagan, R. (toim.). Fourth inter national aerosol conference. August 29-September 2, 1994. Los Angeles, California. Abstracts, s. 418- 419. , Hillamo, R. , Mäkinen, M., Mäkelä, T. & Pakkanen, T. 1994. Number of concentrations of atmosheric aerosol in the Finnish Arctic. Journal of Aerosol Science 25: 25-26. —•, Hillamo, R., Mäkinen, M., Mäkelä, T. & Pakkanen, T. 1994. Rikkidioksidi-ja sulfaattipitoisuudet Inarin Lapissa. Svaveldioxid- och sulfatkoncentrationer i Enare Lappland. Julkaisussa: Raitio, H. & Kilponen, T. (toim.). Critical loads and critical limit values. Finnish-Swedish Environmental Conference. October 27-28, 1994, Vaasa, Finland. Abstracts, s. 66-67. , Mäkinen, M., Pakkanen, T., Hillamo, R., Johansson, H. & Djupström, M. 1994. Air pollutants in Sevetti järvi. Summary of the measurements in 1992. Julkai sussa: Sivertsen, B. (toim.). Air pollution problems in the northern region of Fennoscandia included Kola. Proceedings from the seminar at Svanvik, Norway, 1-3 June, 1993. NILUTR 14/94: 41-46. 222 Kuolan teollisuuspäästöjen vaikutus Itä-Lapin männyn mykorritsan kuntoon ja maan biologiseen aktiivisuuteen Henry Väre, FL Oulun yliopisto, Kasvitieteen laitos, Linnanmaa 90570 Oulu, puh. 981-553 1559 Ohtonen, R. & Väre, H. 1993. Kuolan saasteet uhka metsämaan elinkyvylle. Lapin Kansa 10.2.1993. s. 2. & Väre, H. 1993. Scots pine roots and soil microbio logy in dry pine forests in Lapland. Julkaisussa: Derome, J. (toim.). The Lapland forest damage pro ject. Russian-Finnish cooperation report. Metsäntut kimuslaitos, Rovaniemen tutkimusasema. Moniste, s. 44-48. & Väre, H. 1994. Scots pine roots and soil microbio logy in northern Fennoscandia - are they affected by heavy metal deposition from the Kola Peninsula? Julkaisussa: Abstracts. "Air pollution & multiple stresses". 16th international meeting for specialists in air pollution effects on forest ecosystems. Septem ber 7-9, 1994. Fredericton, New Brunswick, Ca nada. Natural Resources, Canada. Canadian Forest Service, s. 52. Väre, H., Jalkanen, R., Ahonen-Jonnarth, U., Tarvainen, 0., Ohtonen, R. & Markkola, A-M. 1991. Lapin sienten alkuainepitoisuuksista. O soderzshanii tjazshjolih metallov b gribah Laplandii. Julkaisussa: Pakonen, T. & Ohenoja, E. (toim.). 111 Suomalais neuvostoliittolainen keruutuotekongressi. Oulu 12- 17.8.1991. Abstraktit. Oulun yliopisto, kasvitieteen laitoksen monisteita 44: 36, 78. , Ohtonen, R., Ahonen-Jonnarth, U.. Markkola, A-M. & Tarvainen, O. 1992. Mäntykankaiden sienijuuret, mikrobit ja sienet Itä-Lapin metsävaurioprojektin koealoilla. Abstract: Mycorrhiza, microbes and fungi in dry Scots pine stands of the Lapland forest dam age project. Julkaisussa: Kauhanen, H. & Varmola, M. (toim.). Itä-Lapin metsävaurioprojektin väliraportti. The Lapland forest damage project. Interim report. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 413: 73-88. , Ohtonen, R., Ahonen-Jonnarth, U., Markkola, A-M. & Tarvainen, O. 1992. Scots pine roots and soil micro biology in dry pine forests in Lapland. Julkaisussa: Tikkanen, E., Varmola, M. & Katermaa, T. (toim.). Symposium on the state of the environment and en vironmental monitoring in northern Fennoscandia and the Kola Peninsula. October 6-8, 1992, Rovanie mi, Finland. Extended abstracts. Arctic Centre Publi cations 4: 330. , Ohtonen, R., Ahonen-Jonnarth, U., Markkola, A-M. & Tarvainen, O. 1993. Sienijuuret ja mikrobit Lapin männiköissä. Ilmansuojelu-uutiset 1993(2): 33-35. .Ohtonen, R., Ahonen-Jonnarth, U., Tarvainen, 0., Markkola, A-M. & Jalkanen, R. 1993. Element con centration of certain ectomycorrhizal fungi in Finnish Lapland. Aquilo Series Botanica 31: 137-142. Jäkälä-ja sammaltutkimukset Jari Oksanen, FT Tromsa universitet, Instituttfor Biologi og Geologi 9037 Tromse, Norge puh. +47 776 44437 Helle, T. & Kojola, I. 1992. Harmaaporojäkälän kasvun vaihtelu Itä-Fennoskandiassa. Abstract: The varia tion in the growth rate of Cladonia rangiferina in eastern Fennoscandia. Julkaisussa: Kauhanen, H. & Varmola, M. (toim.). Itä-Lapin metsävaurioprojektin väliraportti. The Lapland forest damage project. Interim report. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 413: 106-114. & Kojola, I. 1992. The variation in the growth rate of Cladina rangiferina (L.) Wigg in eastern Fennoscan dia. Julkaisussa: Tikkanen, E., Varmola, M. & Ka termaa, T. (toim.). Symposium on the state of the en vironment and environmental monitoring in northern Fennoscandia and the Kola Peninsula. October 6-8, 1992, Rovaniemi, Finland. Extended abstracts. Arctic Centre Publications 4: 270-271. Kojola, 1., Helle, T., Aikio, P. & Niskanen, M. 1992. Carry ing capacity of reindeer ranges in northern Lapland. Julkaisussa: Tikkanen. E., Varmola, M. & Katermaa, T. (toim.). Symposium on the state of the environment and environmental monitoring in northern Fenno scandia and the Kola Peninsula. October 6-8, 1992, Rovaniemi, Finland. Extended abstracts. Arctic Cen tre Publications 4: 288-289. Kubin, E. 1991. A survey of element concentrations in the epiphytic lichen Hypogymnia physodes in north ern Finland in 1986. Julkaisussa: Tikkanen, E. & Varmola, M. (toim.). Research into forest damage connected with air pollution in Finnish Lapland and the Kola Peninsula of the U.S.S.R. A seminar held in Kuusamo, Finland, 25-26 May 1990. Metsäntutki muslaitoksen tiedonantoja 373: 86-100. Oksanen, J., Holopainen, T., Tarhanen, S., Kubin, E., Helle, T. & Kovanen. T. 1993. Puiden jäkälät bioin dikaattoreina Itä-Lapin metsävaurioprojektissa. Jäkälien solurakenne osoittaa ilman saastumista. Lapin Kansa 26.1.1993. s. 2. Tarhanen, S., Oksanen, J. & Holopainen, T. 1992. Kaar najäkälien kalvonvuototestitja hienorakenne Kuolan päästöjen vaikutusten kuvaajina. Abstract: The membrane permeability tests and cell ultrastructure of epiphytic lichens as indicators of the effects of the Kola emissions. Julkaisusssa: Kauhanen, H. & Var mola, M. (toim.). Itä-Lapin metsävaurioprojektin väli raportti. The Lapland forest damage project. Interim report. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 413: 115-127. , Oksanen, J. & Holopainen, T. 1992. Ultrastructure and membrane permeability of epiphytic lichens - the effects of Kola emissions in Finnish Lapland. Julkaisussa: The second international lichenological symposium lAL 2. Hemmeslöv, Bästad, Sweden, 223 30.8.-4.9.1992. Abstract. , Oksanen, J. & Holopainen, T. 1992. The membrane permeability tests and cell ultrastructure of epiphytic lichens as indicators of the effects of the Kola emis sions. Julkaisussa: 7th international bioindicators symposium and workshop on environmental health. Kuopio, Finland, 28.9.-3.10.1992. Abstract. Satelliittikuvien käyttö Itä-Lapin ja Kuolan metsävauriokartoituksessa Eero Mattila, MMT Metsäntutkimuslaitos, Rovaniemen tutkimusasema, PL 16, 96301 Rovaniemi puh. 960 336 4219 Mattila, E. 1992. Satelliitin rekisteröimän spektrisen in formaation käyttömahdollisuudet metsävauriokar toituksessa. Abstract: Potential usage of satellite spectral information in forest damage assessment. Julkaisussa: Kauhanen, H. & Varmola, M. (toim.). Itä-Lapin metsävaurioprojektin väliraportti The Lapland forest damage project. Interim report. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 413: 227- 243. & Mikkola, K. 1993. Kuolan tuhoalueita tutkitaan uusimmilla kaukokartoitusmenetelmillä. Lapin Kansa 16.1.1993. s. 2. Mikkola, K. 1992. LANDSAT-satelliittikuvatulkinta Mont segorskin metsäkuolema-alueesta. Ilmansuojelu uutiset 1992(6): 24-27. 1994. Forest damage change detection around Monchegorsk, Kola Peninsula, using multi-temporal Landsat MSS data. Julkaisussa: Abstracts. "Air pollution & multiple stresses". 16th international meeting for specialists in air pollution effects on forest ecosystems. September 7-9, 1994, Frede ricton, New Brunswick, Canada. Natural Resources, Canada. Canadian Forest Service, s. 47. 1995. Forest damage change detection around Monchegorsk, Kola Peninsula, using multitemporal Landsat MSS data. Julkaisussa: Proceedings. 16th international meeting for specialists in air pollution effects on forest ecosystems. September 7-9 1994, Fredericton, New Brunswick, Canada. Natural Re sources, Canada. Canadian Forest Service, (painos sa). & Ritari, A. 1992. Montsegorskin alueen metsävau riot - alustava satelliittikuvatulkinta. Abstract: Forest damages in Monchegorsk, Kola Peninsula. A prelimi nary satellite image analysis. Julkaisussa: Kauha nen, H. & Varmola. M. (toim.). Itä-Lapin metsävaurio projektin väliraportti. The Lapland forest damage project. Interim report. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 413: 244-259. & Ritari, A. 1992. Satellite survey of forest damage in the Monchegorsk area, Kola Peninsula. Julkaisus sa: Tikkanen, E., Varmola, M. & Katermaa, T. (toim.). Symposium on the state of the environment and en vironmental monitoring in northern Fennoscandia and the Kola peninsula. October 6-8, 1992, Rovanie mi, Finland. Extended abstracts. Arctic Centre Publi cations 4: 310-313. & Ritari, A. 1994. Forest damage around Monche gorsk, Kola Peninsula. Abstract. Proceedings of the Decision Support 2001, 1 7th annual geographic information seminar and resource technology '94 symposium, (painossa). Kokeellinen tutkimus rikki-ja raskasmetalli laskeuman vaikutuksista männyn hyönteis- ja versosyöpäresistenssiin Seppo Neuvonen, FT Turun yliopisto. Biologian laitos, 20500 Turku puh. 921 633 5930 Neuvonen, S. 1991. Field experiments on the effects of pollution at Kevo Subarctic Research Station. Jul kaisussa: Tikkanen, E. & Varmola. M. (toim.). Re search into forest damage connected with air pollu tion in Finnish Lapland and the Kola Peninsula of the U.S.S.R. A seminar held in Kuusamo, Finland, 25-26 May 1990. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 373: 109-114. , Virtanen, T., Ranta, H. & Nikula, A. 1992. Rikki-ja raskasmetallilaskeuman sekä typpilannoituksen vaikutus männyn tuholais-ja tautialttiuteen. Ab stract: The pest and disease resistance of Scots pine and sulphur and heavy metal deposition. Julkaisus sa: Kauhanen, H. & Varmola, M. (toim.). Itä-Lapin metsävaurioprojektin väliraportti. The Lapland forest damage project. Interim report. Metsäntutkimuslai toksen tiedonantoja 413: 186-193. Ranta, H. 1994. Surmakka (Gremmeniella abietina) ja raskasmetallisaasteet. Joensuun yliopisto, metsätieteellisen tiedekunnan tiedonantoja 12: 32- 36. 1994. Effect of simulated acid rain on endophytic fungi of Scots pine shoots. Poster abstract for 11th general meeting of the British mycological society. 28-31 March, 1994. Cranfield University, Cranjield, UK. Abstracts. 1994. Gremmeniella abietina and heavy metal pol lution. International conference of lUFRO Working Party 52.06.02 and 52.06.04 on shoot and foliage diseases in forest trees. Vallombroza, Firenze. Italy, 6-11 June 1994. Abstracts of papers. 1994. Hyphal growth of Gremmeniella abietina in Scots pine shoots polluted with copper and nickel. Proceedings. International conference of lUFRO Working Party 52.06.02 and 52.06.04 on shoot and foliage diseases in forest trees. Vallombroza, Firenze, Italy. 6-11 June 1994. (painossa). 1995. Implications of anthropogenic pollution for the host-pathogen system of Scots pine and 224 Gremmeniella abietina. Reports from the Department of Biology, University of Turku 47: 18+67 s. Ranta, H., Nikula, A. & Neuvonen, S. 1993. Kokeellisella tutkimuksella selvitetään saasteiden yhteisvaikutuk sia männyn tuhonkestävyyteen. Lapin Kansa 15.4.1993. s. 2. & Neuvonen, S. 1994. Hostpathogen system of Gremmeniella abietina and Scots pine: effects of non pathogenic phyllosphere fungi, acid rain and envi ronmental factors. New Phytologist 128: 63-69. , Neuvonen, S., Kääriäinen, S. & Vesanto, S. 1994. Copper and nickel pollution: Frequency of endophytic fungi in Scots pine shoots and endophyte growth in vitro. Canadian Journal of Botany 72: 93-99. , Neuvonen, S. & Ylimartimo, A. 1994. Interactions of Gremmeniella abietina (Lagerb.) Morelet and endophytic fungi in shoots of Scots pine (Pinus sylvestris L.) trees treated with simulated acid rain. Journal of Applied Ecology, (painossa). . Neuvonen, S. & Virtanen, T. 1995. Effects of sulphuric acid and heavy metal deposition on frequency of asymptomatic infections of Gremmeniella abietina Scots pine seedlings. European Journal of Forest Pathology, (painossa). Virtanen, T. 1993. Happosadetuksen, raskasmetallien j a typpilannoituksen vaikutus oksakirvojen (Cinara pinea Mordv.) menestymiseen männyllä (Pinus sylvesris L.). The effect of acid rain, heavy metals and nitrogen fertilization on performance of the Large pine aphid (Cinara pinea Mordv.) on the Scots pine (Pinus sylvestris L.). Pro gradu -työ. Turun yli opisto, Biologian laitos. 37 s. + 1 liite. 1994. Kirvojen vaikutuksesta surmakan infektoitumi seen. Joensuun yliopisto, metsätieteellisen tiedekun nan tiedonantoja 12: 73-77. Neulaspoiston vaikutus männyn kasvuun: kokeellinen tutkimus Itä-ja Länsi-Lapissa Erkki Haukioja, Professori Turun yliopisto. Biologian laitos, 20500 Turku puh. 921 633 5778 Honkanen, T. & Haukioja, E. 1995. Why does a branch suffer more after branch-wide than after tree-wide defoliation? OIKOS. (painossa). , Haukioja, E. & Suomela, J. 1992. Kokeellisen neulaspoiston vaikutus männyn kasvuun Itä-ja Keski-Lapissa. Abstract: Effects of needle clipping on pine growth in eastern and middle Lapland. Julkai sussa: Kauhanen, H. & Varmola, M. (toim.). Itä-Lapin metsävaurioprojektin väliraportti. The Lapland forest damage project. Interim report. Metsäntutkimuslai toksen tiedonantoja 413: 194-205. , Haukioja, E. & Suomela, J. 1993. Effects of needle clipping on pine growth in eastern and middle Lap land. Julkaisussa: Kozlov, M.V., Haukioja, E. & Yarmishko, V.T. (toim.). Aerial pollution in Kola Penin- sula. International workshop. April 14-16, 1992, St. Petersburg, Russia. Proceedings. Laboratory of Ecological Zoology, Department of Biology, University of Turku, Finland, s. 231. , Haukioja, E. & Suomela, J. 1994. E ffects of simu lated defoliation and debudding on needle and shoot growth in Scots pine (Pinus sylvestris): implications of plant source/sink relationships for plant-herbivore studies. Functional Ecology, (painossa). Suomela, J., Palokangas, P., Blomqvist, 1., Suominen, O. & Törvi, M. 1992. Effects of acid deposition and heavy metals on food plant quality of small mamma lian herbivores. Julkaisussa: Tikkanen, E., Varmola, M. & Katermaa, T. (toim.). Symposium on the state of the environment and environmental monitoring in northern Fennoscandia and the Kola Peninsula. October 6-8, 1992, Rovaniemi, Finland. Extended abstracts. Arctic Centre Publications 4: 325. Kuolan teollisuuspäästöjen vaikutus kangas maiden happamoitumiseen Itä-Lapin alueella John Derome, MML Metsäntutkimuslaitos, Rovaniemen tutkimusasema, PL 16, 96301 Rovaniemi puh. 960-336 4326 Derome, J. 1992. Interaction between deposition and tree canopies in forest ecosystems in Finnish Lap land. Julkaisussa: Tikkanen, E., Varmola, M. & Katermaa, T. (toim.). Symposium on the state of the environment and environmental monitoring in northern Fennoscandia and the Kola Peninsula. October 6-8, 1992, Rovaniemi, Finland. Extended abstracts. Arctic Centre Publications 4: 208-210. 1993. (toim.). The Lapland forest damage project. Russian-Finnish cooperation report. Metsäntut kimuslaitos, Rovaniemen tutkimusasema. Moniste. Ills. & Kontio, M. 1993. Lapin märkälaskeuma ja maape rän happamoituminen. Lapin Kansa 2.6.1993. s. 2. & Lindroos, A-J. 1993. Orgaaninen aine ja metsä maan happamoituminen. Julkaisussa: Maankamara ja pohjavedet. Ympäristökatsaus 1993(1): 10-11. , Lindroos, A-J. & Niska, K. 1992. Maaperän happa moituminen Lapissa. Ilmansuojelu-uutiset 1992(3): 30-33. , Lindroos, A-J., Niska, K. & Välikangas, P. 1992. Ko konaislaskeuma Lapissa 1990-1991. Abstract: Bulk deposition in Finnish Lapland during July 1990 to June 1991. Julkaisussa: Kauhanen, H. & Varmola. M. (toim.). Itä-Lapin metsävaurioprojektin väliraportti. The Lapland forest damage project. Interim report. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 413: 39-48. , Nikonov, V.V., Niska, K., Lindroos, A-J. & Välikan gas, P. 1992. Lumipeitteen laatu Suomen Lapissa ja Kuolan niemimaan länsiosassa maaliskuussa 1991. Abstract: Snowpack quality in Finnish Lapland and 225 the western part of the Kola Peninsula in March 1991. Julkaisussa: Kauhanen, H. & Varmola, M. (toim.). Itä-Lapin metsävaurioprojektin väliraportti. The Lapland forest damage project. Interim report. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 413: 25-38. .Nikonov, V.V., Lindroos, A-J., Niska, K. & Välikangas, P. 1993. Snowpack quality in Finnish Lapland and the western part of the Kola Peninsula in March 1991. Julkaisussa: Derome, J. (toim.). The Lapland forest damage project. Russian-Finnish cooperation report. Metsäntutkimuslaitos, Rovaniemen tutkimusasema. Moniste, s. 98-111. .Niska, K., Lindroos, A-J. & Välikangas, P. 1991. lon balance monitoring plots and bulk deposition in Lapland during July 1989-June 1990. Julkaisussa: Tikkanen, E. & Varmola, M. (toim.). Research into forest damage connected with air pollution in Finnish Lapland and the Kola Peninsula of the U.S.S.R. A seminar held in Kuusamo, Finland, 25-26 May 1990. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 373: 49-76. .Niska, K., Lindroos, A-J. & Välikangas, P. 1993. The ion-balance monitoring plot network. Julkaisussa: Derome, J. (toim.). The Lapland forest damage pro ject. Russian-Finnish cooperation report. Metsäntut kimuslaitos, Rovaniemen tutkimusasema. Moniste, s. 49-57. Lindroos, A-J. 1992. Percolation water quality on the ion balance monitoring plots of the Lapland forest dam age project in the 1990 and 1991 growing season. Julkaisussa: Tikkanen, E., Varmola, M. & Katermaa, T. (toim.). Symposium on the state of the environment and environmental monitoring in northern Fenno scandia and the Kola Peninsula. October 6-8, 1992, Rovaniemi, Finland. Extended abstracts. Arctic Cen tre Publications 4: 304-306. , Derome, J. & Niska, K. 1993. Percolation water acidity and aluminium concentrations in Finnish Lapland. Julkaisussa: Kozlov, M.V., Haukioja, E. & Yarmishko, V.T. (toim.). Aerial pollution in Kola Penin sula. International workshop. April 14-16, 1992, St. Petersburg, Russia. Proceedings. Laboratory of Eco logical Zoology, Department of Biology, University of Turku, Finland, s. 163-168. , Derome, J. & Niska, K. 1993. Soil acidity status in northern Finland. Julkaisussa: Tuomisto, J. & Ruus kanen, J. (toim.). First Finnish conference of environ mental sciences, Kuopio, October 8-9, 1993. "Envi ronmental research in Finland today". Proceedings. Kuopio University Publications C. Natural and Envi ronmental Sciences 14: 248-251. , Derome, J. & Niska, K. 1994. The relationship be tween soil and percolation water in northern Fin land. Julkaisussa: Helios, R.E. & Sikora, W.S. (toim.). 3rd international symposium on environmental geochemistry, 12-15 September 1994, Krakow, Poland. Abstracts. University of Mining and Metal lurgy in Krakow, Faculty of Geology, Geophysics and Environmental Protection, s. 239-240. , Derome, J. & Niska, K. 1994. lon budgets in forest soils in northern Finland. Julkaisussa: Perdahl, J-A. (toim.). 21: a nordiska geologiska vintermötet, Luleä 1994. Abstracts. Tekniska högskolan i Luleä, avdel ningen för tillämpad geologi, s. 116. , Derome. J. & Niska, K. 1995. The relationship be tween dissolved organic matter and percolation water chemistry in northern Finland. Water, Air, and Soil Pollution, (painossa). , Derome, J., Niska, K. & Välikangas, P. 1992. Sade veden laadun muuttuminen Lapin maaperässä kas vukaudella 1990. Abstract: Relationship between bulk deposition, stand throughfall and percolation water quality in Lapland during the 1990 growing season. Julkaisussa: Kauhanen, H. & Varmola, M. (toim.). Itä-Lapin metsävaurioprojektin väliraportti. The Lapland forest damage project. Interim report. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 413: 49-60. Motova, A.D., Nikonov, V.V. & Derome, J. 1993. Vodnqja migratisija ionnyhform aljuminija v Al-Fe gumusovyh podzolistyh potsvah severnoi Fennoskandii. Potsvovedenije 12: 52-55. Nikonov, V.V., Lukina, N.V., Derome, J.. Petrova, N.V. & Gorjainova, V.P. 1993. Migratsija i akkumuljatsija sojedineni nikelja i medi v Al-Fe-gumusovyh podzolistyh potsvah sosnovyh lesov (zona vozdeistvija kombinata "Severonikel"). Potsvovedenije 11:31-41. Niska, K., Derome, J., Lindroos, A-J. & Välikangas, P. 1992. Metsikkösadanta Lapissa. Julkaisussa: Niku la, A., Varmola, M. & Lahti, M-L. (toim.). Metsäntutki muspäivät Rovaniemellä 1992. Metsäntutkimuslai toksen tiedonantoja 437: 43-53. , Derome, J. & Lindroos, A-J. 1993. Snowpack quality in the northern Fennoscandia during 1991-1993. Julkaisussa: Tuomisto, J. & Ruuskanen, J. (toim.). First Finnish conference of environmental sciences, Kuopio, October 8-9, 1993. "Environmental research in Finland today". Proceedings. Kuopio University Publications C. Natural and Environmental Sciences 14: 280-281. Maaperän ravinteisuus ja happamoitumisherkkyys Matti Kontio, FK Geologian tutkimuskeskus, Pohjois-Suomen aluetoimisto, PL 77, 96101 Rovaniemi puh. 960-297 375 Kontio, M., Pulkkinen, E. & Räisänen, M-L. 1992. Lapin maaperän ravinteisuus ja happamoitumisherkkyys geologian ja geokemian kannalta. Abstract: Nutrients and sensitivity to the acidification of mineral soils of Lapland with emphasis on geology and geochem istry. Julkaisussa: Kauhanen, H. & Varmola, M. (toim.). Itä-Lapin metsävaurioprojektin väliraportti. The Lapland forest damage project. Interim report. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 413: 61-72. 226 Laskeuman vaikutus Lapin metsien kasvuun Pertti Hari, Professori Helsingin yliopisto, Metsäekologian laitos PL 24, 00014 Helsingin yliopisto puh. 90-191 7700 Hari, P. & Linkosalo, T. 1992. Puusto-ja maamallin kytkentä. Abstract: Combining of stand and soil models. Julkaisussa: Kauhanen, H. & Varmola, M. (toim.). Itä-Lapin metsävaurioprojektin väliraportti. The Lapland forest damage project. Interim report. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 413: 260- 266. Versosurma Sallassa Risto Jalkanen, MMT Metsäntutkimuslaitos, Rovaniemen tutkimusasema, PL 16, 96301 Rovaniemi puh. 960-336 4430 Jalkanen, R. 1989. Sallan puuvanhukset ovat hätää kärsimässä. Teollisuuden Metsäviesti 1989(2): 30-33. 1991. Mineral contents of fruit bodies of tree mush room species in Salla, eastern Lapland. Julkaisussa: Tikkanen, E. & Varmola, M. (toim.). Research into forest damage connected with air pollution in Finnish Lapland and the Kola Peninsula of the U.S.S.R. A seminar held in Kuusamo, Finland, 25-26 May 1990. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 373: 81-85. 1991. Happamoituminen Pohjois-ja Itä-Lapin met sissä ja järvissä. Julkaisussa: Poutanen, P. (toim.). Pohjoiskalotin ihmiset ja ympäristö. Norden-yhdis tysten 16. pohjoiskalottikonferenssi 10-12.8.1990 Kemissä. Itä-Uudenmaan paino. Loviisa s. 54-62. 1993. Lapin metsäkuolemat - todellisuutta vai mielikuvia? Keskisuomalainen 28.3.1993. (kotimaa). 1994. Retrospective forest pathology. Proceedings. SNS forest pathology group meeting. Honne, Biri, Norway, 9-12 August 1994. Aktueltfra Skogforsk. (painossa). & Kaitera, J. 1992. Versosurma Itä-Lapissa. Ab stract: Damage caused by Gremmeniella abietina in eastern Lapland. Julkaisussa: Kauhanen, H. & Varmola, M. (toim.). Itä-Lapin metsävaurioprojektin väliraportti. The Lapland forest damage project. Interim report. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 413: 215-226. & Kaitera, J. 1 993 a. Uusi menetelmä oikoo tautihis toriaa: Sallan Rikkilehto potenut pitkään sienitautia. Maaseudun Tulevaisuus 6.4.1993. (yliö). & Kaitera, J. 1993 b. Gremmeniella abietina in east ern Lapland near Soviet industrial centres. Julkai sussa: Barklund, P., Livsey, S., Karlman, M. & Stephan, R. (toim.). Shoot diseases of conifers. Proceedings of the lUFRO Working Party 52.06.02. Canker and shoot blight of conifers. Garpenberg, Sweden, 10-15 June 1991. Uppsala, s. 73-77. & Kurkela, T. 1991. Coloured snow in Salla, eastern Lapland. Metsäntutkimuslaitos, Rovaniemen tutki musasema. Moniste. 6 s. Kaitera, J. 1993. Versosurmahistorian määritys männi kössä oksa-analyysillä. Helsingin yliopiston kasvin tuotantotieteiden jatko-opiskelijaseminaari 30.11.1993. Lyhennelmä. 1 s. & Jalkanen, R. 1991. Versosurman (Ascocalyx abietina (Lagerb.) Schläpfer-Bernhard) vaivaamat alueet metsähallituksen Ylikemin hoitoalueessa Koillis-Suomessa. Metsäntutkimuslaitos, Rovanie men tutkimusasema. Moniste. 9 s. + 3 liitettä. & Jalkanen, R. 1992. Disease history of Gremme niella abietina in a Pinus sylvestris stand. European Journal of Forest Pathology 22(6-7): 371-378. & Jalkanen, R. 1993. History of the decline in the Rikkilehto Scots pine stand. Julkaisussa: Jalkanen, R., Aalto, T. & Lahti, M-L. (toim.). Forest pathological research in northern forests with a special reference to abiotic stress factors. Extended SNS meeting in forest pathology in Lapland, Finland, 3-7 August, 1992. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 451: 128-137. & Jalkanen, R. 1993. Versosurmaa olisi Sallassa il man Kuolan teollisuuttakin. Lapin Kansa 31.3.1993. s. 2. & Jalkanen, R. 1993. Surmakka Rikkilehdon män nikössä Sallassa. Abstract: Gremmeniella abietina on Scots pine in Rikkilehto stand in Salla, northern Finland. Folia Forestalia 811. 18 s. & Jalkanen, R. 1994. The history of shoot damage by Tomicus spp. (Col., Scolytidae) in a Pinus sylvestris L. stand damaged by the shoot-disease fungus Gremmeniella abietina (Lagerb.) Morelet. Journal of Applied Entomology 117: 307-313. & Jalkanen, R. 1994. Viime vuodet suosineet surmakkaa pohjoisessa. Versosurmaa odotettavissa kesällä. Metsälehti 1994(9): 10 & Jalkanen, R. 1994. Distribution of Lachnellula pini along the pollution gradient in Lapland and Kola peninsula and in two Scots pine stands damaged by Gremmeniella abietina iri eastern Lapland. Inter national conference of IVFRO Working Party 52.06.02 and 52. 06.04 on shoot and foliage dis eases in forest trees. Vallombroza, Firenze, Italy, 6- 11 June 1994. Abtracts of papers. & Jalkanen, R. 1994 Gremmeniella abietina produces pycnidia in cankers of living shoots with green needles on Scots pine. Silva Fennica 28(2): 139-141. & Jalkanen, R. 1994. Old and fresh Gremmeniella abietina damage on Scots pine in eastern Lapland in 1992. Silva Fennica 28(2): 107-113. & Jalkanen, R. 1994. Distribution of Lachnellula pini along the pollution gradient in Lapland and Kola Peninsula and in two Scots pine stands damaged by Gremmeniella abietina in eastern Lapland. Proceed- 227 ings. International conference of lUFRO Working Party 52.06.02 and 52.06.04 on shoot and foliage diseases in forest trees. Vallombroza, Firenze, Italy, 6-11 June 1994. (painossa). & Jalkanen, R. 1994. Distribution of Gremmeniella abietina along pollution gradient in Lapland and Kola peninsula. Proceedings. International conference of lUFRO Working Party 52.06.02 and 52.06.04 on shoot and foliage diseases in forest trees. Vallom broza. Firenze, Italy, 6-11 June 1994. (painossa). & Jalkanen, R. 1994. Distribution of Gremmeniella abietina in northern Finland and Kola peninsula. Proceedings. SNS forest pathology group meeting. Honne, Biri, Norway, 9-12 August 1994. Aktueltfra Skogforsk. (painossa). & Jalkanen, R. 1995. Stand and site characteristics in the decline of Scots pine caused by Gremmeniella abietina in a severely damaged 50-year-old plantation in SE Finland. Scandinavian Journal of Forest Research 9. (painossa). & Jalkanen, R. 1995. Historic comparison of Scots pines damaged at various levels by Gremmeniella abietina. Canadian Journal of Forest Research 25. (painossa). , Federkov, A. & Jalkanen, R. 1995. Rasprostranenie pobegavaga raka (Gremmeniella abietina) po gradientu zagrjaznenija sredi v rossijskoj ifinskoj Laplandii. Lesnoi Zhurnal. (painossa). , Federkov , A., Jalkanen, R., Krutov, V. & Tsvetkov, V. 1995. Occurrence of Gremmeniella abietina damage on Scots pine along the pollution gradient from Monchegorsk nickel smelter to western Lapland. European Journal of Forest Pathology 25. (painossa). Männyn biokemiallinen kestävyys versosurmaa vastaan Kirsti Derome, FM Metsäntutkimuslaitos, Rovaniemen tutkimusasema, PL 16, 96301 Rovaniemi puh. 960-336 4436 Airaksinen, K. 1994. Pathogenesis-related proteins in Scots pine seedlings inoculated with Gremmeniella abietina. International conference of lUFRO WP 52.06.02 and 52.06.04 on Shoot and foliar diseases in forest trees. 6-11 June. 1994, Vallombrosa, Firenze, Italy. Abstracts of papers. , Kärenlampi. S.. Kokko, H. & Miettinen, A. 1992. Stressiproteiinit otsonialtistetuissa kuusen taimissa. Abstract: Pathogenesis-related (PR) proteins in cont rol and ozone-exposed young spruce (Picea abies L. Karst.). Julkaisussa: Kauhanen, H. & Varmola. M. (toim.). Itä-Lapin metsävaurioprojektin väliraportti. The Lapland forest damage project. Interim report. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 413: 177- 185. . Miettinen, A., Kokko, H., Holopainen, J., Kärenlampi. L., Karjalainen, R. & Kärenlampi, S. 1992. Pathoge nesis-related proteins in ozone-exposed Norway spruce (Picea abies) plantlets. Julkaisussa: Roy, S., Kärenlampi, L. & Hänninen, O. (toim.). 7th interna tional bioindicators symposium and workshop on environmental health. Kuopio, Finland, September 28-October 3, 1992. Abstract book. Kuopion yliopis ton julkaisuja C. Luonnontieteet ja ympäristötieteet 7: 66. , Roitto, M. & Sutinen, M-L. 1993. Kuolan päästöt - uhka "vihreälle kullalle". Lapin Kansa 5.3.1993. s. 2. Kärenlampi, S., Airaksinen, K., Miettinen, A., Kokko, H., Kärenlampi, L. & Karjalainen, R. 1994. Pathogene sis-related proteins in ozone-exposed Norway spruce (Picea abies). New Phytologist 126: 81-89. Miettinen, A. 1993. PR-proteiinit otsonialtistetuissa kuu sen (Picea abies) taimissa. Pro gradu -työ. Kuopion yliopisto, Biokemian ja bioteknologian laitos. 55 s. Neulasten kemiallinen koostumus Hannu Raitio, FT Metsäntutkimuslaitos, Parkanon tutkimusasema Kaironiementie 54, 39700 Parkano puh. 933-443 51 Raitio, H. 1991. A comparison of element analyses of pine needle samples. Julkaisussa: Tikkanen, E. & Varmola, M. (toim.). Research into forest damage connected with air pollution in Finnish Lapland and the Kola Peninsula of the U.S.S.R. A seminar held in Kuusamo, Finland, 25-26 May 1990. Metsäntutki muslaitoksen tiedonantoja 373: 77-80. 1992. The foliar chemical composition of Scots pines in Finnish Lapland and on the Kola Peninsula. Jul kaisussa: Tikkanen, E., Varmola, M. & Katermaa, T. (toim.). Symposium on the state of the environment and environmental monitoring in northern Fenno scandia and the Kola Peninsula. October 6-8, 1992, Rovaniemi, Finland. Extended abstracts. Arctic Centre Publications 4: 226-231. 1992. Männyn neulasten kemiallinen koostumus Montsegorskin teollisuusalueella. Abstract: Chemical composition of Scots pine needles in the Monche gorsk industrial area. Julkaisussa: Kauhanen, H. & Varmola, M. (toim.). Itä-Lapin metsävaurioprojektin väliraportti. The Lapland forest damage project. Interim report. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 413: 142-149. 1993. Ilman epäpuhtaudet muuttavat neulasten ke miallista koostumusta. Lapin Kansa 8.3.1993. s. 2. 1994. Chemical composition of Scots pine needles in Finnish Lapland and on the Kola Peninsula. Julkai sussa: Abstracts. "Air pollution & multiple stresses". 16th international meeting for specialists in air pol lution effects on forest ecosystems. September 7-9, 1994, Fredericton, New Brunswick, Canada. Natural Resources, Canada. Canadian Forest Service, s. 59. 228 Raitio, H.,Nikonov, V.V. &Lukina, JV.V. 1993. Chemical composition of Scots pine needles in the industrial region oj Monchegorsk. Julkaisussa: Derome, J. (toim.). The Lapland forest damage project. Russian- Finnish cooperation report. Metsäntutkimuslaitos, Rovaniemen tutkimusasema. Moniste, s. 23-30. Lapin metsäkasvillisuuden elinvoimaisuus ja siinä tapahtuneet muutokset 1950-luvulta lähtien Eeva-Liisa Jukola-Sulonen, FT Metsäntutkimuslaitos, Metsäekologian tutkimusosasto, PL 18, 01301 Vantaa puh. 90-8570 5568 Jalkanen, R. 1994. Needle retention chronology in a pollution gradient. International conference on tree rings, environment, and humanity: relationships and processes. May 17-21, 1994, Tuscon, Arizona, U.S.A. Abstracts of Papers s. 37. 1994. Needle retention chronology along a pollution gradient. Julkaisussa: Dean, J.S., Meko, D.M. & Swetnam, T.W. (toim.). Tree rings, environment and humanity. Radiocarbon, (painossa). Jukola-Sulonen, E-L. 1992. Metsävauriot Lapissa. Kuo lan päästöjen vaikutus metsien elinvoimaisuuteen. Ilmansuojelu-uutiset 1992(3): 26-29. , Lindgren, M. & Salemaa, M. 1991. Metsäpuiden elin voimaisuuden seuranta. Maasto-ohjeet ekstensii vitasonja Itä-Lapin metsävaurioprojektin koealoille v. 1991. Metsäntutkimuslaitos, Metsäekologian tutkimusosasto. Moniste. 38 s. + liitteet. Merilä, P. & Jukola-Sulonen, E-L. 1993. The chemical composition oj Scots pine litterjall needles in Finnish Lapland. Julkaisussa: Tuomisto, J. & Ruuskanen, J. (toim.). First Finnish conference of environmental sciences, Kuopio, October 8-9, 1993. "Environmental research in Finland today". Proceedings. Kuopio Uni versity Publications C. Natural and Environmental Sciences 14: 165-168. Poikolainen, J. 1992. Männyn kaarnan sähkönjohtokyky ja pH Itä-Lapin metsävaurio-projektin koealoilla. Ab stract: Electrolytic conductivity and pH of pine bark on the sample plots of the Lapland forest damage project. Julkaisussa: Kauhanen. H. & Varmola, M. (toim.). Itä-Lapin metsävaurioprojektin väliraportti. The Lapland forest damage project. Interim report. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 413: 128- 135. Salemaa, M., Lindgren, M. & Jukola-Sulonen, E-L. 1992. Vitality of Scots pine stands at different distances from emission sources in the Kola Peninsula. Julkaisussa: Tikkanen, E., Varmola, M. & Katermaa, T. (toim.). Symposium on the state of the environment and environmental monitoring in northern Fennoscandia and the Kola Peninsula. October 6-8, 1992, Rovaniemi, Finland. Extended abstracts. Arctic Centre Publications 4: 323-324. , Lindgren, M. & Jukola-Sulonen, E-L. 1992. Mänty metsien elinvoimaisuus eri etäisyyksillä Kuolan päästölähteistä. Abstract: Vitality of Scots pine stands at different distances from emission sources in the Kola Peninsula. Julkaisussa: Kauhanen, H. & Varmola, M. (toim.). Itä-Lapin metsävaurioprojektin väliraportti. The Lapland forest damage project. Interim report. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 413: 89-105. , Lindgren, M. & Jukola-Sulonen, E-L. 1993. Mitä latvus ja neulaset kertovat Lapin mäntymetsien kunnosta. Lapin Kansa 13.2.1993. s. 2. Kasvututkimus Pekka Nöjd, MMK Metsäntutkimuslaitos, Metsänkasvatuksen tutki musosasto, Unioninkatu 40 A, 001 70 Helsinki puh. 90-8570 5325 Helle, T. & Nöjd, P. 1992. Poronlaidunnuksen vaikutus puuston kasvuun ja kuntoon. Julkaisussa: Nikula, A., Varmola, M. & Lahti, M-L. (toim.). Metsäntutki muspäivät Rovaniemellä 1992. Metsäntutkimuslai toksen tiedonantoja 437: 5-15. Nöjd, P. 1992. Männyn kasvunvaihtelu Itä-Lapin metsä vaurioprojektin eteläisillä koealalinjoilla - alustavia tuloksia. Abstract: Variation in Scots pine growth in Lapland - a gradient study. Julkaisussa: Kauhanen, H. & Varmola, M. (toim.). Itä-Lapin metsävauriopro jektin väliraportti. The Lapland forest damage pro ject. Interim report. Metsäntutkimuslaitoksen tiedon antoja 413: 206-214. 1993. Männyn kasvu heikentynyt laajoilla alueilla Kuolan niemimaalla. Lapin Kansa 27.4.1993. s. 2. 1993. Effects of environmental pollution on the growth of Scots pine in Monchegorsk region. Julkai sussa: Kozlov, M. V.. Haukioja, E. & Yarmishko, V.T. (toim.). Aerial pollution in Kola Peninsula. Internatio nal workshop. April 14-16, 1992, St. Petersburg, Russia. Proceedings. Laboratory of Ecological Zoology, Department of Biology, University of Turku, Finland, s. 230. 1994. The radial growth of Scots pine under the in fluence of emissions from metallurgical smelters in the Kola Peninsula, northwestern Russia. Julkai sussa: Abstracts. "Air pollution & multiple stresses". 1 6th international meeting for specialists in air pollution effects on forest ecosystems. September 7- 9, 1994, Fredericton, New Brunswick, Canada. Natural Resources, Canada. Canadian Forest Service, s. 51. 229 Stressi-ja vaurio-oiretutkimus Lapin metsissä Satu Huttunen, Vt. professori Oulun yliopisto, Kasvitieteen laitos, Linnanmaa 90570 Oulu puh. 981-553 1011 Bäck. J. 1994. Effects of acidic precipitation on Scots pine and Norway spruce needles and their low temperature tolerance. Acta Universitatis Ouluensis, Series A 254: 1-46. , Turunen, M. & Huttunen, S. 1992. Neulasvaurioiden tutkimus Itä-Lapin metsävaurioprojektissa. Abstract: On the needle injuries in Lapland. Julkaisussa: Kauhanen, H. & Varmola, M. (toim.). Itä-Lapin metsävaurioprojektin väliraportti. The Lapland forest damage project. Interim report. Metsäntutki muslaitoksen tiedonantoja 413: 165-170. Huttunen. S. 1994. Effects of air pollutants on epicuticu lar wax structure. Julkaisussa: Percy, K.E., Cape, J.N., Jagels, R., Simpson, C.J. (toim.). Air Pollutants and the leaf cuticle. Springer-Verlag. Heidelberg. NATO ASI Series G: Ecological Sciences 36: 81-96. & Bäck, J. 1994. Northern aspects on air pollution response of Scots pine and Norway spruce. Essener Ökologischen Schriften 4: 101-111. , Bäck, J., Turunen, M., Lamppu, J. & Tikkinen, S. 1992. Air quality and sulphur deposition in forest Lapland and long-term stress in Scots pine. Abstract for 15th international meeting for specialists in air pollution effects on forest ecosystems, lUFRO Work ing Party P205-00. September 9-11, 1992, Dresden, Germany. Abstracts, s. 8. , Roitto, M., Tikkinen, S., Lamppu, J.. Bäck, J. & Turu nen, M. 1992. Indications of air pollutant induced stress on pines and lichens in Lapland. Julkaisussa: Tikkanen, E., Varmola, M. & Katermaa, T. (toim.). Symposium on the state of the environment and en vironmental monitoring in northern Fennoscandia and the Kola Peninsula. October 6-8, 1992, Rova niemi, Finland. Extended abstracts. Arctic Centre Publications 4: 276-278. , Tikkinen, S., Bäck, J., Lamppu, J. & Manninen, S. 1992. Ilman rikkidioksidipitoisuudet, puiden vaurio oireet ja luppojen rikkikertymät. Abstract: Sulphur dioxide concentrations in the air, tree injury symp toms and sulphur accumulation in needles and Bryoria species. Julkaisussa: Kauhanen, H. & Var mola, M. (toim.). Itä-Lapin metsävaurioprojektin väli raportti. The Lapland forest damage project. Interim report. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 413: 136-141. , Lamppu, J., Loponen, J., Turunen, M., Bäck, J. & Kukkola, E. 1994. Needle injury and stress in sub arctic pine forests. Julkaisussa: Abstracts. "Air pollu tion & multiple stresses". 16th international meeting for specialists in air pollution effects on forest eco systems. September 7-9, 1994. Fredericton, New Brunswick, Canada. Natural Resources, Canada. Canadian Forest Service, s. 21. Kukkola, E., Huttunen, S., Bäck, J. & Turunen. M. 1994. Needle injuries at industrial sites in the Kola Penin sula and Finnish Lapland. Julkaisussa: Tammi. R. & Sorvali. R. (toim.). Proceedings of the 46th annual meeting of SCANDEM. June 13-15, 1994. Kuopio, Finland. Kuopion yliopisto. Elektronimikroskopian laitos, s. 98-99. , Huttunen, S., Bäck, J. & Turunen, M. 1994. Scots pine needle injuries in subarctic sites. Abstract for the 16th International meeting for specialists in air pollution effects on forest ecosystems. September 7- 9, 1994. Fredericton, New Brunswick, Canada, (pai nossa). Laakso. K. 1993. Ilmansuunnan ja korkeuden vaikutus havupuiden elinvoimaisuuteenja terveydentilaan Lapissa. Pro gradu -työ. Oulun yliopisto, Kasvitieteen laitos. 69 s. + liitteet. Lamppu, J., Roitto, M., Huttunen, S., Bäck, J., Koponen, J., Tikkinen, S. & Turunen, M. 1993. Indication of pollution-induced stress on forest trees and lichens in Lapland. Julkaisussa: Kozlov, M.V., Haukioja, E. & Yarmishko, V.T. (toim.). Aerial pollution in Kola Peninsula. International workshop. April 14-16, 1992, St. Petersburg, Russia. Proceedings. Labora tory of Ecological Zoology, Department of Biology, University of Turku. Finland, s. 266. Reinikainen, J., Turunen, M. & Huttunen. S. 1991. Effects of acid irrigation on conifer seedlings. Julkai sussa: Tikkanen. E. & Varmola. M. (toim.). Research into forest damage connected with air pollution in Finnish Lapland and the Kola Peninsula of the U.S.S.R. A seminar held in Kuusamo, Finland, 25-26 May 1990. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 373: 115-119. Roitto, M. & Huttunen, S. 1992 a. Männyn neulasten SOD-aktiivisuus Itä-Lapin koealoilla. Julkaisussa: Kauhanen, H. & Varmola, M. (toim.). Itä-Lapin metsä vaurioprojektin väliraportti. The Lapland forest dam age project. Interim report. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 413: 171-176. & Huttunen, S. 1992 b. Effects of air pollutants on superoxide dismutase and perioxidase activity in Scots pine needles on the Kola Peninsula. Abstract. The third international symposium on gaseous pollutants and plant metabolism. June 13-16, 1992. Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, Virginia, USA. s. 45. , Ahonen-Jonnarth, U., Huttunen, S., Markkola, A-M. & Ohtonen, R. 1992. Apoplastic peroxidase activities in Scots pine needles in an urban polluted area in northern Finland. Poster abstract for the 15 th inter national meeting of specialists in air pollution effects on forest ecosystems. lUFRO Working Party P. 205- 00. September 9-11, 1992, Dresden, Germany. Ab stracts. s. 68. .Ahonen-Jonnarth, U., Lamppu, J., Bäck, J., Huttu nen. S. 1993. Apoplastic peroxidase activity in Scots 230 pine needles on the Kola Peninsula, Russia. Plant Peroxidases: Biochemistry and physiology 111 inter national symposium, July 10-14, 1993. Elsinore, Denmark. Abstracts. Poster abstract no. 111. Turunen, M. 1993. The Lapland forest damage project. Stress and damage symptom survey of Scots pine. Arctic Centre News 1993(5): 6-9. & Huttunen, S. 1994. Hurt surt nedfall och tung metaller päverkar barrytan pä tallen. Happaman laskeuman ja raskasmetallien vaikutus männyn neulaspintaan. Julkaisussa: Raitio, H. & Kilponen, T. (toim.). List of participants and abstracts. Critical loads and critical limit values. Finnish-Swedish environmental conference. October 27-28, 1994. s. 64-65. , Huttunen, S., Bäck, J., Koponen, J. & Huhtala, P. 1992. Needle damages in the Scots pines of Lapland and the Kola Peninsula. Julkaisussa: Tikkanen, E., Varmola, M. & Katermaa, T. (toim.). Symposium on the state of the environment and environmental monitoring in northern Fennoscandia and the Kola Peninsula. October 6-8, 1992, Rovaniemi, Finland. Extended abstracts. Arctic Centre Publications 4: 235-239. , Huttunen, S., Bäck. J., Koponen, J., Lamppu, J. & Huhtala, P. 1992. Needle damage in the Scots pines on transect lines of the Lapland forest damage pro ject. Circumpolar universities cooperation conference. 30 November-3 December, 1992, Rovaniemi, Finland. Lapin yliopiston hallintoviraston julkaisuja. Publica tions of the administrative office of the University of Lapland 23: 40. , Huttunen, S. & Huhtala, P. 1992. Level of visible and microscopic damages in the Scots pines of Lapland. Poster abstract for the 15th international meeting of specialists in air pollution effects on forest ecosys tems. lUFRO Working Party P. 205-00. September 9- 11,1992, Dresden, Germany. Abstracts, s. 24. , Huttunen, S. & Huhtala, P. 1994. Pine needle surface structure and wettability in Finnish Lapland and on the Kola Peninsula. Julkaisussa: Tammi, R. & Sor vali, R. (toim.). Proceedings of the 46th annual meeting of SCANDEM. June 13-15, 1994, Kuopio, Finland. Kuopion yliopisto, Elektronimikroskopian laitos, s. 112-113. , Huttunen, S., Roitto, M. & Lamppu, J. 1993. Neulas ten stressi-ja vaurio-oireet saastetutkimuksen koh teena. Lapin Kansa 19.3.1993. s. 2. , Huttunen, S., Lamppu, J. & Huhtala, P. 1994. Characteristics and geopraphical distribution of the changes in Scots pine needle surfaces in Finnish Lapland and the Kola Peninsula. Julkaisussa: Percy, K.E., Cape, J.N., Jagels, R., Simpson, C.J. (toim.). Air pollutants and the leaf cuticle. Springer-Verlag. Heidelberg. NATO ASI Series G: Ecological Sciences 36: 359-369. , Percy, K., Huttunen, S. & Mclaughlin, C. 1994. Response of Scots pine needle surfaces to acid de- position and heavy metals. Julkaisussa: Abstracts. "Air pollution & multiple stresses". 16th international meeting for specialists in air pollution effects on forest ecosystems. September 7-9, 1994. Fredericton, New Brunswick, Canada. Natural Resources, Canada. Canadian Forest Service, s. 72. Ilman epäpuhtauksien vaikutus metsäpuiden pakkaskestävyyteen Marja-Liisa Sutinen, FT Metsäntutkimuslaitos, Rovaniemen tutkimusasema, PL 16, 96301 Rovaniemi puh. 960 336 4408 Sutinen, M-L. 1992. Ilman epäpuhtauksien vaikutus männyn (Pinus sylvestris L.) neulasten pakkaskes tävyyden vuodenaikaiseen vaihteluun Lapissa ja Kuolassa. Abstract: The effect of air pollution on the seasonal changes of the frost hardiness in the needles of Pinus sylvestris L. Julkaisussa: Kauha nen, H. & Varmola, M. (toim.). Itä-Lapin metsävau rioprojektin väliraportti The Lapland forest damage project. Interim report. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 413: 150-164. 1992. The effect of air pollution on the seasonal changes in the frost hardiness of the needles of Pinus sylvestris L. Julkaisussa: Tikkanen, E., Var mola. M. & Katermaa, T. (toim.). Symposium on the state of the environment and environmental moni toring in northern Fennoscandia and the Kola Peninsula. October 6-8, 1992, Rovaniemi, Finland. Extended abstracts. Arctic Centre Publications 4: 326-329. 1993. The effect of air pollution on the seasonal changes of the frost hardiness in the needles of Scots pine. Julkaisussa: Kozlov, M.V., Haukioja, E. & Yarmishko, V.T. (toim.). Aerial pollution in Kola Penin sula. International workshop. April 14-16, 1992, St. Petersburg, Russia. Proceedings. Laboratory of Eco logical Zoology, Department of Biology, University of Turku, Finland, s. 232. 1994. Emissions from the Monchegorsk nickel smelt er lowers the frost hardiness of Pinus sylvestris L. needles in the Kola Peninsula. Julkaisussa: Ab stracts. "Air pollution & multiple stresses" . 16th international meeting for specialists in air pollution effects on forest ecosystems. September 7-9, 1994, Fredericton, New Brunswick, Canada. Natural Resources, Canada. Canadian Forest Service, s. 69. 1995. Emissions from the copper-nickel smelters lower the frost hardiness of Pinus sylvestris L. needles in the Kola Peninsula. Proceedings. 1 6th international meeting for specialists in air pollution effects on forest ecosystems. September 7-9 1994, Fredericton, New Brunswick, Canada. Natural Resources. Canada. Canadian Forest Service, (painossa). 231 & Mikkola, K. 1992. The effect of air pollution on seasonal changes in the frost hardiness of the needles of Pinus sylvestris L. Abstract. The third international symposium on gaseous pollutants and plant metabolism. June 13-16, 1992, Virginia Poly technic Institute and State University, Blacksburg, Virginia, USA. Poster presentations BA. Lämpötilan, lumipeitteen ja roudan syvyyden mit taukset ja aineiston käsittely Aulis Ritari, MML Metsäntutkimuslaitos, Rovaniemen tutkimusasema, PL 16, 96301 Rovaniemi puh. 960-336 4215 Jäkäläpeitteen vaikutus juurten pakkaskestävyy den kehittymiselle Marja-Liisa Sutinen, FT Metsäntutkimuslaitos, Rovaniemen tutkimusasema, PL 16, 96301 Rovaniemi puh. 960 336 4408 Lapin ilmanlaadun ja laskeuman kuvaus Pia Anttila, FL Ilmatieteen laitos, Ilmanlaatuosasto PL 10, 00811 Helsinki puh. 90 758 1320 Tuovinen, J. 1993. Ilmanlaadun tunteminen perusta metsävaurioiden ymmärtämiselle. Lapin Kansa 28.5.1993. s. 2. Ilmansaasteiden, muiden abioottisten ja bioottisten tekijöiden vaikutukset puihin Suomen Lapissa Sirkka Sutinen, FT Metsäntutkimuslaitos, Suonenjoen tutkimusasema 77600 Suonenjoki puh. 979-513 8413 Koivisto, L. & Sutinen, S. 1993. Ilmansaasteet vaurioit tavat männyn neulasten solukkoja Lapissa. Lapin Kansa 26.3.1993. s. 2. Sutinen, S. 1991. Tissue and cellular ejfects of air pollu tants on coniferous trees. Julkaisussa: Tikkanen, E. & Varmola, M. Research into forest damage connect ed with air pollution in Finnish Lapland and the Kola Peninsula of the U.S.S.R. A seminar held in Kuusa mo, Finland, 25-26 May 1990. Metsäntutkimuslai toksen tiedonantoja 373: 101-108. & Koivisto, L. 1992. Cell injuries in the needles of Scots pine (Pinus sylvestris L.) in Finnish Lapland. A light and electron microscopic approach. Julkaisus sa: Tikkanen, E., Varmola, M. & Katermaa, T. (toim.). Symposium on the state of the environment and en vironmental monitoring in northern Fennoscandia and the Kola Peninsula. October 6-8, 1992, Rovanie mi, Finland. Extended abstracts. Arctic Centre Pub lications 4: 232-234. Jäkäläkasvuston vaikutus maaperän vesitalou teen ja ravinteiden huuhtoutumiseen sekä metsi kön ravinnekiertoon John Derome, MML Metsäntutkimuslaitos, Rovaniemen tutkimusasema, PL 16, 96301 Rovaniemi puh. 960 336 4326 Jäkäläpeitteen ja sen puuttumisen vaikutus maan biologiseen aktiivisuuteen Rauni Ohtonen, FT Oulun yliopisto. Kasvitieteen laitos, Linnanmaa 90570 Oulu puh. 981553 1011 232 Piirrokset tekijöittäin Risto Haikarainen: 6. 8, 10. 27, 33. 36, 37, 38, 39, 40, 41c, 42, 44. 45, 46, 48, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 98, 99, 100, 101, 103, 104, 107, 116, 117. 118. 119, 120. 121, 124, 126, 131, 133, 138, 139, 140, 141, 142, 143, 144, 145, 148, 149, 151. 152, 153, 154, 159, 160, 162, 164, 165, 166, 167, 168, 170, 171, 173, 174, 175, 176, 180, 181, 182, 183, 184, 185, 187, 188, 189, 190, 191, 192, 193, 194, 198, 199, 202, 204 Aarre Jortikka: 7, 9, 23. 25. 30, 35. 43. 47, 71, 97, 114, 123, 125, 147, 150, 156, 157, 158, 161, 186, 196, 203, 219, 220 Kari Mikkola: 13. 201, 205, 211, 213, 216. 217 Vesa Nivala: 28, 29, 41a, 41b Kuolan niemimaan suuret saastepäästöt ja ympäristö tuhot tulivat suomalaisten tietoon 1980-luvun lopulla. Päästöillä epäiltiin olevan yhteys samaan aikaan Suo men Lapissa havaittuihin neulaskato ilmiöihin ja Sal lan metsätuhoon. Asiaa tut kimaan perustettiin vuonna 1989 Itä-Lapin metsävaurio projekti. Kirja on viisi vuotta kestä neen metsävaurioprojektin loppuraportti, johon tutki musprojektin 50 tutkijaa ja joukko muita asiantuntijoita! ovat kirjoittaneet tutkimus tuloksistaan. Niistä selviää Kuolan saastepäästöjen vaikutus Lapin metsiin, metsäkuolema-alueiden laajuus ja vauriovyöhykkei den laajeneminen Kuolassa sekä Lapin metsien nykyinen kunto. Lisäksi kirja sisältää paljon perustutkimustietoa Lapin metsäluonnosta. Runsas, värikäs kuvitus ja tietoiskut havainnollistavat vankkaan tutkimustietoon perustuvaa tekstiä. Teos soveltuu kaikille Lapin luon nosta ja metsien terveydestä kiinnostuneille.