METSÄNTUTKIMUSLAITOKSEN TIEDONANTOJA 943, 2005 HARVENNUSMÄNNYN HANKINNAN JA SAHAUKSEN KEHITTÄMINEN Wood Wisdom -tutkimusohjelman hankekonsortion julkinen loppuraportti Tapio Wall, Jorma Fröblom, Harri Kilpeläinen, Jari Lindblad, Antti Heikkilä, Tiecheng Song, Reeta Stöd, Erkki Verkasalo JOENSUUN TOIMINTAYKSIKKÖ Puunkäytön mahdollisuudet ja puutuotteiden menekki -tutkimusohjelma METSÄNTUTKIMUSLAITOKSEN TIEDONANTOJA 943, 2005 HARVENNUSMÄNNYN HANKINNAN JA SAHAUKSEN KEHITTÄMINEN WOOD WISDOM -tutkimusohjelman hankekonsortion loppuraportti Tapio Wall Jorma Fröblom Harri Kilpeläinen Jari Lindblad Antti Heikkilä Tieeheng Song Reeta Stöd Erkki Verkasalo JOENSUUN TOIMINTAYKSIKKÖ 2005 Puunkäytön mahdollisuudet ja puutuotteiden menekki -tutkimusohjelma 2 Wall ym. Wall, T., Fröblom, J., Kilpeläinen, H., Lindblad, J., Heikkilä, A., Song, T., Stöd, R. & Verkasalo, E. 2005. Harvennusmännyn hankinnan ja sahauksen ke hittäminen. WOOD WISDOM -tutkimusohjelman hankekonsortion loppuraportti. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 943. 129 s. + liitteet 13 s. ISBN 951-40-1977-6, ISSN 0358-4283. Avainsanat: mänty, Scots pine, harvennuspuu, pienpuu, pikkutukki, lyhyttukki, puun laatu, hakkuukertymä, puunhankinta, korjuukustannus, mekaaninen puunjalostus, puutuoteteollisuus, sahateollisuus, sahaus, aihiotuotanto, tuottavuus, kustannukset, tuotot Julkaisija: Metsäntutkimuslaitos, Joensuun toimintayksikkö; Puunkäytön mahdol lisuudet ja puutuotteiden menekki -tutkimusohjelma (PKM) Hyväksynyt: Tutkimusjohtaja Kari Mielikäinen Kansikuvat: Tapio Wall Painopaikka- ja -vuosi: Joensuun yliopistopaino. Joensuu, 2005. Hinta: 20 € Julkaisun myynti: Metsäntutkimuslaitos, kirjasto puh. 010 211 2200, faksi 010 211 2201 kirjasto@metla.fi Metsäntutkimuslaitos, Joensuun toimintayksikkö, puh. 010 2111, faksi 010 211 3113 Tekijöiden yhteystiedot: Wall Tapio, Kilpeläinen Harri, Lindblad Jari, Stöd Reeta, Verkasalo Erkki Metsäntutkimuslaitos, Joensuun toimintayksikkö, PL 68, 80101 Joensuu Puh. 010 2111, faksi 010 211 3113 Sähköposti: etunimi. sukunimi@metla.fi Fröblom Jorma, Heikkilä Antti, Song Tiecheng VTT Rakennus-ja yhdyskuntatekniikka, Puutuotteet, PL 1806, 02044 VTT Puh. 020 722 111, faksi 020 722 7027 Sähköposti: etunimi.sukunimi@vtt.fi Harvennusmännyn hankinnan ja sahauksen kehittäminen 3 Alkusanat Käsillä on julkinen loppuraportti päätuloksista tutkimus- ja kehittämishankekonsortiosta "Harven nusmännyn hankinnan ja sahauksen kehittäminen", joka kuului Metsäalan tutkimusohjelmaan WOOD WISDOM (1998-2001). Tutkimusohjelma oli Tekesin, Suomen Akatemian, maa-ja metsätalousmi nisteriön ja kauppa- ja teollisuusministeriön ja metsäsektorin yritysten rahoituksella toteutettu moni tieteellinen tutkimus- ja teknologiaohjelmakokonaisuus. Ohjelman tavoitteena oli edistää metsätalou den ja -teollisuuden kilpailukykyä muuttuvassa toimintaympäristössä yhdistämällä koko puunjalos tuksen tuotantoketjun voimavarat asiakkaan lopputuotteelle asettamien vaatimusten täyttämiseen. Tutkimusohjelman hankkeet kattoivat sekä mekaanisen että kemiallisen puunjalostuksen ketjut met sästä lopputuotteisiin. Ohjelmaan sisältyvien tutkimusten keskeinen lähtökohta oli suomalaisen puu raaka-aineen hyödyntäminen markkinalähtöisesti sille parhaiten soveltuvissa puu- ja paperituotteissa. (Paavilainen & Marttila 2002). Tämä Metsäntutkimuslaitoksen (Metla) ja VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikan (VTT) hanke konsortio käynnistettiin keväällä 2000 maa- ja metsätalousministeriön, Tekesin ja viiden sahayrityk sen sekä Metlan ja VTT:n rahoituksella. Konsortio koostui kahdesta toisiaan täydentävästä osahank keesta: 1) Harvennusmännyn tukkikertymä, korjuun tuottavuus ja lyhyttukkitekniikka (Metla, päära hoittaja maa- ja metsätalousministeriö), 2) Harvennusmännyn sahaus, tuotteet, kannattavuus ja lyhyt tukkitekniikka (VTT, päärahoittaja Tekes). Konsortion koordinoinnista vastasi Metla. Sahayritykset (Isojoen Saha Oy, Junnikkala Oy, Kaivospuu Oy, PRT-Wood Oy ja Pölkky Oy) avustivat konsortion tutkimusten vaatimien pysty- ja kaatokoepuumetsiköiden hankinnassa ja koetuk kien sahauksen toteutuksessa. Korjuututkimuksen toteuttamiseen myötävaikuttivat Metsähallitus tar joamalla tutkimustarkoituksiin koeleimikoita ja puunkorjuukalustoa sekä Ponsse Oyj tarjoamalla asi antuntemusta tutkimuksen suunnittelussa ja toteutuksessa. Konsortion tutkimustoimintaa ohjasi edel listen organisaatioiden edustajien lisäksi rahoittajista, sahakone-ja laitevalmistajista sekä asiantuntija jäsenistä koostuva johtoryhmä, puheenjohtajana metsänhoitaja Sami Oinas (Pölkky Metsä Oy). Kon sortion johtoryhmä on esitetty liitteessä 1. Metlassa metsikköinventoinnit ja kaatokoepuiden kaadot ja sahaukset tekivät MMM:t Teemu Pulkkanen, Heikki Ovaskainen, Olli-Pekka Jalonen ja mti Niina Rinne ryhmänjohtajinaan tutkijat Reeta Stöd ja Jari Lindblad. Soveltuvien tutkimusmetsiköiden etsimiseen osallistui lisäksi lukuisa joukko toimihenkilöitä useista metsänhoitoyhdistyksistä, metsäteollisuusyrityksistä, Metlasta ja Met sähallituksesta. Sahakohtaisesti raportoitujen tukkikertymien laskentaan osallistuivat Pulkkanen, Lindblad ja MMM Jani Lehtimäki. Kaatokoepuiden sisäisen oksikkuuden laskelmia teki MMM Anne Seppänen. VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikassa virtuaalisen runkopankin muodostamiseen liit tyviin mittauksiin osallistuivat erikoistutkija Pertti Söyrilä, tutkija Antti Lankinen, teknikko Eero Ha lonen ja työteknikko Heikki Murto. Julkaisun kirjoitustyöstä vastasivat Metlan tutkijat lukujen 1 - 3, 4.1 - 4.2 ja 5.1 - 5.3 osalta ja VTT:n tutkijat lukujen 4.3 ja 5.3 osalta. Luku 6 on kirjoitettu Metlan ja VTT:n tutkijoiden yhteistyö nä. Taitosta vastasivat Seija Partanen ja Leena Karvinen Metlasta. Esitän parhaat kiitokseni tutkimuskonsortion toteutukseen ja ohjaukseen osallistuneille organisaa tioille ja henkilöille aktiivisesta ja asiantuntevasta panoksesta tutkimusten eri vaiheiden toteutuksessa. Erityiskiitokset kuuluvat MMT Hannu Borenille, joka vastasi konsortion muodostumiseen johtaneesta valmistelutyöstä toimiessaan vs. vanhempana tutkijana Metsäntutkimuslaitoksessa vuosina 1998- 2000. Joensuu, elokuu 2005 Erkki Verkasalo Hankekonsortion koordinaattori Wall ym. 4 Yhteenveto Tutkimus- ja kehittämishankekonsortion tavoitteena oli määrittää ominaisuudet, soveltuvuus ja valintakriteerit sellaisille harvennusmäntyleimikoille ja niistä saatavalle puutavaralle, joita sahateollisuus voi hyödyntää kannattavasti sahatavaran ja jatkojalostuksen täsmämateriaalien valmistuksessa (mm. liimalevyt ja muut jatkojalosteiden aihiot). Erityisesti määritettiin lyhyiden tukkipituuksien ja pienten latvaläpimittojen käytön vaikutukset verrattuna nykyisin yleisessä käytössä oleviin pituuksiin ja minimiläpimittoihin harvennusmännyn hankinnassa (hakkuukertymä, tukkikertymä ja -jakauma ja herkkyysanalyysit ja korjuun ja kaukokuljetuksen tuottavuus ja kustannukset, puutavaralajien tehdashinta) ja sahauksessa (saanto, arvosaanto, laatujakauma, kannattavuus, herkkyysanalyysit). Edellä mainitut asiat tutkittiin viiden sahan puunhankinta alueilla pystypuuston metsikköinventoinnein ja hakkuukertymän simuloinnein, empiirisin korjuututkimuksin sekä kaatokoepuiden runkopankkianalyysein ja sahauksen simuloinnein Metlan, VTT Rakennus-ja yhdyskuntatekniikan ja mukana olleiden yritysten yhteistyönä. Tutkimusaineistot painottuivat Etelä- ja Pohjois-Pohjanmaan, Lapin, Pohjois-Karjalan ja Etelä-Savon metsäkeskusten alueille. Näin voitiin tehdä harvennusmännyn hankinnan kannalta tärkeimmät alueet kattava ja johdonmukainen analyysi käyttökelpoisuudesta puutuoteteollisuudessa aina metsästä sahausprosessiin ja lopputuoteaihioihin saakka. Metsikköinventointien aineisto käsitti yhteensä 203 selvästi mäntyvaltaista metsikköä sekä kivennäismailta (156 kpl) että turvemailta (147 kpl), joissa ensiharvennus (124 kpl) tai myöhempi harvennus (79 kpl) oli metsänhoidollisesti ajankohtainen lähivuosina ja leimikoista voitiin saada silmävaraisesti arvioiden ainakin pientä sahapuuta. Tutkitut metsiköt olivat metsänhoidolliselta tasoltaan keskimääräistä parempia. Pystykoepuina mitattiin yhteensä 8508 mäntyä. Pystyinventoinneissa määritettiin männyn sahauskelpoisiksi puutavaralajeiksi normaalikokoinen tukki (latvaläpimitta 150+ mm, pituus 3,7 - 6,1 m), tyvitukki (latvaläpimitta 200+ mm, pituus 3,1 - 4,0 m), pikkutukki (latvaläpimitta 120 - 149 mm, pituus 3,1 - 4,6 m) ja lyhyttukki (latvaläpimitta 100 - 179 mm, pituus 2,5 - 3,4 m). Runkojen simuloidussa apteerauksessa otettiin huomioon sahauskelpoisuutta rajoittavat viat, jotka määritettiin verraten ankarin mutta eri leimikoissa systemaattisesti samoin kriteerein. Sahauskelpoisen puutavaran määrä oli pieni tutkituissa metsiköissä. Kivennäismailla sahapuun hakkuukertymä oli ensiharvennuksissa keskimäärin 4-8 m 3 /ha (7 -12 % hakkukertymästä) ja myöhemmissä harvennuksissa 8-12 m3 /ha (19 -29 % hakkukertymästä). Turvemailla sahapuun hakkukertymä oli ensiharvennuksissa 2-5 m 3 /ha (6 -9 % hakkukertymästä) ja myöhemmissä harvennuksissa 0-7 m3 /ha (0 -11 % hakkukertymästä). Sahapuun hakkuukertymä oli alle 5 m 3 /ha kivennäismailla 58 prosentissa ja turvemailla 72 prosentissa tutkituista metsiköistä. Sahapuuta harvennuksessa yli 20 m3 /ha tuottaneita metsiköitä oli kivennäismailla 8% ja turvemailla 4%. Harvennusmänniköiden korjuukokeisiin valittiin neljä leimikkoa Metsähallituksen hallinnoimilta mailta Lieksasta (kaksi ensiharvennusta, kaksi myöhempää harvennusta). Hakkuu oli lyhyitä tukkipituuksia käyttäen (2,5 ja 3,1 m) 10 %, lähikuljetus 20 % ja kaukokuljetus 9 % kalliimpaa kuin tavanomaisia puutavaralajeja käyttäen. Harvennusmännyn tehdashinta oli keskimäärin 6 % alempi lyhyttukkilohkoilla kuin tavanomaisin puutavaralajein hakatuilla lohkoilla. Alempi tehdashinta johtui pääasiassa puutavaran keskimäärin alemmasta kantohinnasta. Lyhyiden puutavaralajien korjuu ja kaukokuljetus oli sinänsä keskimäärin 14 % kalliimpaa kuin tavanomaisia puutavaralajeja hankittaessa. Pystypuuinventointien harvennusmänniköistä valittiin 40 kpl kaatokoepuumetsiköiksi, joista kustakin otettiin viisi kaatokoepuuta, yhteensä 200 kpl. Näiden pohjalta tehtiin las kelmat kaatokoepuista simuloimalla saatujen sahatuotteiden valmistuksen kannattavuudesta Harvennusmännyn hankinnan ja sahauksen kehittäminen 5 erikseen lauta- ja sydäntavara-asetteille. Sahaus lauta-asetteilla olisi käytetyillä lähtöarvoil la kannattavaa 120 mm:n kuorettomasta latvaläpimittaluokasta ylöspäin moduulipituista ja 140 mm:n kuorettomasta latvaläpimittaluokasta ylöspäin tukin pituista sahatavaraa valmis tettaessa. Vastaavasti sydäntavara-asetteilla sahaus olisi kannattavaa 150 mm:n kuoretto masta latvaläpimittaluokasta ylöspäin moduulipituista sahatavaraa valmistettaessa. Tukin pituista sahatavaraa valmistettaessa suhteellinen tulos olisi aina negatiivinen. Tukin latvalä pimitta vaikutti sahattaessa lauta-asetteilla hieman enemmän sahauksen tulokseen kuin sy däntavara-asetteilla sahattaessa. Peruslaskelmien lähtöarvot valittiin varovaisuusperiaatteella pyrkien välttämään tuotteiden hintatason yliarviointia tai tehdashintatason aliarviointia. Sahattaessa tukit sahatavaran moduulipituuksiin lauta-asetteilla sahauskustannusten lasku 10 prosentilla, tukin tehdashinnan lasku 20 prosentilla ja tuotteiden keskihinnan nousu 10 prosentilla perustasosta vaikuttivat kukin siten, että tukin positiivisen sahaustuloksen tuottava kuoreton minimilatvaläpimitta pieneni 140 mm:stä 130 mm:iin. Sydäntavara-asetteilla sahattaessa latvaläpimittaraja laski vastaavasti 150 mm:stä 120 - 130 mm:iin. Kustannusten tai hintojen muuttuessa päinvastaisiin suuntiin nollatulosta ei ollut mahdollista saavuttaa. Sahattaessa kaikista kaatokoepuista vain lyhyitä tukkeja (2,2 m) sahatavaran saanto oli keskimäärin 4 prosenttiyksikköä korkeampi kuin sahattaessa vain pitkiä (4,6 m) tukkeja. Terveoksaisen sahatavaran osuus tuotannosta oli lyhyillä tukeilla 85 % ja pitkillä tukeilla 41 %. Kuitenkin lyhyillä tukeilla sahauksen suhteellinen arvosaanto tukin tilavuutta kohti oli heikompi kuin pitkillä tukeilla, esim. kuorettomassa latvaläpimittaluokassa 140 mm ero oli 18 prosenttiyksikköä. Kaatokoepuuaineistosta mitatun rungon suurimman ulkoisen elävän ja kuolleen oksan sijainnin ja kuorellisen läpimitan sekä rungon tuore- ja kuivaoksarajojen perustella tehtiin rungon sisäoksien läpimittaa ja oksan sijaintikorkeutta kuvaavat regressiomallit. Samoin tutkittiin sahauksen arvosaannon riippuvuutta rungon ja tukin dimensioista ja ulkoisesta oksikkuudesta. Tukin pituuden vaikutus arvosaantoon oli huomattava. Tässä tarkastelussa, joka perustui rungon optimaaliseen apteeraukseen puutavaralajien kokonaisarvon pohjalta, sydäntavara-asetteilla sahattaessa arvosaanto oli 2,2 m:n tukeilla 16,8 6/tukki-m 3 korkeampi kuin 4,6 m:n tukeilla. Vastaava ero oli lauta-asetteilla sahattaessa noin 14,3 €/tukki-m 3 . Sovellettujen apteerausvaihtoehtojen välillä oli suuria eroja sahauksen suhteellisessa arvosaannossa sekä keskimäärin että rinnankorkeusläpimittaluokittain. Harvennusmänniköiden tyypillisissä rinnankorkeusläpimittaluokissa (13 - 23 cm) kaatokoepuuaineiston sahauksen suhteellinen arvosaanto oli paras, kun sovellettiin kaikki tutkitut puutavaralajit sisältänyttä apteerausvaihtoehtoa (pl. 23 cm:n läpimittaluokka). Tulos oli samansuuntainen sekä lauta- että sydäntavara-asetteilla, mutta ero muihin apteerausvaihtoehtoihin pieneni rungon läpimitan kasvaessa. Arvosaanto oli suhteellisesti korkein läpimittaluokissa 17-19 cm ja 23 cm. Normaalitukin lisäksi pelkän pikku- tai lyhyttukin sisältäneissä vaihtoehdoissa parhaat arvosaannot tuottaneet läpimittaluokat olivat pääosin samat, mutta niiden suhteelliset erot olivat suuremmat. Simuloitaessa moduulipituista sahatavaraa tuotti lauta-asete korkeamman suhteellisen keskimääräisen arvosaannon kuin sydäntavara-asete. Asetesarjojen ero oli varsin pieni normaali- ja lyhyttukin sisältäneissä vaihtoehdoissa (3-5 yksikköä) mutta suurempi kaikki puutavaralajit sisältäneessä vaihtoehdossa (13 yksikköä). Poikkeuksena oli normaali- ja pikkutukkivaihtoehto, jossa sydäntavara-asete tuotti 5 yksikköä korkeamman arvosaannon. Simuloitaessa tukin pituisia tuotteita tuotti lauta-asete kaikilla apteerausvaihtoehdoilla keskimäärin vajaan 10 yksikköä korkeamman arvosaannon kuin sydäntavara-asete. Kummallakin asetesarjalla pikkutukin sahaaminen tuotti keskimäärin lähes saman arvosaannon kuin kaikkien puutavaralajien sahaaminen. Pikku- ja lyhyttukkivaihtoehtojen ero oli varsinkin lauta-asetteilla tukin pituisia tuotteita sahattaessa suurempi kuin moduulipituisia tuotteita sahattaessa. 6 Wall ym. Mäntyharvennusleimikoissa pikku- tai lyhyttukkien hankinta lisää sahattavan puun kerty miä suhteellisesti paljon, mutta hehtaarikohtaiset kertymät ovat silti varsin pieniä. Jo yhdel lä tai kahdella lyhyellä tukkipituudella ja yhdellä pieniläpimittaisella normaalitukin ohella hankittavalla puutavaralajilla saavutetaan noin 95 % sahapuun suurimmasta mahdollisesta kertymästä. Pikkutukin hankinta lisää kertymiä eniten rinnankorkeusläpimittaluokissa 15- 19 cm ja lyhyttukin hankinta rinnankorkeusläpimittaluokissa 13-15 cm. Normaalitukin osuus on suurin 19 cm:n läpimittaluokasta ylöspäin, joten erityisesti myöhemmissä harven nuksissa normaalitukki on syytä pitää mukana korjattavien sahapuutavaralajien joukossa. Sahojen mäntyharvennuspuun hankinta kannattaa kohdistaa vain hyvää metsänhoidollista tasoa oleviin runsaspuustoisiin harvennuskohteisiin. Erityisesti ensiharvennuksissa puuston järeys rajoittaa runkojen teknisten vikojen ohella merkittävästi sahapuun saatavuutta. Käytännössä kertymät ovat ensiharvennuksissa yleensä liian pieniä kannattavaan hankintaan, ja vasta toisista harvennuksista alkaen saadaan kohtuullisia määriä sahapuuta. Lisäksi kertymät ovat kivennäismailla säännöllisesti selvästi suurempia kuin ojitetuilla turvemailla, joilla sahapuuta saadaan yleensä hyvin niukasti. Sahapuun kertymiä voidaan kasvattaa yli kaksinkertaisiksi, mikäli sahaus- ja jatkojalostusteknologia mahdollistaa lenkojen pikku- tai lyhyttukkien sahauksen. Kääntöpuoli sahauskelpoisen puun rajallisesta kertymästä on suuri kuitu- ja/tai energiapuun kertymä. Pienpuun sahausta harjoittava sahayritys, jolla ei ole omaa käyttöä kuitupuulle, ei voi käytännössä toimia ainakaan kokonaan oman pystypuun hankinnan varassa, vaan toimituspuun saatavuus on välttämättömyys. Harvennusmännyn sahauksen kannattavuuden marginaalit ovat pienet, mikä korostaa tarvetta tarkkaan kustannusseurantaan ja toiminnan tehokkuuden jatkuvaan seurantaan. Lopullinen kannattavuus lienee pitkälti sahakohtaista. Lyhyet tukkipituudet parantavat sahauksen kannattavuutta olennaisesti, mikäli lyhyelle sahatavaralle on todelliset markkinat. Samoin pyrkimys sahan tuotteiden loppukäytön mukaiseen apteeraukseen ja aihiomittojen mukaiseen sahaukseen parantaa kannattavuutta. Tulokset pienikokoisesta männystä saatavan sahatavaran saannosta ja laadusta olivat tässä tutkimuksessa joka tapauksessa varsin hyviä aiempiin käsityksiin verrattuna. Männyn pikku- ja lyhyttukkien sahauksen kannattavuutta voidaan parantaa valmistuskustannuksia alentamalla tai tuloja kasvattamalla. Valmistuskustannusten alentamiseksi: 1) yksikkökustannusten alentaminen on ensisijaisen tärkeää, 2) raaka-aineen hinnan on oltava kohtuullisessa suhteessa tuotteen hintaan, 3) sahaus on automatisoitava mahdollisimman pitkälle, 4) suurtuotannon edut on otettava huomioon, 5) valmistusprosessin on oltava logistisesti ja teknisesti yksinkertainen, 6) sahan suunnittelu on tehtävä pientukkien ehdoilla. Tulojen kasvattamiseksi: 1) tukkien käyttösuhdetta on pienennettävä (tukkimittaus ja optimointi, sahausrako, mittojen valvonta, käyräsahausmahdollisuus), 2) laatu- ja arvosaantoa on kasvatettava, 3) saheista ja sivutuotteista on saatava parempi hinta, 4) tuotantolinjat on suunniteltava tuotteiden mukaan, 5) tuotantoon on otettava mukaan jatkojalostustuotteita. Pienten ja lyhyiden tukkien sahaus on sekä logistiikan että kustannusten suhteen kannattavinta omilla, erityisesti niitä varten suunnitelluilla tuotantolinjoilla. Ilmeisesti tällainen linja on mielekkäin normaalitukkien sahaukseen käytettävän linjan ohessa. Harvennus männyn hankinnan ja sahauksen kehittäminen 7 Termit ja suureet Termi tai suure Mittayksikkö Selite Aihio Läpisahattu asiakaskohtainen puolivalmiste, josta saadaan eri käyttötarkoituksiin soveltuvia valmiita sahekomponentteja (esim. ikkunoihin, oviin, katto-, seinä- ja lattiarakenteisiin, huonekaluihin) Alaharvennus Harvennustapa, jossa poistettavien puiden valinta kohdennetaan harvennuksessa metsikön vallitun latvuskerroksen puustoon Apteeraus Rungon katkaisukohtien määrittäminen ottaen huomioon puutavaralajien mitta- ja laatuvaatimukset Hakkuukertymä m3/ha Hakkuussa talteen otetun käyttöpuun kuorellinen kokonaistilavuus Hakkuupoistuma m3/ha Hakkuun kautta metsän elävästä puustosta poistuneen puuston kuorellinen tilavuus Hukkapuu m3/ha Hakkuussa metsään tähteiksi jäävien rungon osien, esim. latvakappaleiden, tyvi- ja välileikkojen ja sovellettuja vähimmäismittavaatimuksia pienempien puiden kuorellinen tilavuus Kasvupaikkaluokka Kasvupaikan maaperän mukainen luokittelu kivennäis- ja turvemaihin Kasvupaikkatyyppi Maaperän viljavuuden ja puuntuottokyvyn perusteella määräytyvä yhtenäinen luokka; kivennäismailla metsätyyppi ja turvemailla suotyyppi Kehitysluokka Metsikön puuston järeyden ja puutavaralajirakenteen mukaista kehitysastetta kuvaava muuttuja. Tässä tutkimuksessa ensiharvennusmetsiköt ovat kehitysluokaltaan nuoria kasvatusmetsiköitä ja myöhemmät harvennusmetsiköt varttuneita kasvatusmetsiköitä Kuiva oksa mm Oksa, joka voi olla puun sisällä kokonaan tai osittain kiinnittynyt ympäröivään puuaineeseen tai on irti siitä, eikä ole lahon vioittama. Kuivan oksan elintoiminta on lakannut kasvavassa puussa. Kuivaoksaraja m Alimman kuorineen yli 1,0 cm:n läpimittaisen ulkoisen kuivan tai lahon oksan korkeus kannonkorkeudelta mitattuna Kuiva-tuoretiheys kg/m3 Puuaineen kuiva massa suhteessa tuoretilavuuteen Kuollut oksa Elintoimintansa lopettanut oksa Käyttöaika h Metsätyön aika, joka kuluu välittömästi tai välillisesti työn suorittamiseen työmaalla; sisältää tehoajan lisäksi alle 15 minuutin työn keskeytykset Käyttötu ntituottavuu s m 3 /h Työn tuotoksen suhde käyttöaikaan Laatuharvennus Harvennustapa, jossa poistettavien puiden valinta kohdistuu pääasiassa metsikön pienimpiin puihin, mutta myös kaiken kokoisiin heikkolaatuisiin puihin. Kasvatettaviksi valitaan metsikön laadultaan parhaat puut Laho oksa mm Oksa, joka on kokonaan tai osittain lahon vioittama Latvussuhde % Elävän latvuksen pituuden osuus rungon koko pituudesta Läpisahaus keskihalkaisulla (ns. Sahaustapa, jossa tukki jaetaan saheiksi samansuuntaisilla tuppeen sahaus) leikkauksilla, joista yksi halkaisee ytimen Metsätyyppi Metsikön kasvupaikan hyvyyttä puuntuotoksen kannalta kuvaava yhtenäinen luokka kivennäismailla, joka määräytyy maaperän viljavuuden ja puuntuottokyvyn perusteella Musta oksa Oksa, joka on tummanvärinen rungon sisällä Nelisahaus Sahaustapa, jossa tukki jaetaan saheiksi halkaisemalla se ensin vastakkaisilta puolilta kahdella samansuuntaisella leikkauksella pelkäksi, jossa määräytyy sydänsahatavaran leveys (pelkkasahaus), ja jakamalla pelkkä tämän jälkeen yhdellä tai useammalla, pelkkasahaussuuntaan 90 asteen kulmassa olevalla samansuuntaisella leikkauksella saheiksi (jakosahaus) NT-laatulajittelu A (A1-A4), B, Yhteispohjoismainen sahatavaran laatulajittelusuositus C, D Pohjoismainen sahatavara —laatuiajitteluoppaan mukaan 8 Wall ym. Oksaisuus Kuvaa rungon sisään jääneiden oksien määrää, laatua tai kokoa (ts. sisäoksa) Oksikkuus Kuvaa rungon vaippapinnan ulkopuolella olevia oksia (ts. ulko- oksa) Pelkkä Kahdelta vastakkaiselta puolelta sahattu tukki Pelkkasahaus Sahaustapa, jossa tukki sahataan kahdelta vastakkaiselta puolelta samansuuntaisilla leikkauksilla Puunhankinta Toimenpiteiden ketju, jolla puuraaka-aine ostetaan, hakataan, lähikuljetetaan metsävarastoon, kaukokuljetetaan käyttöpaikalle ja mitataan Puunkoijuu Toimenpiteiden ketju, jolla puuraaka-aine hakataan ja lähikuljetetaan metsävarastoon Puutavaralajin ajouranvarsitiheys m 3 /100 m Lähikuljetettavan puutavaralajin keskimääräinen kuorellinen ajouraa tilavuus ajouran varrella 100 m:n matkalla Rinnankorkeusläpimitta cm Puun kuorellinen läpimitta 1,3 metrin korkeudella ylimmästä kaatoa haittaavasta juurenniskasta. Mittaussuunta kohti koealan keskipistettä Rinnankorkeusläpimittaluokka cm Puun rinnankorkeusläpimitan perusteella määräytyvä luokka 2 cm:n parittomin tasaavin luokin Rungon käyttöosan tilavuus dm3 Yksittäisen rungon kaikkien puutavaralajien kuorellisten tilavuuksien summa. Ei sisällä hukkapuuta Rungon tilavuus dm3 Puun rungon kaatoleikkauksen yläpuolinen kuorellinen tilavuus Sahapuun osuus, % Sahattavien puutavaralajien osuus rungon käyttöosan sahapuuprosentti kuorellisesta tilavuudesta Sahauksen arvosaanto C/sahatavara- Sahattujen tuotteiden arvo vähennettynä kaikilla ni3 tuotantokustannuksilla suhteessa sahatavaran tilavuuteen tai €/tukki-m 3 tukin kuorelliseen tai kuorettomaan tilavuuteen Sahauksen käyttösuhde t-m 3/s-m 3 Sahauksessa tarvittavien tukkien kuorellinen tai kuoreton tilavuus suhteessa tuotettuun sahatavaran tilavuuteen Sahauksen saanto, sahauksen % Sahauksessa tuotetun sahatavaran tilavuus suhteessa tilavuussaanto käytettyjen tukkien kuorelliseen tai kuorettomaan tilavuuteen Sisäinen oksa, sisäoksa mm Rungon kuorettoman vaippapinnan sisäpuolella olevan oksan (kts. oksaisuus) osa (tuore, kuiva, musta tai laho) Suotyyppi Metsikön kasvupaikan hyvyyttä puuntuotoksen kannalta kuvaava yhtenäinen luokka turvemailla, joka määräytyy maaperän viljavuuden ja puuntuottokyvyn perusteella Tehoaika h Metsätyön aika, joka kuluu suoranaisesti työn suorittamiseen työmaalla; ei sisällä työn keskeytyksiä Tehotuntituottavuus m 3/h Työn tuotoksen suhde tehoaikaan Terveoksainen sahatavara Sahatavaran erikoislaatuluokka, jossa terveiden oksien määrää ja kokoa ei ole rajoitettu Tiheys kg/m3 Kappaleen tai materiaalin massa tilavuusyksikköä kohti Tuore oksa {terve oksa, elävä mm Oksa, jonka varsinaisen pinnan piiristä vähintään 'A on oksa) kasvanut rungon sisällä kiinni ympäröivään puuaineeseen, eikä ole lahon vioittama Tuoreoksaraja (latvusraja) m Yhtäjaksoisen elävän oksiston alkamiskorkeus, elävän latvuksen alaraja Tuotantoaika h Metsätyön aika, joka kuluu työtehtävän suorittamiseen yksittäisellä työmaalla; sisältää tehoajan lisäksi alle 15 minuutin työn keskeytykset Tuotos m 3 Metsätyössä tai sen määritellyssä vaiheessa tuotetun puutavaran tilavuus Tuottavuus m 3/h Metsätyössä tai sen määritellyssä vaiheessa tuotetun puutavaran tilavuus eli tuotos suhteessa sen aikaansaamiseksi käytettyjen ajallisten panosten määriin Ulkoinen oksa, ulko-oksa (kts. mm Rungon vaippapinnan ulkopuolinen oksa (kuiva, tuore, laho) oksikkuus) Harvennusmännyn hankinnan ja sahauksen kehittäminen 9 SISÄLLYSLUETTELO 1 JOHDANTO 13 2 HARVENNUSMÄNNIKÖT 15 2.1 HARVENNUSMÄNNIKÖT SAHATEOLLISUUDEN RAAKA-AINERESURSSINA 15 2.2 Harvennuspuun laatu ja siihen vaikuttavat tekijät 17 2.2.1 Rungon ulkoiset oksat 17 2.2.2 Rungon sisäiset oksat 18 2.2.3 Nuorpuu 20 2.2.4 Kuiva-tuoretiheys 22 2.2.5 Kasvupaikan ravinteikkuuden, metsikön syntytavan ja kasvatustiheyden merkitys 23 2.3 Harvennusmänty SAHAUKSESSA 25 3 TUTKIMUSTEN TAVOITTEET 30 4 TUTKIMUSTEN AINEISTOT JA MENETELMÄT 31 4.1 HARVENNUSMÄNNYN SAHAPUUKERTYMÄTUTKIMUS 31 4.1.1 Metsiköiden jakaumat ja otanta 31 4.1.2 Koealat ja niiden sijoittelu inventoitavaan metsikköön 32 4.1.3 Metsiköiden harvennuksen ja koepuiden apteerauksen simulointi 33 4.2 Harvennusmännyn hankintatutkimus 34 4.2.1 Sisältö ja menetelmät 34 4.2.2 Koeleimikoiden puustotiedot 37 4.2.2.1 Leimikoiden yleispiirteitä 37 4.2.2.2 Hakkuun puutavaralajijakaumat 39 4.2.2.3 Viimeisen pölkyn latvaläpimitta sekä rungon käyttöosan pituus ja tilavuus 40 4.3 Harvennusmännyn sahaustutkimukset 41 4.3.1 Kaatokoepuiden tukkien ja rungon konstruointi saheviipaleista 41 4.3.2 Sahatavaran tai aihion arvosaannon määrittäminen 42 5 TULOKSET 44 5.1 HARVENNUSMÄNNYN PUUTAVARALAJIKERTYMÄT JA 44 -JAKAUMAT 5.1.1 Metsiköiden puustotunnukset 44 5.1.2 Apteeraus lyhyillä tukkipituuksilla ja pienillä läpimitoilla 45 5.1.2.1 Koko puuston puutavaralajirakenne 45 5.1.2.2 Hakkuukertymän puutavaralajirakenne 47 5.1.3 Apteeraus yleisillä puutavaralajeilla 49 5.1.4 Pikku-ja lyhyttukin hakkuun vaikutus sahapuun kertymään ja arvoon 50 5.1.4.1 Yhden tai useamman pituusvaihtoehdon lisäys 50 5.1.4.2 Yhden pituusvaihtoehdon lisäys 52 5.1.4.3 Puutavaralajien lisäyksen vaikutus rungon arvoon 53 10 Wall ym. 5.1.5 Runkojen tekniset viat mäntykoepuissa 54 5.1.5.1 Vikojen esiintyminen 54 5.1.5.2 Vikojen vaikutus sahapuun kertymään 55 5.1.6 Kokonaispuuston ja hakkuukertymän sahapuun määrän ennustettavuus puustotunnuksista 57 5.1.6.1 Sahapuun määrän ja puustotunnusten riippuvuussuhteet koko puustossa 57 5.1.6.2 Regressiomallit sahapuun määrälle koko puustossa 58 5.1.6.3 Regressiomallit yksittäisten sahattavien puutavaralajien määrille koko puustossa 60 5.1.6.4 Harvennuskertymän sahapuun määrään vaikuttavat tekijät ja sahapuukertymän ennustettavuus 61 5.1.7 Metsikkö-ja puustovaatimukset kannattavalle sahapuun hankinnalle 63 5.2 Harvennusmännyn hankinnan tuottavuus ja kustannukset 64 5.2.1 Hakkuun tuottavuus 64 5.2.1.1 Ajanmenekki 64 5.2.1.2 Käyttötuntituotta vuus perusaineistossa 6 5 5.2.1.3 Käyttötuntituottavuus tasoitetuilla puustotiedoilla 68 5.2.2 Metsäkuljetuksen ajanmenekki ja käyttötuntituottavuus 69 5.2.3 Korjuukustannukset 71 5.2.3.1 Hakkuu 71 5.2.3.1.1 Perusaineisto 71 5.2.3.1.2 Tasoitetut puustotiedot 73 5.2.3.2 Metsäkuljetus 73 5.2.4 Autokuljetuksen tuottavuus ja kustannukset 74 5.2.5 Harvennusmännyn tehdashinta 76 5.3 Harvennusmännyn sahaus ja tuotot 77 5.3.1 Laskelmien lähtökohta 77 5.3.2 Simulointitulokset Metlan apteeraussimulaattorin tuottamien tukkien perusteella 77 5.3.2.1 Simulointi tukin pituuden mukaisiin sahatavaran pituuksiin 77 5.3.2.2 Simulointi sahatavaran moduulipituuksiin 80 5.3.2.3 Tuottojen ja kustannusten peruslaskelmat 83 5.3.2.4 Sahauskustannusten, tukin tehdashinnan ja tuotteiden keskihinnan muutosten vaikutukset sahaustulokseen 84 5.3.2.5 Sahauksen suhteellinen arvosaanto eri apteerausvaihtoehdoilla 85 5.3.2.6 Tukin tehdashinnan jäännösarvon peruslaskelmat 87 5.3.2.7 Sahauskustannusten ja tuotteiden hinnan muutosten vaikutukset tukin tehdashinnan jäännösarvoon 88 5.3.2.8 Rungon ulkoisen oksikkuuden vaikutus sahauksen arvosaantoon 90 5.3.3 Simulointitulokset runkopankkiaineistosta apteerattujen tukkien perusteella - lyhyttukkitekniikka 92 Harvennusmännyn hankinnan ja sahauksen kehittäminen 11 5.3.3.1 Sahatavaran laatuluokkajakauma 92 5.3.3.2 Sahatavaran saanto ja arvosaanto 94 5.3.3.3 Sahauksen tulos tuotteiden, tukin hintojen ja sahaus kustannusten perusarvoilla sekä herkkyystarkastelu 95 5.3.3.4 Tukin tehdashinnan jäännösarvo tuotteiden hintojen ja sa hauskustannusten perusteella sekä herkkyystarkastelu 97 5.3.3.5 Rungon ulkoisen oksikkuuden ja tukin pituuden vaikutukset sahauksen arvosaantoon 98 6 TULOSTEN TARKASTELU JA PÄÄTELMÄT 101 6.1 Tulosten yleistettävyys ja luotettavuus 101 6.1.1 Metsikkö- ja koepuuaineistojen edustavuus 101 6.1.2 Pysty- ja kaatokoepuumittausten ja arviointien tarkkuus 102 6.1.3 Hankintatutkimuksen aineistot ja mittausmenetelmät 103 6.1.4 Apteerauksen simulointien ja hakkuukertymälaskelmien luotettavuus 103 6.1.5 Sahauksen simulointien ja kannattavuuslaskelmien luotettavuus 104 6.2 TULOSTEN ARVIOINTI JA PÄÄTELMÄT 105 6.2.1 Harvennusmänniköiden tekninen laatu ja sahapuun saatavuus 105 6.2.2 Lyhyttukkitekniikka harvennusmännyn hankinnassa 111 6.2.3 Harvennusmännyn sahauksen kannattavuus 115 6.2.4 Harvennusmänty osana puutuoteteollisuuden raaka-aine-ja tuotepohjaa 119 KIRJALLISUUS LIITTEET 12 Wall ym Harvennusmännyn hankinnan ja sahauksen kehittäminen 13 1 JOHDANTO Metsäntutkimuslaitoksen (Metla) Joensuun toimintayksikön ja Valtion teknillisen tutkimuskeskuksen (VTT) Rakennus- ja yhdyskuntatekniikan yhteishankkeena v. 1999 toteutetussa esiselvityksessä "Pienpuualan tutkimus-ja tuotekehitysverkosto" todettiin sahayritysten laaja mielenkiinto harvennuspuun käytön lisäämiseen (Bo ren 2000). Pienpuun sahaus ei ollut kuitenkaan yleensä kannattavaa nykyisellä sa hauskalustolla ja -tekniikalla, vaan pikkutukkia sahattiin pääasiassa normaalitukin vajauksen täyttämiseksi samalla varautuen ennakolta tulevaisuuden järeän tukin pulaan. Mielenkiintoiseksi ja varteenotettavaksi ratkaisukeinoksi ilmeni monissa yrityksissä pieniläpimittaisen tukin sahaus lyhyitä tukkipituuksia käyttäen. Tämän toimintatavan arveltiin useimmissa tapauksissa olevan mielekästä sahojen erityisil lä pienpuulinjoilla toteutettuna. Normaalitukkia pienemmän havupuun sahaus ja sen ohella sorvaus parruiksi on aloitettu Suomessa jo 1970-luvulla. Aluksi käytetyt puutavaramäärät olivat muu tamia kymmeniä tuhansia kuutiometrejä vuodessa. Pienpuun käytön kasvu alkoi 1990-luvun alun lamavuosien jälkeen, mutta varsinainen kasvun lisäys tapahtui vasta vuosikymmenen lopulla. Yleisesti sahataankin jo pieniläpimittaista, 12-15 cm:n havupuuta; eräillä sahoilla on menty jopa 8 cm:n minimilatvaläpimittaan. Valtaosa puutuoteteollisuuden pienpuusta on ollut päätehakkuiden ja osaksi myö hempien harvennusten latvapikkutukkia ja järeiden kuitupuurunkojen puutavaraa. Harvennuksilta peräisin olevan puutavaran käyttö puutuoteteollisuuden raaka aineena on kasvanut varsinaisesti vasta aivan viime vuosina. Sahojen varsinainen motiivi harvennuspuun käyttöön on huoli tulevaisuuden raaka-aineensa saatavuudesta. Sahat tarvitsevat tietoa siitä, voidaanko uhkaava normaalitukin tarjonnan pieneneminen jatkossa korvata ja missä määrin erityisesti harvennusmänniköistä saatavissa olevalla raaka-aineella sahauskapasiteetin säilyt tämiseksi ja miten harvennusmänniköitä voidaan hyödyntää tehokkaasti ja kannat tavasti sahaukseen sekä siihen liittyvään jatkojalostukseen. Sopivat jatkojalostus kohteet ovat myös monelta osin epäselvät. Eri sahayritykset ovat myös hyvin eri laisella kehitysasteella harvennuspuun hankinnassa, sahauksessa ja jatkojalostuk sessa. Kotimaisella jatkojalostusteollisuudella on ollut ajoittain vaikeuksia sopivan sa hatavaran riittävässä saannissa. Jos sahatavaran jatkojalostus lisääntyy lähellekään esitettyjen kaavailujen mukaisesti, mahdollisuudet pienpuusta saatavien sahatuot teiden toimituksiin tälle sektorille lienevät varsin hyvät. Useilla sahoilla on tehty tutkimusluonteisia koesahauksia käytettävissä olevalla sahauskalustolla ja markki naselvityksiä tuotteiden asemoinnista ja sijoittamisesta eri tuoteryhmiin ja markki na-alueille. Useat yritykset ovatkin kehittäneet erilaisia tuotteita puusepän- ja ra kennuspuusepänteollisuuteen, joissa hyödynnetään pieniläpimittaista ja lyhyttä puutavaraa. Tulevaisuudessa harvennuspuun ja muun pienpuun käyttöä on lisättävä teolli suudessa mm. lisääntyneistä metsien käyttörajoituksista, kehitysluokkarakenteen muutoksista ja mahdollisesti myös kattavaan puunmyyntituloverotukseen siirtymi sestä todennäköisesti seuraavan järeän päätehakkuupuun tarjonnan vähenemisen vuoksi. Järeän tukin hakkuumahdollisuuksien väheneminen koskee Metlan MELA 14 Wall ym. laskelmien mukaan lähinnä kautta 2006 - 2025 (Metla Metinfo 2005 a, 14.3.2005). Metsäverotuksen muutosvaiheen vaikutuksista on esitetty toisistaan poikkeavia kä sityksiä julkisessa keskustelussa. Nuutisen ym. (2005) mukaan metsäverotuksen siirtymäkaudella vuosina 1993-2005 hakkuut ovat painottuneet pinta alaverotettuihin metsiin, mikä on kasvattanut myynti verotuksen jo siirtymäkaudella valinneiden metsänomistajien puustoja. Pinta-alaverotuksessa olleiden metsien hakkuiden väheneminen siirtymäkauden jälkeen on korvattavissa lisäämällä mui den yksityismetsän omistajaryhmien hakkuita. Mahdollisen tarjonnan vähenemisen oletetaan joka tapauksessa olevan tilapäistä ja ajoittuvan muutamiin vuosiin alkaen vuodesta 2006. Jotta järeän tukin saatavuuden todennäköiseen heikkenemiseen voidaan varautua, harvennusmetsien ja pienpuun ominaisuuksia sekä mahdollisia puunjalostusmenetelmiä on joka tapauksessa syytä tutkia markkina-ja tuotelähtöis ten käyttömahdollisuuksien selvittämiseksi puutuoteteollisuudessa. Pienpuun käytön lisääminen puutuoteteollisuuden raaka-aineena ei kuitenkaan ole ongelmatonta. Yleinen tietoisuus pienpuun ongelmallisuudesta ja toisaalta tie don puute ongelmien ratkaisukeinoista johtavat käytön vastustukseen toiminnan kaikilla tasoilla. Edelleen on todettava, että pienpuun käyttö sahatavaraan taijatko jalosteisiin ei ole ollut läheskään aina tietoisesti tuote- tai markkinalähtöistä. Harvennusmännyn hankinnan ja sahauksen kehittäminen 15 2 HARVENNUSMÄNNIKÖT 2.1 HARVENNUSMÄNNIKÖT SAHATEOLLISUUDEN RAAKA-AINERESURSSINA Suomen metsiä on harvennettu liian vähän ottaen huomioon niiden kestävä puun tuotantokyky ja terveys sekä tulevaisuuden hakkuukertymätavoitteet, erityisesti 1980-luvulta lähtien. Erityisesti ensiharvennusrästien määrä kasvaa jatkuvasti ver rattuna metsänhoidollisten suositusten mukaisiin tavoitteisiin. Kansallinen Metsä ohjelma 2010: n ensiharvennustavoite on 250 000 ha/v, mutta vuotuinen toteutuma on ollut 1990-luvulla vain noin 100 000 ha (Kansallinen metsäohjelma 1999). En siharvennusten määrä on kylläkin lisääntynyt lupaavasti 2000-luvulla (esim. 183 000 ha v. 2004), mutta tavoite on edelleen jäänyt täyttymättä. Syinä liian vähäi siin harvennuksiin ovat olleet muun muassa päätehakkuu-ja tuontipuun riittävän hyvä saatavuus, harvennushakkuiden korkeat korjuukustannukset sekä harvennuspuuraaka aineen huonompi laatu verrattuna päätehakkuista saatavaan puuraaka-aineeseen. En siharvennuspuun huonommasta laadusta johtuen tuotteiden saanto, laatu ja arvo sekä sahauksen ja jatkojalostuksen kannattavuus ovat myös alhaisemmat kuin järeämmällä päätehakkuupuulla. Ensiharvennustarvetta ovat lisänneet 1950-luvulla alkanut voima kas metsien uudistaminen ja soiden ojittaminen (Ensiharvennustyöryhmän muistio 1988). Männylle on valoa vaativana puulajina tyypillistä metsiköiden tasaikäisyys. Nuoruusvaiheessa olevat taimikot perataan ja harvennetaan ennen varsinaisia markkinapuuta tuottavia harvennushakkuita. Ensimmäistä kaupallista harvennusta on pidetty vain kuitu- ja energiapuun lähteenä ja vasta myöhemmistä harvennuksis ta oletetaan saatavan tukkipuuta. Männyn ensiharvennus tehdään tavallisesti 25 - 45 vuoden iällä. Myöhästyneen ensiharvennuksen seurauksia ovat elävän latvuksen typistyminen, puuston solakoituminen ja riukuuntuminen sekä edelleen altistumi nen lumituhoille (Hakkila ym. 1995, Hynynen 1998). Vaikka ensiharvennusten laiminlyöminen pienentää tulevaisuudessa tukkipuun kertymää ja puuston keskikokoa sekä teknistä laatua, harvennuspinta-alat ovat ol leet jatkuvasti tavoitteita pienemmät (Kansallinen metsäohjelma 1999). Metsän omistajalle ensiharvennus on ennen kaikkea metsänhoidollinen toimenpide eikä niinkään tulonlähde. Ensiharvennuksen tuotot ovat pienet, eivätkä ne välttämättä vastaa puunhankintakustannuksia. Ensiharvennuksen metsänhoidollinen merkitys on kuitenkin niin suuri, että metsänomistajan kannalta harvennusta ei kannata jättää tekemättä; jatkossa saatavia lisääntyviä tuottoja ajatellen ensiharvennus on välttä mätön (esim. Vuokila 1981). Pitkällä aikavälillä metsien harventamatta jättäminen tulee aina kalliimmaksi kuin niiden harventaminen (Hynynen 1998). Oikein toteutettuna ensiharvennus on kuitenkin myös tulonlähde metsänomista jalle. Ensiharvennusten vaikutus taloudellisesti kannattavasti korjattavan käyttö puun määrään, järeän puun tuotokseen, metsikön puulajisuhteisiin ja myöhempien harvennusten toteuttamismahdollisuuksiin on suuri. Harventamattoman eteläsuo malaisen VT-männikön kiertoajan nettotuotto oli esim. Hynysen (1998) tutkimuk sessa vain 26 % harvennetun metsikön tuotosta, kun tulojen ja kustannusten dis konttauksessa käytettiin 3 prosentin korkokantaa. Koneellisen puunkorjuun myötä ensiharvennusten toteutumisajankohdat ovat hakkuukertymän kasvattamiseksi ja 16 Wall ym. korjuukustannusten alentamiseksi siirtyneet totuttua myöhäisemmiksi. Taloudelli sesti järkevän koneellisen puunkorjuun edellytyksinä ovat riittävän suuri hakkuu kertymä ja poistettavien runkojen tilavuus. Tämän suuntainen kehitys vaatii varttu neiden taimikoiden voimakasta perkausta ja leimikoiden ennakkoraivausta ennen hakkuuta (esim. Hakkila ym. 1995). Harvennushakkuut kohdennetaan kasvukyvyltään ja laadultaan metsikön huo noimpaan puuston osaan (esim. Vuokila 1981). Pääsääntöisesti harvennukset teh dään alaharvennuksina, jolloin poistetaan kilpailussa muuta puustoa huonompaan asemaan jääneitä puuyksilöitä, mutta usein myös laatuharvennuksena, jolloin pois tetaan myös järeitä ja huonolaatuisia ns. susipuita. Harvennusten tavoitteina ovat puuston elinvoimaisuuden säilyttäminen, puulajisuhteiden sääteleminen, puuston järeyskehityksen turvaaminen ja teknisen laadun parantaminen. Harvennushakkuut ovat myös latvusten hoitoa, niiden mittasuhteiden säilyttämistä ja puiden yhteyttä miskyvyn ylläpitämistä. Metsikön määrällistä kokonaistuotosta harvennushakkuut eivät yleensä lisää, mutta ne ovat välttämättömiä laadukkaan, terveen ja käyttökel poisen puuraaka-aineen tuottamiseksi. On huomattava, että harvennushakkuut ja harvennuspuun hyödyntäminen eivät maailmalla ole itsestäänselvyyksiä; tämän kaltainen metsänkäsittely on tyypillistä lähinnä Pohjoismaissa (Hakkila ym. 1995). Harvennustavalla voidaan vaikuttaa paitsi harvennuksessa saatavaan hakkuuker tymään, myös metsikön tulevaan tilavuuskasvuun ja laatukehitykseen (Niemistö 1994, Lilleberg 1995. Laatuharvennuksessa poistetaan kaikenkokoisia puita. Lei mauksen painopiste on metsikön pienimmissä puissa, mutta harvennuksessa poiste taan myös suurempia heikkolaatuisia puuyksilöitä. Systemaattiseen alaharvennuk seen nähden laatuharvennuksesta saatava hakkuukertymä on yleensä suurempi ja korjuukustannukset alemmat. Jäävä puusto on alaharvennuksen jälkeen tavallisesti järeämpää kuin laatuharvennuksen jälkeen. Laatuharvennuksista saatava tukkipuun kertymä on suurempi kuin alaharvennuksista, joskin ensiharvennuksista saatava tukkipuu on joka tapauksessa pientä ja usein heikkolaatuista. Harvennuksissa pitäisi varmistaa, että metsikön puuntuotanto ei heikkene pit källä aikavälillä (Vuokila 1981). Harvennusten tärkein tavoite on jäljelle jäävän puuston järeyskehityksen turvaaminen. Tosin liian voimakkaalla harvennuksella voidaan paitsi aiheuttaa tarpeettoman suuria kasvutappioita, myös vaikuttaa kieltei sesti puuston tekniseen laatuun ja altistaa puusto luonnontuhoille, esimerkiksi myrskytuhoille (Vuokila 1981, Lilleberg 1995). Harvennustavan yhtenä osatekijänä on myös ajoura, jonka myötä poistuu varsin suuri osa tulevaisuuden hyvälaatuisesta tukkipuustosta (Stöd ym. 2003). Ajouran avaaminen pienentää erityisesti ensiharvennuksessa tukkiaihiollisten puiden luku määrää verrattuna tilanteeseen, jossa puustoa voitaisiin poistaa tasaisesti koko lei mikon pinta-alalta. Ojitetuilla turvemailla ajouran sijoittamisella suhteessa ojastoon on suuri vaikutus jäävän puuston laatuun. Ojan penkalle sijoitettavan ajouran vuok si poistetaan metsikön laadullisesti huonoimpia mutta suurikokoisimpia puita, joi den kasvua ojitus on parantanut eniten. Ajouran sijoittaminen ojitussaran keskelle vaikuttaa päinvastaisesti. Vaihtoehtoisesti ajourat voidaan tehdä myös kohtisuoraan ojastoa vastaan, jolloin puita voidaan poistaa tasaisimmin sekä koon että laadun kannalta. Siten turvemailla ajouralla ja erityisesti sen sijoittamisella suhteessa ojas Harvennusmännyn hankinnan ja sahauksen kehittäminen 17 toon on merkittävä vaikutus jäävän puuston teknisen laadun potentiaaliin tulevissa päätehakkuissa (Stöd ym. 2003). 2.2 Harvennuspuun laatu ja siihen vaikuttavat tekijät 2.2.1 Rungon ulkoiset oksat Männyllä oksat syntyvät latvasilmun ympäriltä sivusilmuista, jolloin kaikki rungon pinnalla näkyvät oksat ulottuvat rungon ytimeen saakka. Harvennusten yhteydessä oksien valonsaanti paranee, minkä vuoksi vakioetäisyydellä ytimestä oksat ovat rungon tyviosassa ohuempia kuin latvaosassa. Puun paksuimmat oksat sijaitsevat kin elävän latvuksen alaosissa, jonka jälkeen oksien läpimitta pienenee tyveä ja lat vaa kohti. Nuorissa männyissä on puuston tiheydestä riippumatta keskimäärin 10 - 15 elävien oksien kiehkuraa, mutta puuston tihentymisen on havaittu vähentävän oksien lukumäärää ja pienentävän paksuimman oksan läpimittaa ylimmissä oksa kiehkuroissa (Uusitalo 1994). Kussakin oksakiehkurassa on keskimäärin neljästä viiteen oksaa, joskin lukumäärän on todettu vaihtelevan satunnaisesti oksakiehku rasta toiseen ilmeisesti vuotuisten säävaihteluiden takia (esim. Kellomäki ym. 1992, Mäkelä ym. 2000). Männyn ylimmissä oksakiehkuroissa oksakulma on keskimäärin 40° - 50° riip pumatta puiden tai metsiköiden ominaisuuksista, mutta oksakulma suurenee nope asti siirryttäessä latvasta tyveä kohti. Oksakulman suureneminen hidastuu elävän latvuksen alaosissa ja latvuksen alapuolella siten, että alimmissa oksakiehkuroissa oksakulma on 80° - 90°. Lähinnä vain puun koko vaikuttaa oksakulman suuruuteen siten, että suurten puiden oksakulmat ovat terävämpiä kuin pienten (esim. Uusvaara 1991, Kellomäki ym. 1992, Mäkelä ym. 2000). Männyn oksien kuoleminen johtuu pääasiassa riittämättömästä valon määrästä. Kuolleet oksat kuitenkin karsiutuvat melko pitkällä viiveellä mekaanisten syiden, kuten lumen ja tuulen, tai biologisten syiden takia, mutta Mäkelä ym. (2000) ovat havainneet, että oksien kuoleminen on nopeaa runkomuodoltaan solakoilla puilla. Samoin kiehkuran paksuimpien oksien todennäköisyys säilyä pidempään elävänä oli suurempi kuin ohuempien oksien, etenkin latvuksen yläosissa. Uusvaara (1981 b) toteaa paksujen ja pitkään rungossa kiinni olevien kuolleiden oksien ilmei sen todennäköisyyden altistua lahovioille. Kuolleiden oksien karsiutuminen alkaa noin kymmenennestä oksakiehkurasta latvusrajan alapuolelta. Karsiutuminen on nopeinta suurilla ja pitkälatvuksisilla puilla. Vaikka oksien karsiutuminen alimmis ta kiehkuroista on suhteellisen nopeaa myös nuorilla puilla, oksattoman run gonosan pituus lisääntyy merkittävästi vasta yli 60-vuotiailla puilla (Uusvaara 1981 b). Oksien karsiutuminen ja oksakulma ovat voimakkaasti periytyviä ominai suuksia, sen sijaan oksien paksuus, pituus ja lukumäärä periytyvät heikommin (Mäkelä ym. 2000). Oksien läpimitta suurenee nopeasti siirryttäessä latvan yläosista kohti puun ty veä. Oksan iän lisäksi sen läpimitta on selvimmin yhteydessä rungon läpimittaan (esim. Mäkelä ym. 2000). Oksien läpimitta kasvaa myös latvuksen suhteellisen pi tuuden kasvaessa ja oksakulman pienentyessä. Mäntyrungoissa paksuimmat oksat 18 Wall ym. sijaitsevat tavallisesti hieman rungon puolivälin yläpuolella. Uusvaaran (1981 b) mukaan viljelymänniköissä rungon paksuin oksa oli yli 50-vuotiailla puilla 60 pro sentin, mutta alle 30-vuotiailla puilla 40 prosentin suhteellisella korkeudella. Run gon paksuin oksa sijaitsee sitä korkeammalla, mitä vanhempi puu on, kunnes noin 60 vuoden iässä oksien paksuuskasvu taantuu. Luontaisesti syntyneiden mäntyjen oksat ovat ainakin rungon alaosissa ohuempia viljelymäntyjen oksiin verrattuna. Rungon yläosissa metsikön perustamistavan vaikutus oksien läpimittaan osittain häviää (Uusvaara 1981 b). Oksat ovat yleensä paksumpia rungon eteläpuolella kuin pohjoispuolella (Kel lomäki ym. 1992). Järeydeltään samankokoisissa puissa oksat ovat sitä paksumpia, mitä voimakkaampaa rungon kapeneminen on. Luonnollisesti sekä elävien että kuolleiden oksien alarajat ovat sitä korkeammalla rungossa, mitä suurempi on run gon läpimitta (Hakkila ym. 1972). Mäkelän ym. (2000) mukaan männyn oksien sädekasvu riippuu ensisijaisesti puun kokonaiskasvusta (rungon sädekasvu) ja oksan iästä. Oksien sädekasvu päät tyy keskimäärin 22 vuoden kuluttua oksan syntymästä. Oksan kasvun päättymises tä sen kuolemaan kulunut aika vaihtelee välillä 2-17 vuotta ilman selvää yhteyttä puuta tai metsikköä kuvaaviin tunnuksiin. Keskimäärin oksat elävät seitsemän vuotta oksan sädekasvun päättymisen jälkeen. Oksan kuolemasta sen kylestymi seen kuluva aika on keskimäärin 42 vuotta. Paksujen oksien on havaittu kylestyvän ohuita hitaammin, mutta toisaalta paksujen puiden oksat kylestyvät nopeasti. 2.2.2 Rungon sisäiset oksat Puun oksat jäävät rungon läpimitan kasvaessa sen sisälle. Tällaisten sisäoksien merkitys on sinänsä vähäinen pelkästään niiden tilavuuden ja tilavuusosuuden pe rustella arvioituna, mutta oksapuun korkean tiheyden vuoksi huomattavasti suu rempi massan ja massaosuuden perustella arvioituna (esim. Lehtonen 1978. Hakki la ym. 2002, ks. myös Kärkkäinen 2003). Sisäoksien tilavuusosuus on tukkipuurungon alaosissa huomattavasti pienempi kuin latvaosissa, suurimmillaan se on 80 - 90 prosentin suhteellisella rungon kor keudella (Lehtonen 1978, ks. myös Kärkkäinen 2003). Hakkilan ym. (2002) Etelä- Suomessa tekemässä tutkimuksessa oksapuun tilavuusosuus kasvoi mäntyrungoissa lähes suoraviivaisesti kannonkorkeuden 0,05 prosentista 20 prosentin suhteellisen korkeuden 0,4 prosenttiin ja rungon tukkipuuosuuden ylärajana pidetyn 40 prosen tin suhteellisen korkeuden 0,8 prosenttiin. Yli 40 prosentin suhteellisella korkeu della oksapuun osuus kasvoi edelleen tasolle 2 %. Puutavaralajeittain tarkastellen harvennus-ja päätehakkuumännyn ero ei ole kuitenkaan yhtä selvä, koska tukki-ja kuitupuupölkkyjen sijainti rungon korkeussuunnassa on erilainen. Hakkilan ym. (2002) tutkimuksessa mäntykuitupuun oksien tilavuusosuus oli ensiharvennusmän niköissä 1,5 %, toisen harvennuksen männiköissä 1,0 % ja päätehakkuumänniköis sä 1,6 %. Edellä esitetystä seuraa, että oksaisimmat rungonosat jäävät yleensä perinteisen tukkipuuosuuden ulkopuolelle, mutta latvapikkutukki- ja kuitupuuosassa on keski määräistä runsaammin sisäoksia. Samoja puita tarkasteltaessa oksien suhteellinen Harvennusmännyn hankinnan ja sahauksen kehittäminen 19 osuus koko rungon tilavuudesta alenee rungon tilavuuden kasvaessa. Sisäoksaisuus myös vähenee iän kasvaessa ja metsikön tiheyden kasvaessa. Runkoja kokonaisuutena tarkastellen sisäoksien osuus on harvennusmännyllä edellä esitetyistä seikoista johtuen korkeampi kuin järeillä, vanhoilla männyillä. Ti lavuusosuus on järeillä havutukkipuilla tyypillisesti alle yhden prosentin (Kärkkäi nen 2003). Salon (2002) kymmeneen eteläsuomalaiseen ensiharvennusmännikköön perustuneessa tutkimuksessa sisäoksien tilavuusosuus oli keskimäärin 1,6 %. Leh tosen (1978) pienessä aineistossa sisäoksien tilavuusosuus oli kuivahkon kankaan harvennusmännyllä keskimäärin 2,0 % ja runkojen vaihteluväli 0,8 - 4,3 %. Puun oksien karsiutuessa alhaalta ylöspäin muodostuu monilla puulajeilla run gon sisälle ytimestä pintaan päin kolme oksaisuuslaadultaan erilaista vyöhykettä (Kärkkäinen 1986). Sisinnä ytimen ympärillä on tuoreita oksia sisältävä vyöhyke, sen jälkeen kuolleita oksia sisältävä kerros ja uloimpana oksattoman puuaineen vyöhyke. Tuoreoksaisen vyöhykkeen osuus puun poikkileikkauksessa kasvaa ylös päin, kuollutoksaisen vyöhykkeen osuus on suurimmillaan rungon puolivälissä ja oksaton osa keskittyy rungon tyviosaan pienentyen lähestyttäessä latvusrajaa. Ok sien karsiutumisen vuoksi rungon pintaosissa on myös vähemmän oksapuuta kuin sisäosissa (esim. Lehtonen 1978, Hakkila ym. 2002). Oksan kuoleminen aiheuttaa muutoksen puun sisäisessä oksaisuudessa. Elävät oksat ovat täysin kiinni ympäröivässä puuaineessa, kun taas kuolleet oksat ovat muusta puuaineesta fysiologisesti täysin irrallaan. Eläviä oksia sanotaan usein ter veiksi oksiksi ja kuolleita oksia kuiviksi oksiksi. Jokaisen kuolleen oksan rungon ytimen puoleinen osa on luonteeltaan elävä oksa eli se on kiinni ympäröivässä puu aineessa, vaikka siinä ei olisi eläviä soluja tai sen elintoiminnot ovat lakanneet. (Kärkkäinen 2003) Jouhiaho ja Uusitalo (2001) totesivat ensiharvennusmännyn soveltuvan hyvin oksaisuuslaadultaan huonekaluteollisuuden raaka-aineeksi. Se on sisäoksien laadun perusteella lähes järeän mäntytukkirungon latvaosista saatavan pieniläpimittaisen puun veroista. Tuoreita oksia oli ensiharvennusrungoissa keskimäärin selvästi vä hemmän, mutta kuivia oksia jonkin verran enemmän kuin päätehakkuurunkojen latvaosissa. Ensiharvennusmetsiköiden välillä ei ollut mainittavia eroja tarkastelta essa yli 8 mm:n oksien lukumäärää, mutta turvemailla esiintyi selvästi muita met sikkötyyppejä enemmän tätä pienempiä kuivia oksia. Tuoreiden oksien koko kas voi hieman kasvupaikan viljavuuden kohotessa. Päätehakkuurungoissa terveet ok sat olivat jonkin verran isompia ja vastaavasti kuivat oksat jonkin verran pienempiä kuin ensiharvennusrungoissa. Harvennusmännystä saadun sahatavaran oksaisuuslaatu on vaihdellut käytän nössä suuresti, mutta paras laatu on yleensä saatu hyväkasvuisista männiköistä. Bo renin (2001), Stödin (2000, 2002 a, 2002 b) ja Stödin ym. (2003) tulokset antoivat myös viitteitä siitä, että rungon sisäinen terveoksaisuus olisi suurinta hyväkasvui silla harvennusmännyillä. Toisaalta useissa tutkimuksissa on todettu ohuiden vuo silustojen ytimen ympärillä indikoivan hyvää sahatavaran oksaisuuslaatua pääte hakkuuikäisissä männyissä; tällöin oksat ovat pieniä ja niitä on todennäköisesti myös vähän (Kärkkäinen 2003). Koska sisäoksien esiintymistä pidetään puutuoteteollisuudessa pääsääntöisesti vikana, voidaan rungon tyviosista poistaa ulko-oksia pystykarsinnalla ja näin kei 20 Wall ym. nollisesti muodostaa täysin oksattoman puuaineen vyöhyke tyvitukin pituiselle alu eelle. Ainakin männyllä varhaisessa kehitysvaiheessa tehty pystykarsinta parantaa olennaisesti sahatavaran laatua ja arvoa tyvitukin osalta. Pystykarsitun oksan kyles tyminen tapahtuu tangentin suunnassa ympäröivän jällen muodostaessa kuoripääl lisen reunuksen, joka liukuu hitaasti karsitun oksan päälle. Kylestymisen lopputu loksena on oksan päälle muodostunut pihkasta ja kuoresta useita senttejä pitkä tap pi, joka eräissä tapauksissa on puutuoteteollisuuden kannalta pahempi vika kuin al kuperäinen karsittu oksa. Männyllä pihkatapin läpimitta voi olla puolitoistakertai nen karsitun oksan läpimittaan verrattuna (esim. uusvaara 1993, 1995, ks. myös Kärkkäinen 2003). Metsänhoidollisilla toimenpiteillä voidaan vaikuttaa jonkin verran mäntyjen sisäoksien määrään, laatuun ja kokoon (Kärkkäinen 2003). Metsän kasvatustiheydellä voidaan vaikuttaa oksaisuuteen pääasiassa vaikuttamalla rungon läpimittaan. Koska elävät oksat myös paksunevat rungon järeytyessä, pienemmissä rungoissa on metsän suuremman tiheyden vuoksi myös hennommat oksat kuin järeämmissä rungoissa. Päätelmää puoltaa puun yhteyttämisteoria; mitä enemmän puussa on neulasia tai lehtiä, sitä enemmän ne tarvitsevat oksan johtosolukoita veden saamiseksi ja sitä paksummiksi oksat muodostuvat. Kun suuri vihreä yhteyttävä pinta-ala merkitsee myös nopeaa kasvua, oksien paksuudella ja rungon läpimitan kasvulla on selvä yhteys. Lämsän ym. (1990) mukaan mäntytaimikon tiheyden vaihtelu välillä 1500 - 3000 kpl/ha vaikuttaa suurimman elävän oksan paksuuteen 3 mm, kun puun rinnankorkeusläpimitta on vakioitu tasolle 10 cm. Mäntyrunkojen sisäistä oksaisuuslaatua voidaan ennustaa useiden puutunnusten perusteella. Yleinen tutkimuksiin perustuva käsitys on, että tukkien laatu huononee rungon tai sen osan kapenemisen lisääntyessä. Etäisyys maasta alimpaan kuivaan oksaan on myös osoittautunut hyvin korreloivaksi tukkien tai sahatavaran laadun kanssa. Mitä ylempänä on alin kuiva oksa, sitä pidempi aika on kulunut siitä, kun tätä alempana olleet oksat ovat kylestyneet lopullisesti. Tästä seuraa, että oksien päälle on ennättänyt kasvaa paksumpi kerros oksatonta puuta (Kärkkäinen 2003). 2.2.3 Nuorpuu Nuorpuulla tarkoitetaan epätäsmällisesti puun ytimen lähellä olevaa puuainetta, jonka solujen rakenne poikkeaa ytimestä kauempana olevan aikuispuun solujen rakenteesta (esim. Haygreen & Bowyer 1989). Nuorpuuta pidetään vikana monilla havu- ja myös lehtipuulajeilla, etenkin pien- ja harvennuspuun käytön ongelmista merkittävä osa johtuu nuorpuusta. Nuorpuu poikkeaa ympäröivän aikuispuun ominaisuuksista suuremman vuosirengasvälin, alemman tiheyden, lujuuden ja jäykkyyden, lyhyempien kuitujen, ohuempien soluseinämien, korkeamman ligniinipitoisuuden ja alemman selluloosapitoisuuden sekä soluseinämän jyrkemmän mikrofibrillikulman suhteen (esim. Kärkkäinen 2003). Nuorpuuta esiintyy kaikenikäisillä puilla ja koko rungon pituuden matkalla ydinkeskeisenä lieriönä tyvestä latvaan. Haygreenin ja Bowyerin (1989) kokoami en tietojen mukaan nuorpuuta on puulajista ja puuyksilöstä riippuen yleensä 5-25 ensimmäistä vuosirengasta ytimestä laskien. Sauterin ym. (1999) tutkimuksessa Harvennusmännyn hankinnan ja sahauksen kehittäminen 21 männyllä havaittiin nuorpuuta keskimäärin 22 ensimmäisessä vuosirenkaassa. Eräiden havaintojen (esim. Senft ym. 1986) mukaan nuorpuuta on vuosilustojen lukumääränä mitaten yhtä paljon hidas- ja nopeakasvuisissa puuyksilöissä. Vuosi lustojen ohuuden vuoksi nuorpuuta on tällöin hidaskasvuisissa puuyksilöissä läpi mittana mitaten vähemmän kuin nopeakasvuisissa. Suhteellisesti nuorpuuta on run saimmin harvennushakkuiden puutavarassa ja päätehakkuupuiden latvapölkyissä. Tällaisesta raaka-aineesta sahatuilla pienidimensioisilla sahatavarakappaleilla nuorpuun osuus tilavuudesta on siis suurempi kuin järeästä puusta sahatuilla. Ai kuispuun osuus tilavuudesta on sitä suurempi, mitä lähempänä puun tyveä ollaan. Nuorpuun ja sitä ympäröivän puuaineen eli aikuispuun välille ei kuitenkaan voida määritellä selvää rajaa puun rungossa, sillä nuorpuulle tyypilliset ominaisuudet katoavat tai muuntuvat vähitellen siirryttäessä puun ytimestä pintaa kohti. Esimerkiksi puusolujen eli trakeidien pituus kasvaa hidastuvalla nopeudella ytimestä pintaan päin. Vanhemmiten männyllä ja kuusella muodostuu sydänpuuta ytimen läheisyyteen, jossa siis on myös nuorpuuainesta. Sydänpuun muodostumisella voi olla nuorpuulle ominaisia kuivausmuodonmuutoksia hillitsevä vaikutus, koska mm. sydänpuun tasapainokosteus on alhaisempi kuin pintapuun (esim. Kärkkäinen 2003). Nuorpuun soluseinämien mikrofibrillikulma on suurempi kuin aikuispuulla, minkä vuoksi nuorpuu kutistuu pituussuunnassa jopa 10 kertaa enemmän kuin aikuispuu (Senft ym. 1986). McAlisterin ja Clarkin (1992) mukaan loblollymännyn (Pinus taeda) nuorpuu kutistui syysuunnassa kuivattaessa tuoreesta puusta absoluuttisen kuivaksi jopa 2,35-kertaisesti aikuispuuhun verrattuna, kun taas säteen- ja tangentinsuuntaiset ja tilavuuden kutistumasuhteet olivat päin vastaisesti 67, 62 ja 85 %. Boren (2001) havaitsi ydinkeskeisten mänty- ja kuusiaihioiden kieroutumisen olevan voimakkainta, keskimäärin jopa kaksi kertaa suurempaa alle 20-vuotiasta puuta sisältävillä ydinkeskeisillä aihioilla kuin tätä vanhempaa puuta sisältävillä aihioilla. Tavanomaisesta poikkeava kutistuminen eri suunnissa lisää nuorpuuta sisältävissä puutavarakappaleissa sen kosteusvaihteluista johtuvia kuivausmuodonmuutoksia ja elämistä sekä halkeilua ytimen ympärillä. Puutavarassa, jota käytetään mekaanista lujuutta ja jäykkyyttä vaativiin kohtei siin, nuorpuuta voidaan pitää pelkästään vikana. Nuorpuun kimmokerroin, murto lujuus ja jäykkyys ovat pienemmät kuin aikuispuun vastaavat ominaisuudet. Bendt senin (1978) mukaan nuorpuun lujuus voi olla alhaisemman tiheyden vuoksi jopa 50 % heikompi kuin aikuispuun tiheys. Shepard ja Shottafer (1992) ovat tutkineet istutus- ja luonnonmetsien punamännyn (Pinus resinosa) nuorpuun määrää ja sen vaikutusta puun lujuusominaisuuksiin. Keskimäärin nuorpuun taivutuslujuus oli 60 %, kimmokerroin 53 % ja tiheys 82 % aikuispuun vastaavista arvoista. Borenin ja Barnardin (2000) sorvattujen mänty-ja kuusiaihioiden taivutus-ja puristuskokeissa puuaineen iän kasvulla oli positiivinen vaikutus murtolujuuteen ja kimmokertoi meen. Männyn ja kuusen taivutuslujuudet vastasivat kuitenkin normaalin suoma laisen sahatavaran arvoja. Alle 20-vuotiailla männyillä ja kuusilla havaittiin myös mekaanisten ominaisuuksien, etenkin kimmokertoimen, normaalia voimakkaampi riippuvuus kosteudesta eli pieniläpimittaisen puun mekaaniset ominaisuudet heik kenivät kosteuden kasvaessa tavallista voimakkaammin. Koska kimmokertoimen arvo riippui voimakkaasti puun iästä ja kosteudesta, parhaiden lujuusluokkien saan 22 Wall ym. to on todennäköisesti pieni kimmokertoimen määritykseen perustuvassa koneelli sessa lujuuslajittelussa lajiteltaessa pieniläpimittaisesta puusta sahattua pienidimen sioista puutavaraa. Tällainen puutavara on sahattu ytimen läheltä, joten se sisältää paljon nuorpuuta. Nuorpuu on todettu aikuispuuta heikommaksi myös mekaanisten liitosten kestävyyden kannalta (Ranta-Maunus 1999). Esimerkiksi männyllä naulan tartuntalujuus on nuorpuussa syyn poikittaissuunnassa 30 % ja pitkittäissuunnassa 10 % pienempi kuin aikuispuussa, kun puuaineen tiheys on vakioitu (Helinska- Raczkowska 1993). 2.2.4 Kuiva-tuoretiheys Puuaineen kuiva-tuoretiheys vaihtelee rungossa sekä pituuden että poikkileikkauksen suunnassa. Tiheyteen ja sen vaihteluun vaikuttavat paitsi puulaji, myös puun ikä, koko ja kasvunopeus, kasvupaikan laatu ja geneettiset tekijät (esim. Hakkila 1966, Kärkkäinen 2003). Puun säteensuuntaiset tiheyden vaihtelut johtuvat lähinnä kasvunopeuden ja kesäpuuprosentin eroista sekä soluseinämien paksuuden vaihtelusta. Männyllä puuaineen tiheys kasvaa jatkuvasti ytimestä pintaan päin (Hakkila 1966, Kärkkäinen 2003). Mikäli puuaineen tiheys kasvaa ytimestä pintaan päin, se tavallisesti alenee tyvestä latvaan päin. Männyllä tiheys alenee erityisen voimakkaasti rungon kannonkorkeudelta 10-20 prosentin suhteelliselle korkeudelle (Hakkila 1966). Paksuuskasvunopeus (vuosiluston leveys) vaikuttaa puuaineen tiheyteen, sillä vuosiluston leventyessä puuaineen tiheys yleensä alenee. Tämä johtuu Suomen oloissa likimain vakiosta kesäpuuvyöhykkeen leveydestä, jolloin vuosiluston leventyessä kesäpuuta kevyemmän kevätpuun osuus kasvaa ja keskimääräinen tiheys alenee (Kärkkäinen 2003). Havupuilla rungon keskimääräinen tiheys alenee kasvupaikan viljavuuden parantuessa. Suomessa männyn puuaine on tiheintä Keski-Suomen, Pohjanmaan ja Kainuun leveysasteiden tasalla, josta tiheys alenee sekä etelään että pohjoiseen päin; tiheys on alhaisimmillaan pohjoisessa pienen kesäpuun osuuden vuoksi (Hakkila 1968). Kesäpuuprosentti selittää männyllä suurimman osan tiheyden alueellisesta vaihtelusta. Hakkilan (1968) mukaan mäntykuitupuun keskimääräiset kuiva tuoretiheydet olivat etelästä pohjoiseen eri leveysasteilla seuraavat: 60.00 - 62.00 398 kg/m 3 , 62.01 - 64.00 401 kg/m 3 , 64.01 - 66.00 407 kg/m 3 ja leveysasteen 66.00 pohjoispuolella 379 kg/m 3 . Puuaineen kuiva-tuoretiheys on ensiharvennuspuulla alhaisempi kuin myö hemmistä hakkuista saatavalla puulla, mutta ero ei ole tehtailla toimitettavalla puulla nykytietojen mukaan niin suuri kuin on aiemmin arveltu. Hakkilan (1966) mukaan eteläsuomalaisten mäntykuitupuurunkojen keskimääräinen kuiva tuoretiheys oli 417 kg/m 3 ja järeiden mäntyjen latvakuitupuun tiheys 386 kg/m 3 . Hakkilan ym. (1995) metsikkötutkimuksessa tiheys oli koko maassa ensiharven nusmännyllä 395 kg/m 3 ja mäntykuitupuulla keskimäärin 407 kg/m 3 . Hakkilan ym. (2002) uusissa tehdastutkimuksissa kuiva-tuoretiheys oli Etelä-Suomessa mänty kuitupuulla ensiharvennuksissa 402 kg/m 3 ja muissa harvennuksissa 416 kg/m 3 . Harvennusmännyn hankinnan ja sahauksen kehittäminen 23 Lindbladin ja Verkasalon (2001) hakeanalyysitutkimuksessa Etelä-Suomen män nyn kuiva-tuoretiheys oli ensiharvennuskuitupuulla 404 kg/m 3 ja lajittelemattomal la kuitupuulla 411 kg/m 3 . 2.2.5 Kasvupaikan ravinteikkuuden, metsikön syntytavan ja kasvatusti heyden merkitys Kasvupaikan viljavuutta (ravinteikkuutta) ja puuntuotoskykyä kuvataan metsä- tai suotyypeillä. Useiden tutkimusten mukaan kasvupaikan ravinteikkuudella ei kui tenkaan ole selvää yhteyttä puun laatuun. Esimerkiksi kivennäismailla metsätyyppi ei ole männyllä minkään puuaineen laatuun vaikuttavan tekijän suhteen kovinkaan luotettava selittäjä (Kärkkäinen & Uusvaara 1982). Erityisesti oksaisuusero tuorei den ja kuivahkojen kankaiden välillä on varsin pieni, mutta metsätyyppien ravin teikkuuden ääripäiden välillä puuaineen laadulliset erot on todettu varsin suuriksi (esim. Kellomäki ym. 1992). Kivennäis- ja turvemaiden välillä on arveltu olevan suuriakin puuston laatuero ja. Turvemaiden puustojen laatua teollisen jalostamisen kannalta on tutkittu vain vähän. Viimeisimpien tulosten mukaan puustojen laadullinen tila ei olisi niin heik ko kuin on pelätty ja oikein hoidettuina ne tuottaisivat korkealaatuistakin raaka ainetta. Vastaaviin kivennäismaiden puustoihin verrattuna tulokset ovat olleet kuu sella varsin hyviäkin (Stöd 2002 b, Stöd ym. 2002, Verkasalo & Maltamo 2002, Ri kala 2003), mutta männyllä vastaavasti heikompia (Stöd 2002 b, Verkasalo 2002, Rikala 2003). Sekä sisäinen että ulkoinen laatu vaihtelevat turvemailla poikkeuksellisen paljon ja varsin arvaamattomasti. Erityisesti puilla, jotka ovat syntyneet ennen ojitusta, rungon ydinosa on syntynyt hitaan kasvun aikana. Ojitus on aiheuttanut kasvun moninkertaistumisen, joka näkyy vuosiluston leveyden kasvuna, puuaineen tihey den alenemisena ja tähän kytköksissä olevien fysikaalisten, mekaanisten ja puunja lostusteknisten ominaisuuksien muutoksina (Stöd ym. 2002, Rikala 2003, Varhimo ym. 2003). Turvemaiden mäntyrungot ovat pienehköjä ja yleisimpiä ja vaikeimpia teknisiä vikoja ovat huono runkomuoto (tyvekkyys, tyvimutkat, mutkat, lenkous, epäpyöre ys) ja oksikkuus (kuivat oksat, pystyoksat) (Verkasalo 2002, Rikala 2003, Stöd ym. 2003). Tuoreoksaisen osan osuus mäntyrungon koko pituudesta on poikkeukselli sen pieni ja tuoreoksaisessa osassakin on paljon kuivia ja lahoja oksia. Myönteistä on suuri sydänpuun osuus ja kielteistä yleinen ja usein laajalle levinnyt reaktiopuu. Kasvupaikan ravinteikkuus vaikuttaa selvästi mäntyjen ulkoiseen oksikkuuteen. Metsätyyppi ei sinänsä selitä männikön laatua, sillä ravinteikkuuden vaihtelu met sätyyppien sisällä on suurta (esim. Kellomäki ym. 1992, Uusitalo 1994, Mäkelä ym. 2002). Useissa lähteissä onkin todettu puun kasvun olevan pelkkää metsätyyp piä parempi puun laadun selittäjä (mm. Kärkkäinen & Uusvaara 1992). Uusvaaran (1981 b) mukaan kasvupaikan ravinteikkuuden vaikutus rungon ulkoiseen oksik kuuteen on kaksijakoinen: viljavilla kasvupaikoilla oksat kasvavat paksummiksi, mutta kuolleiden ja karsiutuneiden oksien kylestyminen on nopeampaa kuin niuk karavinteisilla kasvupaikoilla. Paksut kuolleet oksat pysyvät kuitenkin kiinni run 24 Wall ym. gossa pidempään ja ovat siten alttiimpia sienten aiheuttamalle sahatavaran arvoa alentaville sisäisten oksien lahoamiselle ja tummumiselle kuin hennot oksat. Yhtenä syynä metsä- tai suotyypin vähäiseen merkitykseen männyn laadun in dikaattorina on kasvupaikan ravinteikkuutta ja puuntuotoskykyä kuvaavan metsä tai suotyypin määritys, sillä samalla kasvupaikalla voi olla usean tyypin tunnus omaisia piirteitä. Lisäksi metsä- ja suotyyppien vähäinen määrä ja puuntuotosky vyn voimakas vaihtelu luokkien sisällä heikentävät metsä- tai suotyypin luotetta vuutta puun laadun ennustajana (Kärkkäinen & Uusvaara 1982). Metsä-ja suotyy pit onkin tunnustettava kvalitatiivisiksi eli laadullisiksi muuttujiksi, joiden määrit tämisessä ammattitaitoja huolellisuus ovat tärkeitä tulosten reliabiliteetin mittareita (Jouhiaho & Uusitalo 2001). Metsikön syntytapa ei ole keskeinen puun laatuun vaikuttava tekijä, vaan seli tyksenä viljelymänniköiden monissa tutkimuksissa todetulle huonolle laadulle lie nee männyn viljely liian ravinteikkaille kasvupaikoille (esim. Kellomäki ym. 1992). Täten kasvupaikan ravinteikkuus ja etenkin puuston tiheys muodostuvat tär keimmiksi puun laatuun vaikuttaviksi tekijöiksi. Poikkeuksena yleistyksestä ovat lenkous ja tyvimutkat, joita esiintyy viljelymänniköissä selvästi enemmän kuin luonnonmänniköissä (Uusvaara 1981 a, Uusvaara 1981 b, Stöd 2000, Stöd 2002 a, Stöd ym. 2003). Laadun kannalta on tärkeää, kuinka nopeasti taimikon latvusto sul keutuu. Riittävä puuyksilöiden välinen kilpailu hidastaa oksien paksuuskasvua ja siten aikaistaa oksien kuolemista sekä karsiutumista. Puuston tiheydellä on päin vastainen vaikutus karsiutumiseen, sillä harvassa metsikössä tuulen ja lumen kuol leiden oksien karsiutumista edistävä vaikutus on voimakkaampi kuin tiheässä (Kel lomäki ym. 1992). Syntytapaa merkittävämpi tekijä männikön laatukehityksessä on puuston perus tamis- ja kasvatustiheys. Kasvatustiheydellä voidaan vaikuttaa oksikkuuteen ja ok sien paksuuteen sekä oksattoman rungonosan runkomuotoon. Nuoruusvaiheessaan tiheässä kasvatetussa metsikössä edelliset ominaisuudet kehittyvät siten, että met siköstä on mahdollista saada korkealaatuisia oksattomia tukkeja. Mäkelä ym. (2000) ovat havainneet metsikön tiheyden selittävän huomattavan osan oksien ominaisuuksien vaihtelusta. Metsikön tiheys vaikuttaa myös rungon läpimitan kas vuun ja latvuksen pituuteen. On kuitenkin huomattava, että tiheys näyttäisi vaikut tavan oksien ominaisuuksiin lähinnä puun kokonaiskasvun kautta. Metsikön tiheys ei näin muuta rungon ja oksien ominaisuuksien välistä suhdetta. Mahdollisesti ny kyiset nuoret männiköt, erityisesti istutetut, ovat olleet taimikkovaiheessa väljem piä kuin aiemmat, yksinomaan luontaisesti syntyneet, joten terveoksaista osaa voi nykyisissä tai tulevissa ensiharvennusmännyissä olla rungon sisällä aiemmin ha vaittua enemmän. Kärkkäisen (2003) mukaan hyvään oksaisuuslaatuun pyrittäessä on männyllä ja koivulla kasvatustiheyden oltava taimikkovaiheessa suuri aina siihen saakka, kun nes rungon oksat ovat kuolleet tyvitukin pituudelta. Tämän jälkeen rungon elävä latvus pidetään elinvoimaisena toistuvin ja voimakkain harvennushakkuin. Mene telmän tuloksena runkojen tyvitukin alue on päätehakkuuiässä ulkoisesti oksaton ja sisäoksiltaan se on hento-oksainen. Lisäksi sisäoksien kuollut osa on lyhyt nopean luontaisen karsiutumisen seurauksena. Rungon muissa osissa oksat ovat enimmäk seen tuoreita. Harvennusmännyn hankinnan ja sahauksen kehittäminen 25 2.3 HARVENNUSMÄNTY SAHAUKSESSA Metlan puunkäyttötilastojen (Metla Metinfo 2005 b, 31.8.2005) mukaan sahateolli suudessa on käytetty kotimaista kuitupuuksi luokiteltua puutavaraa 2,2 - 2,6 milj. m 3 /v kuluvan vuosituhannen alkuvuosina (Peltola 2001, 2002, 2003, 2004). Män nyn osuus on ollut tästä selvästi suurin (66 %) nousten 1,24 milj. m 3 :stä vuonna 2000 1,75 milj. m 3 :iin vuonna 2003, mutta laskien männyn sahauksen yleisen vä henemisen seurauksena. Sahateollisuuden kotimaisen mäntyraakapuun käytöstä oli 12 % oli kuitupuuta vuonna 2004. Lisäksi on sahattu tuontikuitupuuta, enimmillään 226 000 m 3 vuonna 2001, mutta tämän jälkeen vähenevässä määrin. Vuonna 2004 tuontikuitupuuta sahattiin 74 000 m 3, josta mäntyä oli vain 24 000 m 3. Harvennuspuulle on löydettävissä käyttökohteita mekaanisessa jalostuksessa. Yrttiahon (1999) sahaajille ja jatkojalostajille suunnatun kyselytutkimuksen mu kaan pienpuusta sahatun sahatavaran otollisimpia käyttö- ja jatkojalostuskohteita olisivat liimalevyt, liimapuupalkit ja -pilarit, listat, ikkunat, ovet ja niiden karmit, pakkaus- ja kuormalavat, väliseinäpuut ja lattialaudat. Puutuoteteollisuudessa har vennuspuuta käytetäänkin jo varsin monipuolisesti erilaisiin lopputuotteisiin (Fröb lom 2000, Fröblom 2001, Verkasalo 2001, Wall 2002). Terveoksaisena männyn ja kuusen harvennuspuu soveltuu hyvin sahateollisuudelle käytettäväksi edelleen mm. huonekaluteollisuudessa, massiivipuutuotteiden lisäksi ennen kaikkea erilaisina liimalevyrakenteina. Terveoksainen mänty sopii ja sitä myös käytetään jossain määrin eräissä rakennuspuusepänteollisuuden tuoteryhmissä (ml. näkyviin jäävät liimapuurakenteet) ja asuntojen sisustusmateriaaleissa (seinä- ja kattopaneelit, lat tiamateriaalit, huonekalujen osat). Oksattomia tuotteita saadaan harvennusmännys tä vähän lukuun ottamatta sormijatkettuja ja liimattuja tuotteita. Käyttökohteet ovat tällöin listoissa, lattiamateriaaleissa sekä ovissa, ikkunoissa, portaissa ym. raken nuspuusepän tuotteissa. Harvennusmännyn oksaisuuslaadultaan vaatimattomammat tuotteet soveltuvat esimerkiksi liimapuu- ja liimahirsiteollisuudessa ainakin piiloon jääviin rakenteisiin, useimpiin rakennustuotteisiin (ml. määrämittaiset tuoteosat), tavanomaiseksi rakennussahatavaraksi ja pakkausjärjestelmiin. Harvennusmännyn potentiaalisesti kasvavia käyttökohteita on korjausrakentamisessa ja piha-ja ympä ristörakentamisessa sekä lämpökäsitellyissä tuotteissa ja varsinkin erilaisissa tee se-itse -tuotteissa. Varsinaiset tutkimustulokset harvennusmännyn käyttökelpoisuudesta puutuote teollisuudessa ovat peräisin ennen kaikkea EU-hankkeesta "Pienen pyöreän puun käyttö rakentamisessa" (Ranta-Maunus 1999, Stöd 2000, Stöd 2002 a). Siinä tutkit tiin mm. pyöreän rakennuspuun (minimipituus 2,4 m) hakkuukertymiä, runkojen vikoja ja ulkoisesti terveoksaisen rungonosan osuutta erilaisissa ensiharvennus männiköissä ja -kuusikoissa. Pyöreälle rakennuspuulle käytettiin samoja laatuvaa timuksia kuin käytännössä sahattavalle pienpuulle. Ensiharvennusmänniköistä ker tyi mekaaniseen puunjalostukseen soveltuvaa rakennuspuuta keskimäärin vain 5 - 15 m 3 hehtaarilta eli noin 10-20 % kokonaiskertymästä. Minimilatvaläpimitalla 5 cm rakennuspuun osuus kertymästä oli männyllä 17 %. Läpimittavaatimuksella 7 cm rakennuspuun osuus laski 14 prosenttiin ja läpimittavaatimuksella 9 cm - joka voisi vastata myös pienintä sahattavaa läpimittaluokkaa - 10 prosenttiin. Kannatta van ensiharvennuksen hakkuukertymän alarajana pidetään yleensä noin 30 m 3 /ha 26 Wall ym. (Vuokila 1976, Hakkila ym. 1995). Stödin (2000, 2002 b) tutkimuksen metsiköistä 76 - 80 % täytti käytetystä minimiläpimitasta riippuen kyseisen kertymävaatimuk sen. Stöd (2000) tutki myös erilaisten vikojen esiintymistä ja runkojen ulkoista tuo reoksaosuutta ensiharvennusmänniköissä ja -kuusikoissa. Rungon tuoreoksaosuus määriteltiin tuoreoksarajasta 9 cm:n läpimittaan asti. Männyillä poistettavilla run goilla esiintyi eniten vikoja viljavilla mailla, mutta ulkoinen tuoreoksaosuus oli vastaavasti niillä suurin. Viljavien maiden ensiharvennusmänniköissä rakennus puun kertymä oli pienin, joten tutkimuksen tulosten perusteella ei voitu sanoa, mil laisista ensiharvennusmänniköistä on teknis-taloudellisesti saatavilla eniten mekaa niseen puunjalostukseen soveltuvaa tuoreoksaista mäntyä. Puista ulkoisesti määri tetyn tuoreoksarajan on todettu sijaitsevan rungon sisäistä tuoreoksaosuuden alka miskorkeutta korkeammalla. Tästä syystä runkojen sisäistä tuoreoksaista osaa jää jalostukseen menevistä rungoista aina hyödyntämättä, mikäli rungot apteerataan kirjaimellisesti ulkoisen tuoreoksikkuuden mukaan. Karstulanseudun Kehitysyhtiö Oy teki pienen paikallisen selvityksen liimalevyn valmistukseen soveltuvan männyn kertymistä harvennushakkuissa vuonna 1995 (Vesterinen 1996). Ennakolta hyvälaatuisiksi arvioiduista männiköstä saatiin liima levyn valmistukseen sopivaa raaka-ainetta 66 - 73 % hakkuukertymästä, kun tukin minimilatvaläpimitta oli 10 cm ja minimipituus 3 metriä. Mekaaniseen puunjalostukseen soveltuvia runkoja tai rungon osia on siis vain osa harvennusten hakkuukertymästä. Lisäksi hakattavien runkojen koko on pie nempi kuin päätehakkuissa, jonka vuoksi käsiteltäviä runkoja tilavuusyksikköä kohti on harvennuksissa enemmän. Turvemailla runkojen pieni koko ja vaatimaton hakkuukertymä korostuvat entisestään. Harvennuspuun korjuu ja kuljetus tehtaille on päätehakkuiden puutavaraa kal liimpaa, sillä harvennushakkuissa kokonaiskertymä on vain 10 - 50 % päätehak kuiden kertymistä. Toisaalta puutavaralajeja on harvennusleimikoissa vähemmän, lajittelun tarve on pienempi ja puuaineksen laatu on tasaisempi kuin päätehakkuu leimikoissa. Pienen hakkuukertymän lisäksi korjuukustannuksia kasvattaa harven nuksissa mm. jäävän puuston huomioon ottaminen korjuun aikana ja pieni rungon koko. Metsäteollisuuden ja Metsähallituksen puunhankinnassa vuonna 2001 har vennusleimikoiden koneellisen hakkuun kustannukset olivat keskimäärin 7,57 €/m 3 (päätehakkuut 3,87 €/m 3 ) ja metsäkuljetuksen kustannukset 3,87 €/m 3 (päätehak kuut 3,03 €/m 3 ) sekä kaikkien leimikoiden kaukokuljetuskustannukset tehtaalle 5,38 €/m 3 (Örn 2002). Hakkilan ym. (1995) mukaan koneyrittäjälle maksettu ko konaiskorvaus hakkuusta ja metsäkuljetuksesta oli männyn ensiharvennuksessa 12,6 - 15,1 €/m 3 ja päätehakkuussa 4,9 - 5,9 €/m 3 . Yleisesti korjuukustannukset kasvavat miltei eksponentiaalisesti rungon koon pienentyessä. Tästä syystä puuta varan tehdashinta on harvennuspuulla lähellä päätehakkuupuuta, vaikka tukin osuus hakkuukertymästä on selvästi pienempi. Salon ja Uusitalon (2001) tutkimuk sissa ensiharvennusmännyn kaikkien puutavaralajien keskimääräinen tehdashinta oli 49,28 €/m 3 , kun se oli päätehakkuumännyllä 54,16 €/m 3 . Sahattavan puun läpimitta ja pituus vaikuttavat olennaisesti sahatavaran saan toon. Hakalan (1992) mukaan latvaläpimitaltaan 15 cm:n mäntyä tarvitaan ke häsahauksessa 2,5 m 3 yhteen sahatavarakuutiometriin eli n. 0,5 m 3 enemmän kuin Harvenmtsmännyn hankinnan ja sahauksen kehittäminen 27 yli 20 cm:n mäntyä. Käytännön kokemukset ovat osoittaneet käyttösuhteen nouse van sahaustekniikasta riippuen tasolle 2,8 - 3,2, joissakin tapauksissa jopa tasolle 4,1, kun tukin latvaläpimittaa alennetaan tasolle 10 cm. Tähän nähden eräissä pien puun sahaustutkimuksissa on saatu verraten hyviäkin tuloksia. Edellä mainitussa Karstulanseudun Kehitysyhtiö Oy:n selvityksessä harvennusten mäntytukkien sa hauksen käyttösuhde oli keskimäärin 2,3, mutta liimalevyn raaka-aineeksi soveltu valle sahatavaralle kuitenkin 3,4 (Vesterinen 1996). Fröblomin (2000) ensiharven nusmännyn käyttöä liimapuuna koskeneessa tutkimuksessa, johon valittiin ao. käyttötarkoituksessa laadun ja muodon puolesta hyvin kysymykseen tulevia runko ja, kuuden leimikon tukkien käyttösuhde oli 1,8 m:n tukkipituudella 1,99 (1,93 - 2,26), 2,5 m:n tukkipituudella 2,12 (1,99 - 2,53) ja 3,0 m:n tukkipituudella 2,23 (2,11-2,62). Jouhiahon ja Uusitalon (2001) Pohjois-Karjalan ensiharvennusleimikoiden mäntyä koskeneessa tutkimuksessa sydänsahatavarasta oli Pohjoismainen sahatava ra -laatulajitteluoppaan mukaista A-laatua lähes yhtä paljon kuin päätehakkuu leimikoiden mäntyjen latvaosista saadusta eli n. 55 %. Ensiharvennusten sydänta varassa oli kuitenkin selvästi vähemmän B-laadun ja vastaavasti enemmän C laadun saheita kuin päätehakkuiden latvatukkien sydäntavarassa. Pienpuun A laadun saheet olivat lähes kaikki A 4 -alalaatua, ja parhaita eli AI - A3 -alalaatuja ei ollut juuri lainkaan. Ensiharvennuksissa kasvupaikkatyypillä ei ollut vaikutusta sa hatavaran laatuluokkajakaumaan. Pienpuusta saatujen liimalevylamellien laatu luokitus osoitti, että ensiharvennusmänty soveltuu oksikkuuslaadultaan hyvin lii malevyjen raaka-aineeksi. Ensiharvennusten sahatavarasta saaduissa liimalevyla melleissa esiintyi kuitenkin selvästi enemmän vajaasärmäisyyttä kuin päätehakkui den latvatukkien sahatavarasta saaduissa, mikä viittasi omalta osaltaan tavallista pienempään läpimittaan ja yleisempään lenkouteen ja mutkaisuuteen ensiharven nusten tukeissa. Pieni pölkyn koko ja alhainen sahaussaanto heikentävät yhdessä pienpuun saha uksen tuottavuutta ja nostavat valmistuskustannuksia verrattuna järeän puun saha ukseen. Hakalan (1992) mukaan sahatavaran saanto kasvoi 6 prosenttiyksikköä ja tukkien sahausteho noin 15 m 3 /h mäntytukin kehäsahauksessa, kun tukin läpimitta kasvoi luokasta 15 cm luokkaan 21 cm. Tuotantokustannusten rakenne on myös erilainen sahattaessa pienpuuta järeän puun sijasta. Edellä mainitussa Fröblomin (2000) tutkimuksessa ensiharvennusmännyn sahauksen kustannusrakenne oli seu raava: raaka-ainekäyttö 16 %, sivutuotteet 28 %, palkkauskustannukset 17 %, käyt tökustannukset 17 % ja pääomakustannukset 22 %. Useniuksen ym. (1987) 1980- luvun sahausmenetelmiin perustuneessa tutkimuksessa mäntysahatavaran valmis tuskustannukset laskivat 5,0 - 6,7 €/tukki-m 3 tukin läpimittaluokasta 13 cm luok kaan 30 cm ja 8,4 - 10,1 €/tukki-m 3 tukin pituuden kasvaessa 3,1 metristä 6,1 met riin. Euroopan markkinoilla sahateollisuuden tuotteet myydään edelleen pääasiassa sahatavarana ja vain pieni osa tuotteista myydään puusepän- ja huonekaluteollisuu den aihioina. Aihioiden markkinat ovat kuitenkin kasvaneet ja niiden odotetaan jatkavan kasvua. Laadukkaiden aihioiden tuottaminen voi tuoda sahoillemme huo mattavan jalostusarvon lisän perinteiseen sahatavaran tuotantoon verrattuna. Tämä 28 Wall ym. koskee myös pienpuusta saatavia tuotteita, joista suuri osa on tavallisena sahatava rana pienidimensioisia, markkinoilla vähän kysyttyjä laatuja. Aihiot valmistetaan toistaiseksi suurelta osin vielä puusepän- ja huonekaluteh taiden prosessien alkupäässä, josta tehtaat eivät ole voineet luopua aihioiden pienen tarjonnan ja aihiomarkkinoiden kehittymättömyyden takia. Tehtaat haluaisivat kui tenkin lisätä aihioiden käyttöä saavutettavissa olevien kustannussäästöjen vuoksi. Markkinoiden, valmistustekniikan, koulutuksen ja erilaisten yhteistoimintaketjujen kehittämisessä onkin tässä suhteessa paljon tehtävissä. Kokonaisuutena pienpuun sahaus on vielä nykyisinkin pääsääntöisesti kannat tamatonta liiketoimintaa useimmille sahoille. Monet sahat kuitenkin käyttävät pienpuuta, sillä sen sahaus tuottaa vähemmän tappioita kuin sahaamatta jättäminen (Boren 2000). Hakalan (1992) mukaan pienimmän sahaukseen hyväksytyn tukin latvaläpimitan nostaminen kohottaa merkittävästi sahauksen vuositulosta ainoas taan silloin, kun tuotantoaika säilyy ennallaan eli muiden läpimittaluokkien tukkeja sahataan vastaavasti enemmän. Tämä ei kuitenkaan ole mahdollista nykyisessä puumarkkinatilanteessa eikä myöskään lähitulevaisuudessa, ainakaan suuremmilla sahoilla, el-leivät sahat siirry sahaamaan enenevästi myös järeää tuontipuuta. Borenin (2000) mukaan nykyistä lyhyempien tukkipituuksien käyttöön liittyvät seuraavat oletukset ja ongelmat, joihin tutkimuksen ja tuotekehityksen tulee perus tua ja jotka tulee myös pyrkiä ratkaisemaan: • sahauskelpoisen tukin hakkuukertymä harvennuksissa kasvaa, koska moniväärät, mutkaiset ja muuten vikaiset rungot voidaan katkoa nykykäytäntöä tarkemmin • hyväkasvuisten mäntyjen terveoksaisen sisäosan hyödyntäminen tehostuu lyhyitä tukkeja sahattaessa • jos tukin minimipituus on esimerkiksi 2,4 m, siirtyminen lyhyisiin tukkipituuk siin ei vaikuta olennaisesti hakkuun ja kuljetuksen kustannuksiin • tukkien ja saheiden lajittelu on tilavuusyksikköä kohden hidasta nykyisiä sahaus tekniikoita käytettäessä, koska käsiteltävien kappaleiden lukumäärä on suuri • tukkien suuren kappalemäärän vuoksi tukkivälejä on sahalinjalla nykyistä enemmän, jolloin sahauksen tuottavuus alenee • sahaus vakioasetteella (sisältäen tehokkaan tukkilajittelun) ilman suuria tukkivä lejä on tehokkaampaa kuin muuttuva-asetteinen sahaus ilman lajittelua • kapenemisen, lenkouden, mutkien ja monivääryyden aiheuttama sahauksen saannon pieneneminen ei ole niin voimakasta kuin nykyisillä tukkipituuksilla • nykyisten sahauslinjojen perässä olevien lajittelu- ja tasauslinjojen kapasiteetti ei ole riittävä, joten sahalle on kehitettävä lyhyille sahatavarakappaleille soveltuva jälkipää • perinteisten kuivaamojen kapasiteetin käyttöaste saattaa joissakin tapauksissa alentua tukin lyhentyessä, joten tarvitaan uusia kuivauspakettiratkaisuja • "pienpuulinjalla" sahataan vain pikkutukkeja, joista otetaan vain kaksi samanko koista sahatavarakappaletta, koska sivulautojen talteen ottaminen yleensä moni mutkaistaa toimintoja ja lisää kustannuksia; tämä menettely mahdollistaa kapasi teetiltaan suuremman sahalaitoksen jälkipään. Sivulautojen kannattavan sahauk sen rajalatvaläpimitaksi on saatu 1980-luvun tutkimuksissa 15 - 19 cm tukin laa dusta riippuen (esim. Hägg 1986). Harvennusmännyn hankinnan ja sahauksen kehittäminen 29 Suomessa ei ole julkaistu vertailevia tutkimuksia pienpuun eri käyttötarkoitusten kannattavuudesta, joissa vaihtoehdoissa olisi ollut mukana puutuoteteollisuus. Kui tu- ja energiapuukäytön rajanvedosta on kuitenkin muutamia julkaisuja (esim. Pih lajamäki & Asikainen 2002). Erään konsulttityönä tehdyn selvityksen mukaan männyn sahaus olisi pikkutukkisahalla määritetyn tuotannon jäännösarvon perus teella kannattavampaa kuin käyttö kuitupuuna keskimäärin, jos pölkkyjen läpimitta on vähintään 11 cm (Pohjois-Pohjanmaan liitto 2004). Rajaläpimitta riippuu olen naisesti kuitupuun käyttötarkoituksesta: päällystämättömällä hienopaperilla ja aal topahvin pintakerroskartongilla se olisi vain 9-10 cm, mutta päällystetyllä hienopa perilla 13-14 cm. USA:ssa on tehty jonkin verran pienpuun käyttöä koskevia kannattavuusvertai luja sahatavaran, markkinasellun, kerto- eli viilupuun (LVL, Laminated Veneer Lumber) ja OSB-levyn tuotannon välillä (Spelter ym. 1996). Tuotantolaitosten vuotuiset tuotantokapasiteetit olivat vertailussa sahoilla 240 000 m 3, kertopuuteh tailla 160 000 m 3 ja OSB-levytehtailla 85 000 m 3. Tuotannon nettotulojen suhde käytettyyn puumäärän oli paras kertopuulla, jota seurasivat varsin lähellä markki nasellu ja selvästi kauempana OSB-levy. Sahausvaihtoehdoista oli kannattavin lu juuslajitellun sahatavaran tuotanto. Korkeilla tuotehinnoilla sahatavaran tuotannon kannattavuus jäi selvästi enemmän jälkeen vaihtoehtoisista käyttömuodoista kuin alhaisilla tuotehinnoilla. Eniten puuraaka-ainetta suunnittelukapasiteettia kohden vaati vuodessa OSB-levyn tuotanto (475 000 m 3). Puuraaka-aineen vuotuinen tarve oli eri sahausvaihtoehdoissa n. 390 000 m 3, kertopuun tuotannossa 330 000 m 3 ja markkinasellun tuotannossa 130 000 m 3. Investointiriskinä esitettiin investoinnit nettotuloja kohti. Mitä alhaisempi suhde oli, sitä nopeampi oli investoinnin takaisinmaksuaika. Tämä vaihtoehto suosi saha tavaran tuotannon vaihtoehtoja selvästi suuremmat investointikustannukset vaativi en OSB-levyn, markkinasellun ja kertopuun tuotantovaihtoehtojen kustannuksella. Tutkimuksessa esitettiin myös nettotulojen suhde käytettyyn puumäärän pölkyn latvaläpimitan mukaan. Kertopuun tuotanto oli tällä tavoin laskettuna selvästi mui ta vaihtoehtoja kannattavampaa. Kertopuun tuotannon tulot suhteessa käytettyyn puumäärään kasvoivat dollareina puukuutiometriä kohti tasolta 0,0425 tasolle 0,863, kun tukin latvaläpimitta kasvoi 100 mm:stä 300 millimetriin. Samalla tukin latvaläpimittavälillä nettotulot kasvoivat vain lievästi OSB-levyn tuotannossa, lu juuslajitellun sahatavaran tuotannossa, yleissahatavaran tuotannossa ja rakennussa hatavaran tuotantovaihtoehdossa. OSB-levyn tuotannossa taso oli 0,034 - 0,036 ja muissa tuotantovaihtoehdoissa 0,030 - 0,032. Tukin minimilatvaläpimitan nosta minen 100 mm:stä 150 mm:iin paransi tuloksia 3,8 % rakennussahatavaran tuotan tovaihtoehdossa, 4,7 % yleissahatavaran tuotantovaihtoehdossa, 0,9 % lujuuslajitel lun sahatavaran tuotantovaihtoehdossa, 3,3 % OSB-levyn tuotantovaihtoehdossa ja peräti 56,6 % kertopuun tuotantovaihtoehdossa. 30 Wall ym. 3 TUTKIMUSTEN TAVOITTEET Tutkimuskonsortion tavoitteena oli selvittää mahdollisimman monipuolisesti har vennusmännyn käyttömahdollisuuksia puutuoteteollisuuden raaka-aineena. Pääta voitteena oli määrittää erilaisten harvennusmäntymetsiköiden ja niistä saatavan puutavaran ominaisuudet, soveltuvuus ja valintakriteerit sahateollisuuden raaka aineeksi. Edelleen määritettiin harvennusmäntymetsiköiden ominaisuudet täsmä materiaalien valmistamiseksi jatkojalostettuihin puutuotteisiin (mm. liimalevy, ik kunat, ovet). Erityisesti selvitettiin lyhyiden tukkipituuksien käytön eli ns. lyhyt tukkitekniikan vaikutukset sahapuuksi soveltuvuuteen ja puunhankinnan kustan nuksiin: a) tukkikertymään ja potentiaalisten tyvi-, väli- ja latvatukkien määrään b) koneellisen puunkorjuun kustannuksiin ja raaka-aineen tehdashintaan tyypillisissä harvennusmäntyleimikoissa c) sahatavaran saantoon ja laatujakaumaan erilaisissa harvennusmäntyleimikoissa; samalla määritettiin runkojen ulkoisen oksikkuuden ja sisäisen oksaisuuden yhteys harvennusmetsiköissä, jotta harvennusmännyn katkontaohjeita voidaan tarvittaessa tarkistaa d) sahauksen tuottavuuteen, arvosaantoon ja kannattavuuteen. Harvennusmäntyraaka-ainetta koskeneiden tutkimusten erityisenä tavoitteena oli määrittää sahattavien tukkien erilaisten pituus-, läpimitta-ja laatuyhdistelmien vai kutukset sahapuun hakkuukertymään ja laatujakaumaan erityyppisissä harvennus mäntymetsiköissä, kun niissä tehdään laatuharvennustyyppinen alaharvennus. Li säksi tutkittiin yleisimpien vikojen ja vaihtoehtoisten tukkidimensioiden vaikutusta hakkuukertymiin. Laskelmien pohjana käytettiin hankekonsortioon osallistuneiden sahojen omilta hankinta-alueiltaan tutkittaviksi ehdottamia tyypillisiä harvennus mäntymetsiköitä. Harvennusmännyn sahausta koskevien tutkimusten tavoitteena oli määrittää op timaaliset, puuraaka-aineeseen mahdollisimman hyvin sopivat tuotteet ja laatia oh jeita tuotelähtöiselle puunhankinnalle ja sahaukselle. Työt käsittivät tyypillisen puuraaka-aineen valinnan ja mittaukset, tuotespesifikaatioiden ja prosessiarvojen määrittelyn analyysejä varten ja simulointi-ja kannattavuuslaskelmat. Konsortion viimeisenä tavoitteena oli laatia synteesi, jossa määritetään ominai suudet (kasvupaikka, runkoluku, järeys, jne.) ja valintakriteerit sellaisille harven nusmäntymetsiköille, joita sahateollisuus voi kannattavasti hyödyntää joko nykyis tä lyhyemmillä tai käytössä olevilla tukkipituuksilla, arviota sahauksen tuotoista, kustannuksista ja kannattavuudesta, tehdä tarvittavat herkkyysanalyysit ja antaa suosituksia mahdollisista lopputuotteista. Harvennusmännyn hankinnan ja sahauksen kehittäminen 31 4 TUTKIMUSTEN AINEISTOT JA MENETELMÄT 4.1 Harvennusmännyn sahapuukertymätutkimus 4.1.1 Metsiköiden jakaumat ja otanta Harvennusmännyn sahapuukertymäaineistoon inventointiin viiden sahan hankinta alueilta yhteensä 203 harvennusmäntymetsikköä, kunkin sahan hankinta-alueelta noin 40 kpl (kuva 1). Inventoidut metsiköt edustivat niitä kasvupaikkatyyppejä ja kehitysluokkia, joilta kunkin sahan hankkima puuraaka-aine on tavallisimmin pe räisin tai joille ao. saha harkitsee tulevaisuudessa kohdistavansa puunhankintaansa. Metsiköiden ja niistä tutkittujen runkojen jakaumat kivennäis- ja turvemaiden kas vupaikkaluokittain ja puuston kehitysluokittain ovat taulukossa 1. Turvemaiden suotyypit rinnastettiin vastaamaan kivennäismaiden metsätyyppejä Laineen ja Vasanderin (1990) esittämällä tavalla. Lisäksi Pohjanmaa-Kainuun ja Lapin metsätyypit rinnastettiin samalla tavalla vastaamaan Etelä-Suomen metsä tyyppejä. Tutkimusaineistoon otettiin mukaan vain sellaisia mäntyvaltaisia metsi köitä, joiden kasvatuksessa oli tähdätty taimikosta lähtien laadukkaan sahapuun tuottamiseen. Inventoidut metsiköt edustivat selvästi keskimääräistä parempaa met sänhoidollista tasoa, joten tulokset eivät ole läpileikkaus koko maan harvennus männiköistä. Taulukko 1. Inventoidut harvennusmäntymetsiköt ja rungot kasvupaikkaluokittain ja -tyypeittäin ja puus ton kehitysluokittain sekä osuudet rungoista. Kehitysluokka Lehtomainen kangas tai vast. Kasvupaikkatyyppi Tuore kangas tai Kuivahko kangas tai vast. vast. Kuiva kangas tai vast. Yhteensä Metsiköitä / runkoja (kpl) Ensiharvennus Myöhempi harvennus 15/573 7/334 Kivennäismaat 59/2248 43 / 1983 22 / 885 10/465 96/3706 (44 %) 60 / 2782 (33%) Yhteensä 22 / 907 102/4231 32/1350 156 / 6488 (77 %) Ensiharvennus Myöhempi harvennus 1/45 7/251 1/44 T urvemaat 17 / 724 16 / 752 4/164 1/40 28/1139(13%) 19/881 (10%) Yhteensä 1/45 8/295 33/1476 5/204 47/2020(23%) Kaikki yhteensä 1/45(1%) 30/1202 (14 1 '/») 135/5707(67%) : 37/1554(18%) 203 / 8508 (100%) 32 Wall ym. Kuva 1. Inventoitujen harvennusmäntymetsiköiden ja hankkeeseen osallistuneiden sahayritysten maan' tieteellinen sijainti. 4.1.2 Koealat ja niiden sijoittelu inventoitavaan metsikköön Kivennäismaametsiköissä puuston mittaukset tehtiin ympyräkoealoilta, joiden ko ko oli ensiharvennuksissa 50 m 2 ja myöhemmissä harvennuksissa 200 m 2. Koealat, 2 - 5 kpl / metsikkö, sijoitettiin metsikköön sen pisimmän sivun suuntaiselle lävis täjälle tasaisin välein. Ojitetuilla turvemailla mittaukset tehtiin suorakaiteen muo toisilta koealoilta, joiden pitempi sivu ulottui ojan keskeltä saran puoliväliin. Suo rakaiteen ojansuuntaisen sivun pituus määritettiin siten, että koealan pinta-alaksi muodostui vähintään 80 m 2. Reunavaikutuksen välttämiseksi koealat sijoitettiin vähintään puuston valtapituuden mukaiselle etäisyydelle kuvion reunasta. Koe puiksi valittiin kaikki koealoilla sijainneet puut, joiden rinnankorkeusläpimitta oli vähintään 7 cm. Mäntykoepuista mitattiin tai arvioitiin seuraavat tunnukset: • rinnankorkeusläpimitta • pituus • alimman kuolleen oksan korkeus • tuoreoksaraja (latvusraja / elävän latvuksen alaraja) • paksuimman elävän oksan läpimitta • paksuimman kuolleen oksan läpimitta • sahauskelpoisen osan alkamis- ja loppumiskorkeudet • rungon sahapuuosuutta rajoittavat viat sekä niiden alkamis- ja loppumiskorkeudet. Harvennus männyn hankinnan ja sahauksen kehittäminen 33 Rungon sahapuuosuutta määritettäessä mitattiin seuraavien vikojen alkamis- ja päättymiskorkeudet tai esiintymiskorkeus: • monivääryys • tyvimutka • muu mutka • tyvilenkous • lenkous muussa rungon osassa • ranganvaihdot • poikaoksat • yli 30 mm paksut oksat ja niiden laatu • alle 15 cm:n välein sijainneet oksakiehkurat • latvassa esiintyvät viat (katkeamat, monilatvaisuus) • korot • laho. Suometsiköissä mitattiin turvekerroksen paksuus ja kunkin koepuun etäisyys sar kaojan keskeltä. Koealoilta ja koepuista mitatut ja arvioidut muuttujat on kuvattu yksityiskohtaisesti liitteessä 2. 4.1.3 Metsiköiden harvennuksen ja koepuiden apteerauksen simulointi Tutkittujen metsiköiden puustot harvennettiin laskennallisesti tutkimusta varten tehdyllä tietokoneohjelmalla. Harvennusten pohjana käytettiin Niemistön (1992) puuston runkolukuun ja pohjapinta-alalla painotettuun keskiläpimittaan perustuvia harvennusmalleja, jotka on muunnettu pohjapinta-alaan ja valtapituuteen pohjautu vista harvennusmalleista (Luonnonläheinen... 1994). Metsiköt harvennettiin laatuharvennuk