METSÄNTUTKIMUSLAITOKSEN TIEDONANTOJA 803,2001 Martti Varmola, Sirkka Tapaninen (toim.) —I «milliin I————■■lMl I illl *l— ROVANIEMEN TUTKIMUSASEMA METSÄNTUTKIMUSLAITOKSEN TIEDONANTOJA 803, 2001 Pohjoisten metsien hoito - 30 vuotta tutkimuspäiviä Rovaniemellä Martti Varmola ja Sirkka Tapaninen (toim.) ROVANIEMEN TUTKIMUSASEMA Varmola, M. & Tapaninen, S. (toim.). 2001. Pohjoisten metsien hoito - 30 vuotta tutkimuspäiviä Rovaniemellä. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonanto ja 803. 141 s. ISBN 951-40-1773-0, ISSN 0358-4283. Toimittajien yhteystiedot: Metsäntutkimuslaitos, Rovaniemen tutkimus asema, PL 16,96301 Rovaniemi, puh. (016) 336 411, faksi (016) 3364 640, sähköpostiosoitteet: etunimisukunimi @ metla.fi. Julkaisija: Metsäntutkimuslaitos, Rovaniemen tutkimusasema. Hyväksynyt tutkimusjohtaja Kari Mielikäinen. Kannen suunnittelu: Jouni Hyvärinen Taitto: Sirkka Tapaninen Kirjapaino: Gummerus Kirjapaino Oy, Saarijärvi 2001 Tilaukset: Metsäntutkimuslaitos, kiijasto/julkaisumyynti, PI 18,01301 Van taa, puh. (09) 8570 5580, faksi (09) 8570 5582, sähköposti: kiijasto@metla.fi. Sisällys Rovaniemen tutkimuspäivän avaus Kari Mielikäinen 5 Ilmaston muutokset kautta aikojen - onko menneisyys Lapin metsien tulevaisuuden peili? Mauri Timonen 9 Ylispuustoisten mäntytaimikoiden syntyhistoria, rakenne ja alku kehitys Lapissa Mikko Hyppönen ja Juha Hyvönen 31 Rakenteellinen kypsyys männyn siementen keräysajankohdan määrittäjänä Eila Tillman-Sutela ja Anneli Kauppi 47 Puulajikoostumus ja moreenikasvupaikkojen sähköiset ominaisuudet Keski- ja Pohjois-Lapissa Marja-Liisa Sutinen, Ari Teirilä, Markku Pänttäjä ja Raimo Sutinen 55 Männynviljelyn onnistuminen ja siihen vaikuttavat tekijät - tuloksia pitkäaikaisesta metsänviljelykokeesta Lapissa Kari Mäkitalo ja Juha Heiskanen 71 Taimikonharvennuksen ajankohdan ja voimakkuuden vaikutus männikön kehitykseen Martti Varmola ja Merja Arola 105 Puuston valtapituuskehitys rämekasvupaikkojen kuvauksessa Hannu Hökkä 119 Harvennushakkuut ojitetuilla rämeillä Timo Penttilä 133 Lukijalle Metsäntutkimuslaitos tuottaa tieteellistä tietoa metsäluonnosta, metsien eri käyttömuodoista sekä metsävaroista ja niiden hyödyntämisestä. Tut kimus on laitoksen ydintehtävä, ja muita tulosalueita ovat tutkimusmetsä ja laboratoriotoiminta, kansainvälinen toiminta ja tutkimustiedon väli tys. Tutkimustiedon välitys sisältää moninaisia toimintoja, joista eräs tärkeimmistä on erilaisten seminaarien ja koulutuspäivien pitäminen. Alueellisten tulosyksiköiden, tutkimusasemien, perinteenä ovat tutki muspäivät. Rovaniemen tutkimusasema on esitellyt Lapissa tehtyjä tut kimuksia perustamisestaan lähtien. Ensimmäinen kaksipäiväinen tilai suus oli "Pohjois-Suomen metsänviljelytöistä vastaaville metsänhoitajille tarkoitetut alustus-ja keskustelupäivät" helmikuussa 1971 ja siitä lähti en olemme vuosittain jakaneet ajankohtaista tietoa Metlassa tehtävistä tutkimuksista. Toukokuussa 2000 tuli kuluneeksi 30 vuotta Rovaniemen tutkimus aseman perustamisesta. Tämän vuoksi päätimme järjestää tutkimus päivän, jonka yleisaihe palautuu tutkimusaseman alkuaikoihin. Pohjois ten metsien hoito -otsikon alle kokosimme meneillään olevia tutkimuk sia alkaen ilmaston muuttumisen vaikutuksista Lapin metsiin ja päätyen ojitettujen soiden kasvupaikkojen kuvaukseen. Esitelmissä käsiteltiin myös Lapin metsien uudistamista, aihetta, jonka ympärille koko tutkimus asema aikoinaan perustettiin, sekä metsiköiden harvennukseen ja kas vattamiseen liittyviä kysymyksiä. Tutkimusongelmat ja aiheiden käsitte lytapa ovat varmasti aikojen kuluessa muuttuneet, mutta tuntuu siltä, että edelleen löydämme uusia metsätalouteen liittyviä kysymyksiä, joi hin tutkimuksen keinoin etsimme vastauksia. Tähän julkaisuun kootut kahdeksan tutkimuspäivän esitelmää osoit tavat, että tieto Lapin metsistä ja niiden käsittelystä on huimasti lisään tynyt. Luonto kuitenkin muuttuu ja metsät sen myötä, eikä tärkeistä tutki musongelmista ole pulaa. Toivon, että tämä julkaisu löytää sijansa metsä ammattilaisten piirissä, antaa vastauksia ajankohtaisiin ongelmiin ja miksei herättäisi myös uusia kysymyksiä. Martti Varmola Tutkimusaseman johtaja 5 Varmola, M. & Tapaninen, S. (toim.). 200 1 . Pohjoisten metsien hoito. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 803:5-8. Rovaniemen tutkimuspäivän avaus Kari Mielikäinen Metsäntutkimuslaitos Unioninkatu 40 A, 00170 Helsinki kari.mielikainen@metla.fi Asiakaslähtöisyys on päivän sana myös metsäntutkimuksessa. Ei ole mitään mieltä tuottaa tutkimustietoa, jota kukaan ei kysy tai tarvitse. Vaikka asiakas onkin bisnesmaailman hienoimpien oppien mukaan aina oikeassa, ei hänkään aina osaa olla realisti. Malttamaton tutkimustiedon kuluttaja saattaa joskus kysellä hyönteistuhon vaikutusta puun tulevaan kasvuun jo siinä vaiheessa, kun toukka vasta teroittaa hampaitaan iskeytyäkseen puihin. Näin kävi esimerkiksi vuonna 1983, jolloin Metlaa pyydettiin selvit tämään Päijänteen ympärillä riehuvien mäntypistiäisten vaikutusta pui den kasvuun ja tekemään ehdotus kasvutappion huomioon ottamisesta metsäverotuksessa. Aikaa annettiin vuoden loppuun saakka. Kun tulok set saatiin viiden kasvukauden seurannan jälkeen valmiiksi, pistiäinen oli jo kadonnut seutukunnalta eikä kukaan ollut enää kiinnostunut koko asiasta. Kysyntä ja tarjonta eivät tässä tapauksessa kohdanneet. Tutki mus ei toki mennyt hukkaan. Seuraavaa epidemiaa ajatellen tutkijoilla on nyt valmiit tulokset pöytälaatikossaan. Tieteen edustajat jakavat tutkimuksen varsin usein perustutkimukseen ja soveltavaan tutkimukseen. Perustutkimuksen ajatellaan olevan yliopis tojen heiniä, tiedettä, jota tavallinen rahvas ei voi ymmärtää. Soveltavan tutkimuksen uskotaan puolestaan antavan helppoja vastauksia käytän nön pikku ongelmiin ja sen katsotaan kuuluvan maa-ja metsätalousmi nisteriön alaisille tutkimuslaitoksille, kuten Metlalle. Näin yksinkertainen jako on mielestäni huono ja johtaa koko tieteen teon helposti kahdelle sivuraiteelle. Pelkästä tieteellisestä mielenkiin nosta kumpuava perustutkimus saattaa osoittautua mihinkään kelpaa 6 Mielikäinen, Kari mattomaksi nollatutkimukseksi. Liian yksinkertainen soveltava tutkimus johtaa helposti samaan lopputulokseen. Pari esimerkkiä valaissevat asi aa. Esimerkiksi tutkimus, jossa inventoidaan pelkästään elävien ja kuol leiden taimien lukumääriä metsässä, ei ole paljonkaan arvoista. Tutki mus muuttuu käytännölle mielenkiintoisemmaksi vasta silloin, kun tut kija selvittää taimimäärin lisäksi taimikon tilajärjestyksen ja sen, miksi taimia kuolee. Samalla tavoin 1970-luvulla koneella hakattujen metsien lahoviat kertovat pelkästään metsämuseoissa ja romuttamoissa säilytet tävien Kockumsien ja Lokkereiden silloisista ominaisuuksista. Vasta tieto siitä, miten puunkoijuuvauriot ja niistä seuraavat lahoviat syntyvät, te kee tästäkin tutkimuksesta hyödyllisen. Mielestäni ei pitäisikään puhua perustutkimuksesta ja soveltavasta tutkimuksesta, vaan perusteiden tutkimisesta, jossa pyritään vastaamaan kysymyksiin "miksi" tai "miten kaikki tapahtuu", eikä vain kysymyk siin "mitä" tai "kuinka paljon". Aloitteleva tutkija saattaa joskus ajatella, että oikein huolellisesti mi tattu tutkimusaineisto, mahdollisimman hienot tilastolliset menetelmät ja kolmen desimaalin tarkkuudella esitetyt tulokset takaavat tutkimuk sen korkean laadun ja vaikuttavuuden. Näin ei asia kuitenkaan valitetta vasti ole. Paljon tärkeämpää kuin luotettavasti laskettu tarkka vastaus on oikea reaalimaailman kysymys. Tarkkaakaan vastausta ei kannata antaa väärään tai hämärään kysymykseen. Tutkija, joka näin tekee, on kuin maailman nopein suunnistaja, joka etenee väärään suuntaan eikä löydä rastia. Oikeiden tutkimuskysymysten tekeminen edellyttää hyvää yhteis työtä tutkimuksen tekijän ja tulosten käyttäjien kesken jo tutkimuksen suunnitteluvaiheessa. Miten hyvät kysymykset sitten löytyvät? On totta, että monia tulevai suudessa tärkeiksi nousevia kysymyksiä on vaikeaa, ellei peräti mahdo tonta ennustaa. Kukapa meistä olisi 1970-luvulla arvannut metsäkuo leman nousevan 1980-luvun tärkeimmäksi tutkimusaiheeksi? Vielä har vempi osasi ennustaa, että vuosikymmentä myöhemmin metsätalouden suuri huolenaihe ei ole enää metsäkuolema, vaan se, ettei metsissä ole tarpeeksi kuolleita puita edes hyönteisille syötäväksi. Yksi tapa varautua tuleviin kysymyksiin ovat pitkät, toistuvasti mita tut havaintosarjat. Metsäntutkimuslaitoksella on rekistereissään ja myös maastossa kymmeniätuhansia kestokoealoja, joista vanhimmat ovat pe räisin 1920-luvulta. Monet koealat ovat antaneet arvokkaimmat vasta uksensa kysymyksiin, joista kokeen perustaja ei ole osannut aikoinaan haaveillakaan. Professori Olli Heikinheimon noin 70 vuotta sitten eri puolille maata istuttamat männyn ja kuusen alkuperäkokeet palvelevat tällä hetkellä mahdollisen ilmastonmuutoksen vaikutusten arviointia. Tutkimuspäivän avaus 7 Rovaniemeltä kotoisin oleva mäntyjä kuusi eivät ole kuolleet noin neljä astetta lämpimämmässä Tammisaaressa. Päinvastoin ne ovat hyötyneet lämmöstä ja tuottaneet 70 vuodessa kaksin verroin enemmän puuta kuin samainen kuusialkuperä Lapissa. Professori Risto Sarvas aloitti 1950-luvulla siemensatojen jatkuvat mittaukset. Pusseihin kerättyjen ja talletettujen siementen, neulasten ja muiden roskien kemialliset analyysit kertovat nyt meille ilman laadun muutoksista vuosikymmenien saatossa. Rovaniemen tutkimusasema on tähän päivään mennessä järjestänyt tutkimuspäivän tai tutkimuspäivät 27 kertaa. Vain kahtena vuonna ase man historiassa tutkimuspäivää ei ole järjestetty. Tilaisuuksien aiheet painottuivat 1970-luvulla varsin usein metsänhoitoon ja puun tuottami seen. Puuta ei tuolloin kasvanut liikaa, pikemminkin päin vastoin. Tutkimuksen painoalat muuttuivat 1980-luvulla. Syynä tähän oli se, että Lapin metsissä alkoi tapahtua jännittäviä asioita, jotka varsin usein pyrkivät ylittämään myös valtakunnallisen uutiskynnyksen. Kesällä 1987 tutkijoita, suurta yleisöä ja mediaa puhutti Rovaniemen ympäristön männiköiden ankara neulaskato. Muutamaa vuotta myöhemmin tuho keskustelu siirtyi Sallan Rikkilehtoon ja sittemmin Levitunturin rinteille. Uuttera tutkimustyö paljasti vuoden 1987 tuhojen syyksi maan syvän routaantumisen, minkä seurauksena männyt kärsivät kesällä veden puut teesta. Sallan tuhot osoittautuivat versosurman aikaansaannoksiksi, Le vin metsät ruskettuivat ns. inversiossa kylmän ja lämpimän ilmamassan sekoittuessa toisiinsa. Oli varsin luonnollista, että 1980-ja 1990-luvuilla Lapin metsien ter veyttä ja kasvua käsiteltiin tutkimuspäivillä jopa useampaan kertaan. Myös muotiin tulleet luonnonsuojelu, matkailu, metsäsektorin tieto jäijestelmät ja satelliittikuvat olivat päivien aiheina. Mikä sitten on muotia tai minkä pitäisi tulla muotiin tällä hetkellä? Mietitäänpä. Viime vuosikymmenen puolivälissä vallinnut talouslama näkyi selvästi myös metsien hoidossa. Valtakunnan metsien inventointien mukaan metsänuudistaminen, taimikonhoito ja ensiharvennukset eivät ole pysyneet tavoitteiden mukaisella tasolla. Tilanne on erityisen paha ojitetuilla soilla, joilla maaston heikko kulkukelpoisuus, pienikokoinen puusto, tukkeutuvat ojat ja paikoitellen epätasapainoinen ravinnetila muo dostavat yhtälön, jonka taloudellinen ratkaiseminen on vaikeaa. Valtiovallan käynnistämä Nuoren metsän hoidon kampanja ja noin vuosi sitten julkistettu Kansallinen metsäohjelma korostavat metsänhoi don tärkeyttä metsien kestävän käytön perustana. Kansallinen metsä ohjelma edellyttää myös sitä, että metsänhoidon tutkimusta tehostetaan. Vuonna 1998 Metlassa aloitettu Etelä-Suomen metsien uudistamisen tutkimusohjelma ja tämän vuoden alussa käynnistynyt Metsänkasva 8 Mielikäinen, Kari tuksen vaihtoehtoja ja niiden puuntuotannollisia seurauksia käsittelevä tutkimusohjelma tarjoavat hyvän pohjan metsänhoidon menetelmien edelleen kehittämiselle. Olen tähän mennessä kertonut, kuinka tärkeää tutkimustyössä on se, että asetetaan oikeat kysymykset, tehdään sopivat analyysit ja esitetään tarkat tulokset. Valitettavasti tämäkään ei vielä riitä. Tiedosta ei ole mi tään hyötyä, ellei se siirry käytäntöön. Tutkimustulosten käytäntöön siirtämisen tehokkaimmat menetelmät riippuvat tiedon käyttäjistä. Metsänomistajien tavoittamisen tehokkaim mat keinot ovat henkilökohtainen neuvonta ja tulevaisuudessa entistä useammin Internet. Tutkimustiedon välittämisessä metsäammattilaisille yksi parhaita keinoja ovat tutkimuspäivät. Olen pannut ilolla merkille, että tämänkertainen Rovaniemen metsän tutkimuspäivä on palannut jollakin tavoin juurilleen. Perinteinen metsän hoito on aihepiiri, joka ei tule koskaan menemään pysyvästi pois muo dista. Syynä tähän on se, että kannattava, järkiperäinen metsänhoito on myös luontoarvojen huomioon ottamisen edellytys. Kannattamaton met sätalous on huono luonnonhoitaja. Näillä tutkimuspäivillä keskustelemme alustusten pohjalta metsä maasta, uudistamisesta, harvennuksista soilla ja kuivilla mailla sekä van hojen kuusikoiden käsittelystä. Emme unohda myöskään ilmastoa, jota ilman metsäkään ei "kasua" täällä Pohjan perukoilla. Jotta tutkimustieto voisi siirtyä tutkijoiden puheista käytäntöön, on päivän puheenjohtajiksi valittu kaksi käytännön metsätalouden ammat tilaista, Kirsi-Maija Korhonen Metsähallituksesta ja Mikko Hyppönen Lapin metsäkeskuksesta. Haluan lopuksi toivottaa teille kaikille oikein antoisaa Metsäntutkimus päivää. Viihtykää, oppikaa ja virkistykää. 9 Varmola, M. & Tapaninen, S. (toim.). 2001. Pohjoisten metsien hoito. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 803:9-29. Ilmaston muutokset kautta aikojen - onko menneisyys Lapin metsien tulevaisuuden peili? Mauri Timonen Metsäntutkimuslaitos, Rovaniemen tutkimusasema PL 16,96301 Rovaniemi mauri.timonen@metla.fi 1 Suomen ja hiukan Euroopankin metsähistoriaa Suomen metsien historian vanhin puulöytö lienee Vuotson kanavan kaivutöiden yhteydessä löytynyt lehtikuusen järeä kahdeksanmetrinen runko. Sen on päätelty kasvaneen viime jääkautta edeltäneellä lämpi mällä Eem-interglasiaalikaudella, joka vallitsi 130 000-117 000 vuotta sitten (Mäkinen 1982). Eemiä seurannut jääkausi hävitti maastamme lehtikuusen, joka on ehtinyt "paluumatkallaan" toistaiseksi vasta Äänis järvelle muutaman sadan kilometrin päähän Suomen itärajasta. Muita kin Eemin aikaisia jäänteitä on löydetty jääkautisten moreenien alta. Siitepölyt todistavat, että tammet ja pähkinäpensaat kasvoivat Eemin lämpimimmässä vaiheessa yleisinä aina Pohjanmaalla saakka ja että jalot lehtipuut muodostivat Keski-Euroopassa pääosan metsäalasta (Eronen 1991). Runsaat 100 000 vuotta kestänyt jääkausi (kuva 4b) ei ollut pelkäs tään jäiden aikaa, sillä ilmasto lämpeni kahteen otteeseen jaksolla 100 000-75 000 vuotta sitten (väliin jäi kylmempi jakso). Tuolloin ei päästy aivan Eemin lämpötiloihin, mutta kylmää ilmanalaa sietävät koi vu ja mänty pystyivät palaamaan takaisin Keski-Euroopan ja Suomen kin metsiin (Eronen 1992). Ilmasto kylmeni pysyvämmin noin 75 000 vuotta sitten, mikä merkitsi Keski-Euroopan muuttumista aukeaksi aroksi 10 Timonen, Mauri ja tundraksi ja Suomen peittymistä ilmeisesti kokonaan jäihin valtaosaksi jääkauden loppujaksosta. Metsät palasivat takaisin vasta nykyisen Holoseenin alussa noin 10 000 vuotta sitten. Jääkauden oli väistyttävä, kun lämpötila nousi rannikoilla 4—5 ja Eur aasian mantereen sisäosissa 10-15 astetta (kuva 4c). Samalla lämpöti lan vuotuinen vaihtelu pieneni murto-osaan entisestään. Varvut ja ruohot peittivät ensimmäisenä jäättömät alueet. Tuntumassa seurasi pioneeri puulajina tunnettu koivu muodostaen Holoseenin ensimmäisen vuositu hannen metsät. Mänty aloitti nopean etenemisensä noin 9 000 vuotta sitten vallaten samalla tilaa koivulta. Lappiin se saapui Atlanttisen kau den alussa 8 000-7 500 vuotta sitten leviten pian nykyistä levinneisyys aluettaan pohjoisemmaksi. Tervaleppä levisi Etelä-Suomeen noin 8 000 ja jalot lehtipuut 7000-6000 vuotta sitten. Ilmasto lämpeni hitaasti 6 000- 5 000 vuotta sitten, jolloin Suomessa vallitsi nykyistä 1-2 astetta lämpi mämpi ilmasto (Donner 1974). Mäntymetsät olivat Lapissa silloin laa jimmillaan, mitä osoittavat puuttoman tunturialueen mutapohjaisiin jär viin hautautuneet ns. subfossiiliset rungot (kuva 1). Jalot lehtipuut jou tuivat peräytymään ilmaston vähitellen viiletessä ja tekemään tilaa kuu selle, joka alkoi levitä idästä Suomeen noin 5 000 vuotta sitten saavutta en nykyisen levinneisyysrajansa 3 000-2 500 vuotta sitten. Viilenevä ilmasto muuttui noin 2 500 vuotta sitten aiempaa kosteam maksi (Mangerud ym. 1974). Muutos oli ilmeisen epäedullinen metsän rajamänniköille, sillä ajanlaskuamme edeltäviltä vuosisadoilta on löy detty vähänlaisesti subfossiilisia mäntyjäänteitä. Viileä jakso jatkui vie lä ensimmäisten vuosisatojen ajan, mutta lämpeni vuosituhannen taitetta lähestyttäessä ja vielä sen jälkeenkin (kuva 4d). Jakso tunnetaan kes kiajan lämpökautena (700-1300jKr.). Lisääntyneet sateet ilmaston viile nemisen myötä johtivat pieneksi jääkaudeksi nimettyyn ilmastovai heeseen (1560-1830). Viime vuosisata oli vaihteleva. Alkuvuosikymmenet olivat pienen jää kauden jäljiltä vielä kylmiä (kuva 4e). Voimakas lämpeneminen alkoi 1920-luvulla jatkuen aina 1950-lopulle saakka. Sen seurauksena on mänty etenemässä alueille, joilla ei ole ollut metsää vuosisatoihin. Viileämmän 30-vuotisjakson jälkeen seurasi poikkeuksellisen lämmin 1990-luku, jol loin erityisesti talvet olivat lämpimät ja kesät viileähköt. Mitä voidaan sanoa tulevasta ilmastosta? Kasvavatko metsät ennen näkemättömän suotuisissa olosuhteissa, kuten on ennustettu vai yllättääkö sittenkin raju kylmyys? Onko muita ilmastoja tarjolla? Miten suhtautua ilmastonmuutoksiin? Onko menneisyys Lapin metsien tulevaisuuden peili? Tässä artikkelissa pyritään vastaamaan näihin ja muihinkin ajan kohtaisiin kysymyksiin. Ilmaston muutokset kautta aikojen ... 11 Kuva 1. Nykyisen männyn metsänrajan ylä- tai pohjoispuolella sijaitsevat pikkulompolot upottavine suorantoineen, mutaisine pohjineen ja synkän mustine vesineen voivat tuntua luotaantyöntäviltä. Tutkijoille ne ovat kuiten kin tiedonlähteitä, joiden perusteella on mahdollista arvioida niin mennyttä, nykyistä kuin tulevaakin ilmastoa sekä samalla myös Lapin metsien kehi tystä. Tämän hetepohjaisen lammen vastarannalla kasvoi joskus järeä mäntymetsä, jonka rantaa lähinnä olevat yksilöt sortuivat juurineen veteen ilmeisesti pohjaveden noustua yllättäen 1-2 metrillä. Paksuudeltaan yli puoli metriset rungot lojuvat edelleen rantasyvänteessä sekä rungot että juuret hyvin säilyneinä. Niiden tyvet ovat noin 1,5 metrin syvyydessä ja latvat suun tautuvat kohti lammen keskikohtaa kadoten samalla mutaan. 2 Metsänrajamänty ilmaston tulkkina 2.1 Pitkät vuosilustosarjat ilmastotutkimuksessa Professori Gustaf Siren esitteli jo 40 vuotta sitten (1961) metsänraja männyn 780-vuotisen vuosilustosarjan. Sen tärkeä anti oli osoittaa, että Lapin männyn kasvu on jaksoittaista ja että hyviä ja huonoja kasvu jaksoja sattuu jokaiselle vuosisadalle. Merkittävä oli myös Sirenin ha vainto metsänrajamännyn uudistumisen ja suotuisien kasvujaksojen vä lisestä yhteydestä (kuva 2). Lapissa on äärevien olosuhteiden vuoksi hyviä uudistumisvuosia harvakseltaan, Pohtilan (1980) mukaan esimerkiksi Sodankylässä vain noin 6 kertaa vuosisadassa. Jotta siemen voisi itää, on kukkimista edeltävän ja sitä seuraavan vuoden lämpösumman ylitet- 12 Timonen, Mauri tävä tietyt kynnysarvot (910/845 d.d.). Tämä yhdistelmä voi toteutua niin Sodankylässä kuin muuallakin Lapissa vain ilmaston jak soittaisen vaihtelun ansiosta. Vuonna 1994 aloitettiin Kasvun vaihtelun tutkimushankkeessa professori Kari Mieli käisen johdolla työ, jossa koottiin elävien puiden, kelojen, vanhojen rakennushirsien, kantojuurakoiden ja muinaispuiden (subfos siilien) lustoista 1911 vuoden pituinen lus tokalenteri (Mielikäinen ym. 1998). Sarjan käytettävyyttä tutkimus-, opetus- ja esitte tarkoituksiin parannettiin yhdistämällä sii hen metsänrajaseudun kasvukauden ilmas toa kuvaava kesä-heinäkuun keskilämpötila käyrä ja Sirenin (1961) uudistumisvuodet vuoteen 1998 saakka päivitettynä (kuva 2). Sarja muodostaa edelleenkin Metlan lusto tutkimuksen keskeisen työvälineen, jolla rat kotaan mm. ilmastokysymyksiä. Lustokalentereiden "lippulaivana" ja suo malaisen lustotutkimusyhteistyön tämän het ken arvokkaimpana saavutuksena voi pitää metsänrajamännyn 7519-vuotista sarjaa (kuva 3). Metla osallistui sen viimeistelyyn vuosina 1996-1999 toteutetussa yhdeksän maan EU-projektissa ADVANCE-1 OK. Sitä johti tunnettu englantilainen ilmastotieteilijä Keith Briffa ja sen suomalaista osuutta sar- Kuva 2. Metsänrajamännyn vuosilustojen leveyksistä laadittu lustokronologia kertoo ryt misesti vaihtelevista kesä-heinäkuun keski lämpötiloista. 1900-luvun lämmintä ilmasto jaksoa on edeltänyt ainakin 10 vastaavaa läm penemistä. Kylmät jaksot seuraavat lämpimi en jaksojen perässä. Ilmastomuutostutkijoita kiinnostaa suuresti, kertovatko nämä rytmit maapallon ilmaston sisäisistä rytmeistä vai jos takin muusta. Kasvujen vertailu Sirenin uudis tumisvuosiin (1961,1996) osoittaa, että Lapin metsät uudistuvat pääsääntöisesti suotuisten ilmastojaksojen aikana. Ilmaston muutokset kautta aikojen ... 13 Kuva 3. Metsänrajamännyn 7519-vuotinen lustosarja koostuu 1087 huolel lisesti ristiinajoitetusta näytteestä. Yläkuvassa on perusmittauksista lasket tu vuosiluston keskimääräinen leveys. Vuoden 200 eKr. tienoilla eläneiden puiden korkea kasvu aiheutuu hyvästä kasvupaikasta ja aineiston eteläi semmästä sijainnista. Vuosilustoindeksit (keskellä) osoittavat vuotuisen vaih telun pysyneen koko jakson ajan kutakuinkin samana. Sarjan näytteiden määrä vaihtelee (alin kuva). jaa jo vuodesta 1974 kehitellyt professori Matti Eronen. Rovaniemen tutkimusaseman Dendrokronologian laboratorio vaikutti ratkaisevasti sar jan valmistumista vuosia estäneen parin vuosituhannen takaisen "au kon" täyttämiseen. Mahdollisesti jopa ensimmäisiin viime jääkauden jälkeen syntyneisiin mäntysukupolviin ulottuva 7519-vuotinen saija on maailman kolmanneksi pisin yhtenäinen sarja (Eronen ym. 2000). Tätä pitempiä ovat vain Keski-Euroopan 11 500-vuotinen tammisarja ja Poh jois-Amerikan 8800-vuotinen vihnemännyn (Pinus aristata) sarja. Briffa pitää Lapin metsänrajamäntyä yhtenä maailman tarkimmista ilmastonvaihteluiden mittareista. Käsitystään hän perustelee mm. sillä, että metsänrajamännyn riippuvuus kesä-heinäkuun lämpöoloista eli ns. ilmastovaste on poikkeuksellisen hyvä. Vuosilustoihin varastoituneiden ilman 13C ja 12 C-hiili-isotooppien suhde kertoo vuosilustojen ominaisuus tietojakin paremmin muinaisen ilmaston kesä-heinäkuiden keskilämpö tiloista. Metsänrajamännyn vuosilustoihin on jäänyt myös maapallon laajuisen ilmastonmuutoksen jälkiä, mitä todistavat lustoista paljastuneet pohjoisen pallonpuoliskon suurilmastoa ohjailevan NAO-ilmiön "sor menjäljet". NAO-kytkentä korostaa Lapin metsänrajamännyn merkitystä osana ilmaston globaalimuutosta kuvaavaa mittaristoa, johon kuuluvat mm. Grönlannin jäätiköistä ja merten koralleista mitattavat proksitun 14 Timonen, Mauri nukset (proksi = ilmastoa likimääräisesti kuvaava muuttuja). Edellä mai nitut tekijät, saijan ainutlaatuinen pituus ja erityisesti vuodentarkkuus tekevät Lapin metsänrajamännystä yhden 2000-luvun alkuvuosikym menen mielenkiintoisimmista ilmastonmuutostutkimuksen kohteista. 2.2 Metsänrajamännyn kasvun vaihtelu Tuhannen vuoden aikaperspektiivistä tarkasteltuna 1900-luvun kasvun vaihtelut eivät poikkea olennaisesti aiempien vuosisatojen vaihteluista (kuva 2). Vuosisata jakautuu kasvun vaihtelun perusteella kolmeen jak soon: heikkokasvuiseen alkuun (1900-14), hyväkasvuiseen keskivai heeseen (1915-60) ja normaalikasvuiseen loppujaksoon (1961-2000). Kasvuolosuhteet olivat ankarimmillaan 1800-luvulla pienen jääkau den loppuvaiheissa. Tämän kylmään vaiheeseen sijoittuvat mm. suuret nälkävuodet (1867-1868). On hiukan yllättävää, että näiden vuosien alku kesät näyttävät olleen indeksien perusteella vain noin 10 % normaalia heikommat. Ilmeisesti muina kuukausina, erityisesti elokuussa oli poik keuksellisen epäsuotuisat olosuhteet viljan kypsymiselle. Muistiin merki tyistä laajoista, puiden vuosirenkaissa näkyvistä tuhoista viimeisin on Lapin männiköitä tämän vuosisadan alussa koetellut pakkastuho. Koko Pohjoiskalotin alueella esiintynyt tuho alkoi syyskuussa 1902. Tuolloin ankara pakkanen vaurioitti talveen valmistautumattomia, pohjoisella metsänrajalla kasvavia mäntyjä. Poikkeuksellisen epäedulliset sääolo suhteet jatkuivat vielä myöhempinäkin vuosina. Vasta vuoden 1910 jäl keen hellittänyt kasvun lama ilmenee sekä vuosirenkaiden kapeutena (Mikola 1950) että neulasvuosikertojen alhaisena määränä (Jalkanen ja Kurkela 1990). Yksittäiset heikot kasvuvuodet näkyvät lähes kaikissa Lapin männyissä poikkeavan kapeina vuosirenkaina. Tutkimuksissa toistuvasti esiin tul leita poikkeuksellisia kasvuvuosia ovat 1574, 1601, 1620, 1680, 1696, 1709, 1734, 1769,1806, 1837, 1900, 1903, 1910-11, 1929, 1940 ja 1963 ja 1987. Joinakin vuosina on männyn kasvu voinut yksittäistapauksissa pysähtyä kokonaankin. Tämä on voitu päätellä esimerkiksi 1830-luvun puuttuvien vuosirenkaiden perusteella. Huomiota kiinnittää voimakkai den piikkivuosien vähäisyys keskiajan lämpökaudella. Metsänrajamännyn lustokronologia kertoo kasvun vaihteluiden lisäksi rytmisesti vaihtelevista kesä-heinäkuun keskilämpötiloista ja metsien uudistumisesta. Jakso 1915-60 oli poikkeuksellisen suotuisa. Päätelmää tukevat havainnot nuorista 40-85-vuotiaista metsiköistä, jotka nykyisin muodostavat maantieteellisesti pohjoisimman (polaarisen) ja tuntureilla ylimmän (alpiinisen) metsänrajan. Vastaava lämmin jakso löytyy vasta 1700-luvun puolivälistä, joka näkyy hyvin myös Vätsärin erämaiden puuston ikärakenteessa (Tynys 1998). Metsänrajamäntyjen kasvu on ol lut keskimääräistä heikompaa viimeisten 40 vuoden aikana. Ilmaston muutokset kautta aikojen ... 15 3 Millaisia ilmastovaihtoehtoja on tarjolla? Lapin metsien tulevaisuuden arviointi edellyttää aiemman ilmasto historian tuntemista. Kuvassa 4 esitellään viisi erilaista aikajännettä, al kaen noin miljoonan (800 000) vuoden jääkausi-ikkunasta ja päätyen vuosisadan sisäiseen tarkasteluun. Maapallon ilmaston lämpötilavaihtelut ovat pysytelleet viiden asteen ja lämpimämpien jaksojen aikana asteen suuruusluokassa. 1900-luvun lämpötilavaihtelut ovat olleet varsin nor maaleja. Ilmastonmuutokset voidaan jakaa kolmeen ryhmään aikajänteen pe rusteella (Calvin 1998): 1) 100 000 vuoden jaksoissa toistuviin jääkausiin 2) parisataa vuotta kestäviin ilmaston lämpenemisjaksoihin ( global wanning) ja 3) muutamien vuosien aikajänteellä toimiviin ENSOon (El Nino/Southern Oscellations), NAO on (North Atlantic Oscillations) ja muihin vastaaviin ilmiöihin. Lisäksi ovat dramaattisimpana ilmaston muutostyyppinä Grönlannin jääkairaustutkimuksista todetut äkilliset il mastomuutokset (abrupt climate flips, flip flops). 3. 1 Jääkaudet ja lämpökaudet Jääkaudet ovat luonnollinen ja merkittävä osa maapallon ilmastonvaih telulta. Jääkausiksi kutsutaan viileitä aikajaksoja, joiden aikana napa jäätiköt leviävät alemmille leveysasteille. Lämpötiloilla arvioiden kyse on 1,5-5 asteen pudotuksesta lämpökausiin verrattuna. Jääkaudet luon nehtivat kahta hyvin erilaista aikajaksoa: maapallon ilmastohistorian aiemmassa vaiheessa vallitsivat kymmenien tai satojen miljoonien vuo sien pituiset viileät jaksot, joiden aikana jäätiköt kaiken aikaa joko laa jenivat tai kutistuivat. Jääkausilla tarkoitetaan myös kymmenien tuhan sien vuosien pituisia jaksoja, jolloin jäätiköiden määrä on lähellä maksi miaan. Jääkaudet syntyvät maan aseman ja asennon pitkäaikaisista vaih teluista kiertoradallaan. Maan kiertoradan elliptisyys, sen pyörimisakselin asennossa vuosituhansien aikana tapahtuvat pienet vaihtelut ja sen hyrrä mäinen "vaapunta" (prekessio) vaikuttavat maan auringosta saamaan säteilyenergian jakaumaan ja määrään. Kun mainitut tekijät yhdistetään maapallon ilmaston lämpötilavaihteluihin, voidaan ns. ACLIN-ilmasto indeksiä (Astronomical CLimate INdex) käyttää myös tulevan ilmaston ennustamiseen (kuva 5, Eronen 1992). Ensimmäiset suuret jäämassat kertyivät maapallolle runsaat kaksi miljardia vuotta sitten, jolloin Huron-jääkausi peitti osan silloista man nerta nykyisen Pohjois-Amerikan alueella. Tämän noin 200 miljoonaa vuotta kestäneen maailman vanhimman jääkauden merkkejä on löyty nyt myös Pohjois-Karjalasta, Kontiolahden Urkkavaarasta (Marmo ja 16 Timonen, Mauri Kuva 4. Euroopan ja Pohjois-Ameri kan lämpötilavaihteluista viimeisten 800 000, 150 000, 18 000, 1000 ja 100 vuoden aikana, a) Ainakin 8 jää kautta on esiintynyt viimeisten 800 000 vuoden aikana, b) Viime jää kautta edeltävän Eemin ja nykyisen Holoseenin lämpötilakehitykset muis tuttavat toisiaan. Jääkautiset lämpö tilat ovat 4-5 astetta alempia, c) Ny kyisen Holoseenikauden lämpömak simi sattui Atlanttiselle kaudelle noin 6000 vuotta sitten, jolloin oli nykyistä pari astetta lämpimämpää, d) Viimei nen vuosituhat alkoi keskiajan läm pökaudeksi kutsutulla jaksolla. Silloi nen noin puolen asteen lämpötilan nousu vastaa nykyistä nousua. Kyl mintä oli pienen jääkauden aikana 1600-luvun lopulla, e) Lämpötilan nousua 1900-luvun alkupuoliskolle pi detään "toipumisena" pienestä jää kaudesta. Vuosisadan lopulla tapah tunut lämpötilan nousu aiheutuu Suo messa NAO-ilmiön aktivoitumisesta. Lähteet: Bradley ja Eddy 1991 (a-c), Daly 2001 (d) ja Jones 1997, Ojan suu ja Henttonen (1983) sekä Ilma tieteen laitos (e). Ojakangas 1984). Viimeistä noin 2,5 miljoonan vuoden pituista geolo gista jaksoa kutsutaan jääkausien ajaksi eli kvartäärikaudeksi. Tänä ai kana on sattunut yli 20 jäätiköiden etenemis- ja perääntymisvaihetta, viimeisimmän etenemisen tapahduttua 25 000-10 000 vuotta sitten. Vii meisen 750 000 vuoden aikana on ollut kahdeksan jääkautta ja niiden välistä lämpökautta (interglasiaalia). Geologit ovat löytäneet jäänteitä ainakin viidestä nykyisen Suomen maaperällä vallinneesta jääkaudesta (kuva 4a). Ilmaston muutokset kautta aikojen ... 17 Kuva 5. Tähtitieteellisessä ilmastoindeksissä ACLIN (Astronomical CLimate INdex) on otettu huomioon maan kiertoradan elliptisyys, sen pyörimisakselin asennossa vuosituhansien aikana tapahtuvat pienet vaihtelut ja hyrrämäinen "vaapunta" (prekessio), jotka kaikki vaikuttavat maapallon auringosta saa maan säteilyenergian jakaumaan ja määrään. Kun nämä pienet muutokset on suhteutetaan maapallon ilmaston lämpötilavaihteluihin, on tuloksena tark ka "jääkausimittari". Viimeisin jääkausivaihe kesti ajan 117 000-10 000 vuotta sitten (kuva 4b). Jäätiköt levisivät Kanadaan, Skandinaviaan, Skotlantiin ja USAn itäosiin peittäen 32% maa-alasta. Nykyiset jäätiköt peittävät 10 % sijaiten pääasiassa Grönlannin ja Antarktiksen alueilla. Holoseeni (kuva 4c) on muodostunut varsin rauhalliseksi jaksoksi viimeisen 100 000 vuoden aikaskaalassa tarkasteltuna (Broecker 1995). Tämänkin jakson lämpötiloissa on ollut aaltoilua ja muita trendimäisiä muutoksia, mutta vaihtelu on pysynyt parin asteen haarukassa. 3.2 Lämpenemisjaksot (Global warming) Ilmaston lämpeneminen (global warming) määritellään pitkäaikaiseksi maan alimman kerroksen (troposfäärin) keskilämpötilan nousuksi. Kä site yhdistetään usein ns. voimistuneeseen kasvihuoneilmiöön (Green house effect). Kasvihuoneilmiö on sinänsä luontainen osa maapallon ilmaston toimintaa, joka perustuu ilmakehän ns. kasvihuonekaasujen ominaisuuteen varastoida maasta poistuvaa lämpösäteilyä. Maapallon keskilämpötila (+l5 °C) olisi ilman kasvihuonekaasuja 33 astetta ny kyistä alempi (-18 °C). Kasvihuonekaasujen osuus ilmakehän kaasuista on noin 2 %, josta pääosan muodostaa vesihöyry hiilidioksidin osuuden ollessa vain 0,04 %. Ihmisen teollinen toiminta on lisännyt kasvihuone kaasujen määrää 0,1 %:n verran. Maapallon keskilämpötilan nousun noin puolella asteella arvioidaan olevan tämän toiminnan seurausta. 18 Timonen, Mauri Maapallon lämpenemisen syyksi on esitetty myös auringon energia tuotannon vaihteluita. Vuosina 1980-89 tehdyt Solar Max-satelliitti mittaukset osoittivat, että auringon energiantuotantoa kuvaava aurinko vakio ei olekaan vakio, vaan sykkivä muuttuja, jonka arvot vaihtelivat ±0,22 %(3 w/m2) keskiarvosta (Willson 1991). Auringon säteilyenergia nousi 1900-luvun selvään maksimiinsa vuonna 1980 ja saavutti toiseksi korkeimman arvonsa vuonna 1990. Viisi viimeisintä auringonpilkku maksimia (1944-1990) olivat säteily voimakkuudeltaan vuosisadan kor keimmat. Erikoista on, että auringonpilkkujakson pituus lyhentyi 11 vuodesta 9 vuoteen. Tanskalaiset tutkijat (Friis-Christensen ja Lassen 1991) vertailivat auringonpilkkujakson pituutta maapallon keskilämpö tilaan (kuva 6) päätyen häkellyttävään yhteensopivuuteen (r=0,95). Il miö aiheutuu heidän mukaansa aiempaa aktiivisemmasta ja kuumem masta auringosta, jonka kasvanut säteilyteho varastoituu lämpönä meri veteen, josta se edelleen siirtyy ilmaan. Selitystä tukee syvien merivesien lämpeneminen viimeisten 40 vuoden aikana noin 0,6 °C:lla. Vuonna 1996 tehtiin uusi merkittävä havainto: Svensmark ja Friis-Christensen (1997) löysivät auringon aktiivisuutta, kosmista säteilyä ja maan pilvipeitettä koskevan yhteisen lainalaisuuden. Kun aurinko on aktiivisimmassa vai heessaan, heikkenee maapallon ilmakehään kohdistuva neutronipom mitus (kosminen säteily), joka puolestaan vaikuttaa pilvipeitteeseen vähentävästi 4 prosentin verran (kuva 7). Siten lämpöä pääsee meriin entistä enemmän. On arvioitu, että auringon säteilytehon kasvu 0.2 %:lla nostaa maa pallon lämpötilaa 0,15 asteella. Vertailuna mainittakoon, että jääkauden syntyyn riittää 0,1 %:n (1,5 w/m2) pitkäaikainen säteilytehon muutos. Willson (1991) arvioi auringon energiatuotannon vaihteluiden selittä vän ilmaston lämpenemisestä noin neljänneksen (0,10 °C). Dalyn (2001) ja Landscheitin (2001) mukaan vaikutus voi olla käytännössä jopa kol minkertainen eli 0,45 °C ilmakehän kerrannaisvaikutusten ansiosta. Pohtila (1980) havaitsi metsänrajamännyn uudistumisvuosien sattu van auringonpilkkujakson maksimin välittömään läheisyyteen, mikä on sopusoinnussa myös Sirenin esittämiin useamman vuoden pituisiin uudis tumisjaksoihin vuoden 1855-57 uudistumisjaksoa lukuun ottamatta. Katovuodet puolestaan näyttivät osuvan auringon aktiivisuuden minimi vuosiin. Myös kasvukauden tehoisa lämpösumma näytti seuraavan au ringon aktiivisuuden vaihteluita. Mekanismia, joka olisi selittänyt riippu vuussuhteen, ei vielä 1980-luvun alussa ollut mahdollista esittää. Uudet tutkimustulokset tekevät esitetyt päätelmät ainakin periaatteessa mahdol lisiksi. Auringon aktiivisuuteen voi liittyä myös AMO-rytmiksi (Atlantic Multidecadal Oscillations) nimetty Atlantin syvien merivesien lämpöti lan jaksollinen 50-70 vuoden vaihtelu (Kerr 2000). AMOn huippuvaiheet Ilmaston muutokset kautta aikojen ... 19 Kuva 6. Maapallon keskilämpötila seuraa tarkasti (r=0,95) auringon ener giatuotannon vaihteluita kuvaavaa auringonpilkkujakson pituutta (Friis- Christensen ja Lassen 1991). Merkille pantavaa on, että totutun 11 vuoden jakson sijasta nykyisin on puhuttava 10 tai jopa 9 vuoden jaksoista! Aurin gon halkaisijan on todettu pienentyneen noin 410 km:llä viimeisten 200 vuo den aikana. Kutistunut aurinko on nyt entistä kuumempi, mikä saattaa selit tää noin 2,5 w/m 2 tehon kasvun. Viimeksi mainitun on laskettu merkitsevän noin 0,15 asteen nousua maapallon keskilämpötilassa. Kuva 7. Pilvipeite vähentyy noin neljällä prosentilla, kun maapallon ilmake hään kohdistuva neutronipommitus (kosminen säteily) heikkenee auringon ollessa aktiivisimmassa vaiheessaan (Svensmark ja Friis-Christensen 1997). Pilvisyyden väheneminen merkitsee lämpösäteilyn voimistumista ilmakesän alaosissa. Tässäkö selitys auringon aktiivisuuden ja maapallon ilmaston vaihteluiden väliselle vuorovaikutukselle? 20 Timonen, Mauri sattuivat 1940-ja 1990-luvuille, mikä vastaa pohjoisen pallonpuoliskon keskilämpötilan vaihteluita. Instrumentaalimittauksiin perustuvat kaksi AMO-jaksoa eivät vielä kuitenkaan riitä todistamaan ilmiötä jaksolli seksi; avuksi tarvitaan proksisarjojen pitempiä aikajänteitä. Lapin pitkä kronologia on yksi ehdokas AMO-rytmin tutkimiseksi. Mielenkiintoi sen osionsa muodostaa myös AM On ja auringon aktiivisuuden väliset yhteydet. On mahdollista, että metsänrajamännyn lustot sisältävät NAO signaalin lisäksi auringon aktiivisuutta kuvaavan signaalin, kuten Pohtila jo vuonna 1980 esitti. 3.3 Lyhytaikaiset vaihtelut (NAO) Vaikka jäätikkö-ja sedimenttilustot osoittavat ilmaston keskilämpötilan pysyneen viimeisten 10 000 vuoden aikana varsin vakaana, on lämmön jakautumisessa maapallon eri osien suhteen suurta vaihtelua. Maapallon lämmönjako perustuu merissä kiertävään lämmönsiirtojärjestelmään, jonka osan muodostaa Golf-virta (kuva 8). Lämmönsiirron ja ilmaston vuorovaikutteista toimintaa ilmentävät jaksoittaiset vaihtelut, joista tun netuimmat ovat eteläisellä pallonpuoliskolla vaikuttava ENSO {EI Nino/ Southern Oscillations ) sekä sen pohjoinen serkku, Pohjois-Atlantin NAO {North Atlantic Oscillations). Niiden huippuvaiheet merkitsevät normaa lista poikkeavien sääolojen muodostumista eri puolille maapalloa. Kuvat 8. Fennoskandialle elintärkeä Golf-virta (oik.) on osa suurempaa maapallon meriä kiertävää lämmitysjärjestelmää (Conveyer), jossa päivän tasaajan suunnasta pohjoiseen virtaava lämmin vesi luovuttaa lämpöä me renpinnan yläpuoliseen ilmaan. Tuulet, joita NAO-ilmiö ohjailee, hoitavat läm mön jatkojakelun kohteisiin. Painavammaksi ja suolaisemmaksi tullut jääh tynyt vesi palaa takaisin etelään merten syvänteisiin vaipuessaan. Ilmaston muutokset kautta aikojen ... 21 Kuva 9. NAO-indeksit (Jones ym. 1997) kuvaavat Islannin ja Azoreiden vä lisiä ilmanpaine-eroja. Korkea NAO-indeksi eli matala ilmanpaine Islannis sa aiheuttaa Pohjois-Euroopan suuntaan voimakkaita lounais-ja länsituulia, jotka siirtävät Golf-virran lämpöä Fennoskandiaan. NAO-indeksit selittävät hyvin 1990-luvun lämpimien talvien syyn. NAO-ilmiö vaihtelee jaksoittaisesti aiheuttaen äärivaiheissaan poik keuksellisia säitä Euroopassa ja Pohjois-Afrikassa. Sen vaikutukset myös Suomen ilmastoon ovat dramaattiset. NAOn huippuvaihe, jota ilmaisee korkea indeksi, ilmenee Suomessa erityisesti sydäntalvella lämminhenki sinä mutta välistä myös myrskyisinä länsi-ja lounaistuulina (kuva 9). Ilmastotutkijat kiinnittivät viime vuosikymmenellä paljon huomiota NAOon liittyvien lounaisten/läntisten ilmavirtausten (länsivirtausten) voimistumiseen. Sen seuraukset näkyivät Suomessakin nousseina talvi kauden keskilämpötiloina ja Lapissa myös lisääntyneenä sateisuutena. Talvikuukausien (joulu-maaliskuu) keskilämpötila nousi männyn metsän rajaseuduilla jopa parilla asteella koko tarkastelujaksoon (1901-1997) verrattuna ja lunta satoi normaalia enemmän, esimerkiksi talvella (1999/ 2000) Käsivarressa jopa kolminkertaisesti ja muualla Lapissa kaksin kertaisesti normaaliin nähden. Talvikauden sateisuus ei tosin Suomessa, Käsivartta lukuunottamatta, korreloi kovin hyvin NAO-indeksien kans sa. Orografiset tekijät (mm. korkeat maastomuodot) vaikuttavat satei den alueelliseen jakaantumiseen, ja erityisesti Norjan ja Ruotsin väli maastossa sijaitseva Kölivuoristo jakaa sateet niin, että NAO-indeksien ja sateisuuden korrelaatio on Norjassa korkea mutta Suomessa pieni. NAO vaikuttaa voimakkaimmin talvikaudella Suomen ilmastoon. Esimerkiksi tammi-maaliskuun NAO-indeksi (kuva 10) korreloi helmi huhtikuun keskilämpötilaan korrelaatiokerrointasolla r=o,7, jota on pi dettävä korkeana. NAOn vaikutusta kesäkauden sääoloihin tai puun kas vuun on pidetty vähämerkityksisenä. Samaan suuntaan viittaa kesä-hei näkuun keskilämpötila, joka on pysytellyt männyn metsänrajalla viimeis ten 25 vuoden aikana 1900-luvun keskiarvon tuntumassa, ehkä hiukan 22 Timonen, Mauri Kuva 10. NAO-indeksi on hyvä Pohjois-Atlantin ilmaston vaihteluiden mitta ri. Se kuvaa Islannissa ja Azoreilla vallitsevien ilmanpaineiden välistä suh detta. Korkea NAO-indeksi merkitsee Islannin seuduilla matalapainetta, joka ilmenee Suomessa läntisinä ja lounaisina tuulina. Kevättalven (helmi-huhti kuu) keskilämpötila männyn metsänrajalla seuraa noin kuukauden viiveellä tammi-maaliskuun NAO-indeksiä: korrelaatio 0,70 osoittaa yhteyden ole van melko kiinteän. Koko 1990-luvun vallinnut korkea NAO-indeksi teki vuo sikymmenestä poikkeuksellisen lämpimän ja lumisen. sen alapuolellakin. Jotain näyttää kesäsäissäkin tapahtuneen, sillä läm pötilan äärivaihtelu näyttää pienentyneen: huippuhelteet ja kylmänpiikit puuttuvat. Mielenkiintoinen on myös havainto, jonka mukaan metsän rajamännyn vuosilustoindeksin ja NAOn talvikuukausien (joulu-maa liskuu) välillä vallitsee heikko, mutta tilastollisesti merkitsevä riippu vuus (r = 0,4, kuva 11). Uudet tulokset vahvistavat myös Lapin kesäkau den ilmaston yhteyden NAO-ilmiöön. Samalla ilmenee, että kolmen kuukauden NAO-indeksit korreloivat ympärivuotisesti vastaavasti las kettuihin lämpötiloihin joko lähes viiveettömästi tai korkeintaan kuu kauden viiveellä. NAO-indeksin vaihteluväli on viime vuosikymmeninä pienentynyt, mikä saattaa olla yhteydessä sekä keskilämpötilassa että vuosilusto indeksissä tapahtuneeseen vaihtelun pienentymiseen. Jos havainto pitää Ilmaston muutokset kautta aikojen ... 23 Kuva 11. Metsänrajamännyn ilmasto on kesälläkin yhteydessä NAO-ilmi öön. Esimerkiksi touko-heinäkuun keskilämpötilan ja saman jakson NAO indeksin välinen korrelaatio on 0,61. Vuosilustoindeksin ja NAOn välinen korrelaatio (r=0,26) tässä asetelmassa on vaatimaton, sillä metsänraja männyn kasvu keskittyy heinä-elokuulle. Metsänrajamännyn kasvu kuukausien heinä-ja elokuun keskilämpötilan korrelaatio kesä-elokuun NAO indeksiin on 0,47 ja lustoindeksiin 0,50. NAOn ja lustoindeksin välinen kor relaatio on 0,35. Kesäkauden eli kesä-elokuun NAO-indeksi ja vastaavan ajanjakson keskilämpötila korreloivat 0,50: n tasolla. Vuosilustoindeksi yltää tällä asetelmalla korkeimpaan korrelaatioonsa NAOn kanssa, o,4o:een. paikkansa, voi olla kyse siitä, että länsivirtausten mukana saapuva kos teampi meri-ilma lisää myös kesänaikaista pilvisyyttä ja sateisuutta. Täl löin idän, kaakon ja etelän suunnilta saapuvan kuivemman ja kuumem man mantereisen ilmaston äärevöittävä vaikutus (poutapäivät, hallayöt) vähenee. 3.4 Äkilliset ilmastonmuutokset Äkillisissä ilmastonmuutoksissa valtaosa maapallosta joutuu hyvin lyhy essä ajassa, jopa 10-20 vuodessa, jääkautisten lämpötilojen valtaan. Muutaman sadan vuoden kuluttua sää palautuu yhtä nopeasti normaa liksi kuin oli jäähtynytkin. Nämä tapahtumat ovat toistuneet edeltävän 24 Timonen, Mauri 100 000 vuoden aikana muutaman tuhannen vuoden välein. Viimeisin huomattava kylmeneminen alkoi ilmaston lämpenemisvaiheessa noin 12 700 vuotta sitten. Tämä nuoremmaksi Dryas-kaudeksi kutsuttu vaihe kesti peräti 1300 vuotta. Uusi äkillinen lämpeneminen alkoi 11 500 vuotta sitten, jolloin myös ensimmäiset maanviljelyskylät perustettiin Lähi- Itään. Ilmasto alkoi kylmetä jälleen 8200 vuotta sitten, mutta palautui ennalleen jo 100 vuotta myöhemmin. Äkilliset ilmastonmuutokset aiheutuvat Broeckerin (1997) mukaan yhtäkkisistä muutoksista maapallon lämmönsiirtojärjestelmässä. Pohjois- Atlantin suolainen ja talvisin jäähtyvä merivesi toimii kiertoa ylläpitävänä voimana {driving force), sillä vaipuessaan syvyyksiin Kanadan puolei sella rannikolla ja virratessaan etelää kohti se tekee tilaa kevyemmälle ja lämpimämmälle etelästä virtaavalle pintavedelle, josta osan muodos taa Golf-virta. Tällä latauksella vähitellen lämpenevä paluuvesi kulkeu tuu Afrikan eteläkärkeen saakka. Jäijestelmä latautuu uudelleen Antark tiksen rannikolla, jossa jäätyvä suolainen merivesi vapauttaa suolaa ve teen tehden siitä raskaampaa ja saaden sen jälleen vajoamaan. Tämä sysäys puskee vettä pohjoisen suuntaan Intian valtamerta ja Tyyntämerta kohti, jossa se lämpenee ja nousee pintaan aloittaen uuden kierroksen. Aiemmat äkilliset ilmastonmuutokset aiheutuivat teorian mukaan jää tiköiden sulamisessa syntyneiden makeanveden altaiden purkautumisista mereen. Tällöin kevyt suolaton vesi ei vajonnutkaan alaspäin vaan jäi pintaan estäen samalla lämmönsiirtojärjestelmän toiminnan. Tästä oli seurauksena maapallon laajuinen ilmaston nopea jäähtyminen ja kyt keytyminen uuteen ilmastolliseen toimintamalliin. Muutamien vuosisa tojen kuluessa löytyi uusi tasapainotila, jolloin ilmasto lämpeni yhtä nopeasti kuin oli laskenutkin. Nykyisinkin on mahdollista, että kasvi huoneilmiön voimistamat sateet ja Grönlannin jäätiköiden massiivinen sulaminen pohjoisilla merialueilla johtaisivat samankaltaiseen tilantee seen dramaattisine seurauksineen. Ilmastokatastrofi voisi merkitä Eu roopan keskilämpötiloissa 5-15 asteen pudotusta kymmenessä vuodes sa. Lisäksi kylmenemisvaiheeseen sisältyisi ilmaston epävakaus (flickering ), mikä ilmenisi sään rajuina vuotuisina vaihteluina. Muutok sen nopeuden vuoksi on pelättävissä, ettei maatalous ehtisi sopeutua sii hen, millä tietenkin olisi mittavat vaikutuksensa. Nykyisten jäätiköiden vakiintuneeseen asemaan luottavat tutkijat arvelevat, ettei olisi edelly tyksiä edes 8200 vuoden takaiseen ilmaston notkahdukseen, jolloin il meisesti Pohjois-Amerikan Laurentia-jäätikön jääjärvestä yhtäkkisesti purkautuva makea vesi häiritsi maapallon lämmönsiirtojärjestelmän toi mintaa Pohjois-Atlantilla (Broecker 1997). Ilmaston muutokset kautta aikojen ... 25 4 Tulevan ilmaston kehitysnäkymät 4.1 Ennustamisen suuntaviivat Jääkausien ja niiden välisten lämpöjaksojen toistuminen on kiistatonta ilmastohistorian tietoa, jota voidaan soveltaa myös pitkän aikavälin ilmastoennusteissa. ACLIN-indeksin (kuva 5) mukaan esimakua seu raavasta jääkaudesta saadaan jo noin 2000 vuoden kuluttua. Ilmasto kylmenee asteittain siten, että noin 23 000 vuoden kuluttua on edellistä voimakkaampi notkahdus ja noin 60 000 vuoden kuluttua seuraa jää kauden kylmin vaihe. Jäätiköityminen sisältää useita etenemis- ja perääntymisvaiheita. Lämpökaudet (interglasiaalit) ovat lyhyitä jaksoja jääkausiin verrat tuna. Viime jääkautta edeltävä Eemikausi kesti 13 000 vuotta. Nykyi nen Holoseenikausi on kestänyt jo 10 000 vuotta. ACLIN-syklin mu kaan on menty jo alle indeksiarvon 2,5, mikä tarkoittaa siirtymistä ilmastoluokituksessa kylmimpään kauteen. Olemme siis jo nyt jääkau den kynnyksellä! Voimistuneen kasvihuoneilmiön aiheuttama ns. superinterglasiaali voi viivästyttää joillakin vuosisadoilla jäähtymistä. ACLIN-syklit vaikuttavat maapallon ilmastoon tuhansien vuosien aikajänteellä. Ihmisiän näkökulmasta niin hitailla muutoksilla ei liene juuri merkitystä, sen sijaan vuosien ja vuosikymmenien aikana tapah tuvilla muutoksilla on. Lähivuosikymmenien ilmaston kehityksen arvi ointi on epävarmaa, sillä ilmastodynamiikkaan liittyy paljon vaikeasti hallittavia tekijöitä. Ongelmana on myös se, että kaikkia ilmastoon vai kuttavia prosesseja ei vielä tunneta kunnolla tai ei lainkaan. Lisäksi ovat satunnaisesti vaikuttavat kaoottiset tapahtumat (esim. meteoriitit, tuli vuorenpurkaukset, maanjäristykset), jotka heikentävät parhaimpienkin mallien ennustekykyä. Lähivuosiymmenien ilmastoa ennustetaan mm. 1) voimistuneella kasvihuoneilmiöllä, 2) auringon energiantuotannon vaihteluilla ja 3) molempien yhdistelmillä. Kannattajia on saanut myös 4) ei-lämpenemistä -vaihtoehdon tutkiminen. Käsitykset lämpenemisen syistä menevät ris tiin. Hallitusten kansainvälinen ilmastopaneeli IPCC pitää selviönä, että ilmastonmuutoksen syynä on voimistunut kasvihuoneilmiö, jossa aurin gon osuus on korkeintaan vähäinen. Kriittisesti asiaan suhtautuvat pitä vät voimistunutta kasvihuoneilmiötä riittämättömänä synnyttämään ha vaittua lämpenemistä. Osa tutkijoista uskoo molempien tekijöiden yhteisvaikutuksiin. Ei-lämpenemisen vaihtoehdolle asettuneet tutkijat arvostelevat maapallonlaajuisten lämpötilamittausten suoritus-ja lasken tatapaa. Tuhansien lämpötilasarjojen yhdistelemiseen yhdeksi yli 100- vuotiseksi keskiarvosaijaksi sisältää yllättävän monta virhelähdettä, jotka aiheutuvat pitkistä sarjoista itsestään, havaintoasemaverkostojen raken teista ja niiden muutoksista, mittaustavoista maalla/merellä/ilmassa/ava 26 Timonen, Mauri ruudesta (Daly 1998, 2001). Keskustelua on mm. herättänyt asutuskes kuksissa mitattujen lämpötilasarjojen nousevat trendit, jotka eivät näy läheisten maaseutuasemien sarjoissa (vrt. kuva 4e: Sodankylän ja koko Suomen keskiarvosarjat). Ilmastonmuutoksen luontaisia prosesseja ei tunneta läheskään riittä västi. Uusien löytöjen sävyttämässä epävarmassa asetelmassa on myös vaikeaa arvioida ihmisen toiminnan vaikutusta ilmastonmuutokseen. Instrumentaalimittauksien lyhyt aikajänne vaikeuttaa ilmastoon vaikut tavien pitkäjaksoisten ilmiöiden selvittämistä. Prokseilla päästään pi dempiin aikajänteisiin, mutta niiden puutteena on joko epätarkkuus tai vain osittainen yhteys tutkittavaan ilmiöön. Esimerkiksi Lapin männyn vuosilustoja voi käyttää vain kesä-heinäkuun lämpöolojen selvittämi seen, mutta se ei sovellu kokoko vuoden keskilämpötilan arviointiin. 4.2 "Ilmastoennuste" Suomelle Lähinnä keskustelun pohjaksi ja vaihtoehtojen tarjoamiseksi seuraavas sa esitetään AMO-rytmiin perustuva lähivuosikymmenien ilmasto ennuste. Jos Atlantin merivirroissa vaikuttava AMO-rytmiikka on todel linen, Atlantin vedet pysyvät puolisen astetta normaalia lämpimämpinä vielä 10-15 vuotta. Miten Suomi tulisi hyötymään siitä, riippuu NAO ilmiön käyttäytymisestä. Jos NAO-indeksit pysyvät korkeina, kuten ta pahtui 1990-luvulla, pitävät vallitsevina olevat lounaistuulet Suomen talvet jatkossakin tavanomaista lämpimämpinä. Jos NAO-ilmiö normali soituu vähitellen, jolta tällä hetkellä näyttää, voivat talvemme normali soitua jo lähivuosina. Toisaalta NAO voi seurata AMOn vaiheita. Sen mukaan vuosituhannen ensimmäinen vuosikymmen olisi Suomessa ja Pohjois-Euroopassa selvästi normaalia lämpimämpi. Pitkän ajan keski arvon alapuolelle menevä viilentyminen alkaisi vasta vuoden 2015 jäl keen ja joskus 2020-luvun loppupuolella tultaisiin kylmimpään jaksoon, jolloin oltaisiin ehkä parisen astetta keskiarvon alapuolella eli olisi neli sen astetta nykyistä kylmempää. Miten ihmisen aikaansaama ilmaston muutos ja muut tekijät vaikuttavat tähän tilanteeseen, jää toistaiseksi avoimeksi kysymykseksi. Esitetty AMO-ennuste kuten kaikki muutkin ilmastoennusteet tarjoa vat viitemateriaalia ilmastonmuutostutkimuksen kehittämiseksi. Jotta turhilta ylilyönneiltä vältyttäisiin, tutkijoiden tulisi ilmastomuutoksen ennustamiseen liittyvien lukuisten epävarmuustekijöiden vuoksi pitää ainakin julkisessa keskustelussa "jäitä hatussa". Ainut ja oikea tuomari näissä asioissa on - valitettavasti - aika. Ilmaston muutokset kautta aikojen ... 27 5 Onko menneisyys Lapin metsien tulevaisuuden peili? Maapallon ilmasto näyttää toistuvan ainakin jääkausirytmien osalta ennustettavasti. Mantereiden vaeltaminen ja monet muut tekijät muutta vat jääkausiaikojakin hiukan toisistaan poikkeaviksi. Muutokset ovat kuitenkin niin hitaita, että tähän "pysyvyyteen" voitaneen toistaiseksi luottaa. Auringon toiminnan poikkeukselliset muutokset, voimistunut kasvi huoneilmiö ja ihmisen toiminta yleensä, luonnonkatastrofit ja monet muut tekijät voivat saattaa ilmaston sellaiseen epätasapainotilaan, että voi kulua vuosisatoja tilanteesta toipumiseen. Ihminen voi sopeutua muutoksiin, mutta Lapin metsien joustokyky tässä suhteessa on paljon rajoitetumpi. Menneisyys tarjoaa Lapin ja Suomenkin metsätalouden suunnitteluun erilaisia toimintamalleja. Tulevaisuus on kuitenkin sen verran arvoituk sellinen, että on aiheellista tutkimuksen keinoin seurata mahdollisim man tarkoin metsien kehitystä, suurilmaston vaihteluita ja ilmaston muutosta. Tarvittavat strategiset metsiin kohdistuvat toimenpiteet riip puvat näiden kolmen tekijän keskinäisestä asetelmasta. Vastaus otsikon kysymykseen lienee täten ainakin osittain kielteinen. "Pysyvää on vain muutos" sopii hyvin lähtökohdaksi ja toimintastrategiaksi ilmastoasioita mietittäessä. Kirjallisuus Bradley, R. S. & Eddy, J.A. 1991. Remembrance of things Past: Greenhouse Lessons from the Geologic Record. Earth Quest 5(1). Broecker, W.S. 1995. Chaotic climate. Scientific American. November 1995. 1997. "Will Our Ride into the Greenhouse Future be a Smooth One?" GSA Today 7(5): 1-7 (May 1997). Web-dokumentti: http://www.geosociety.org/ pubs/gsatoday/gsat97os.htm Calvin, W.H. The Atlantic Monthly; January 1998. The Great Climate Flip- Flop 281(1): 47-64. Web-dokumentti:_http://www.theatlantic.com/issues/ 98jan/climate.htm Daly, J.L. 1998. What's wrong with the Surface Record? http:// www.greeningearthsociety.org/Articles/2000/surface 1 .htm 2000. The Surface Record. "Global Mean Temperature" and how it is determined at Surface Level, http://www.microtech.com.au/daly/ surftemp.htm 2001. Days of Sunshine. Web-dokumentti: http://www.microtech.com.au/ daly/solar.htm 28 Timonen, Mauri Dawson, A. G. 1992. Ice Age Earth. Late quaternary Geology and Climate. Routledge, London, New York. 293 s. Donner, J. 1974. Klimatförändringarna efter senaste istid. Societas Scientarium Fennica. Ärsbok - Vuosikirja 51 B 7: 1-10. Eronen, M. 1991. Jääkausien jäljillä. Ursan julkaisuja 43. Tähtitieteellinen yhdistys Ursa. Helsinki. 271 s. 1992. Milloin tulee seuraava jääkausi? When will the next ice age come? Terra 104(4): 249-262. Eronen, M., Zetterberg, P., Briffa, K. Lindholm, M., Meriläinen, J. & Timo nen, M. 2000. The supra-long Scots pine tree-ring record for northern Finnish Lapland. Holocene. Painossa. Friis-Christensen, E. & Lassen, K. 1991. Length of the solar cycle: An indicator of solar activity closely associated with climate. Science 254: 698-700. IPCC. 2001. Climate Change 2001. The Scientific Basis. Summary for policemakers. A report from Working Group I of the Intergovernmental Panel of Climate Change. The IPCC Third Assessment Report. Shanghai, 20 January 2001. http://www.meto.gov.uk/secs/CR_div/ipcc/wgl/WGI SPM.pdf 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-Heidelberg, s. 691-697. Jones, P.D., Jönsson, T. & Wheeler, D., 1997. Extension to the North Atlantic Oscillation using early instrumental pressure observations from Gibraltar and South-West Iceland. International Journal of Climatology 17: 1433- 1450. Kerr, R.A. 2000. A North Atlantic Climate Pacemaker for the Centuries. Science 288: 1984-1986. Landscheit, T. 2001. Solar activity. A dominant factor in climate dynamics. http://www.microtech.com.au/daly/solar/solar.htm Lindholm, M. 1996. Recontructions of past climate from ring-width chronologies of Scots pine (Pinus sylvestris L.) at the northern forest limit in Fennoscandia. Joensuun yliopiston luonnontieteellisiäjulkaisuja 40.169 s. , Timonen, M. & Meriläinen, J. 1996. Extracting mid-summer temperatures from ring-width chronologies of living pines at the northern forest limit in Fennoscandia. Dendrochronologia 14: 99-113. , Eronen, M., Timonen, M. & Meriläinen, J. 1999. A ring-width chronology of Scots pine from northern Lapland covering the last two millennia. Anna les Botanici Fennici 36: 119-126. Ilmaston muutokset kautta aikojen ... 29 Lindholm, M. , Lehtonen, H., Kolström, T„ Meriläinen, J., Eronen, M. & Ti monen, M. 2000. Climatic signals extracted from ring-width chronologies of Scots pines from the northern, middle and southern parts of the boreal forest belt in Finland. Silva Fennica 34(4): 317-330. Mangerud, J., Andersen, S.-T., Berglund, B. E. & Donner, J. 1974. Quaternary stratigraphy of Norden, a proposal for terminology and classification. Boreas 3: 109-126. Marmo, J. & Ojakangas, R.W. 1984: Lower proterozoic glacigenic deposits, eastern Finland. Bulletin of the Geological Society of America 96: 1055- 1062. Mielikäinen, K., Nöjd, P., Pesonen, E. & Timonen, M. 1998. Puun muisti. Kasvun vaihtelu päivästä vuosituhanteen. Metsäntutkimuslaitoksen tie donantoja 748. 54 s. Mikola, P 1950. Puiden kasvun vaihteluista ja niiden merkityksestä kasvu tutkimuksissa. Summary: On variations in tree growth and their significance to growth studies. Communicationes Instituti Forestalls Fenniae 38(5). 131 s. Mäkinen, K. 1982. Tiedonanto Vuotson interglasiaalisesta lehtikuusen rungosta. Geologi 34: 183-185. Ojansuu, R. & Henttonen, H. 1983. Kuukauden keskilämpötilan, lämpösumman ja sademäärän paikallisten arvojen johtaminen Ilmatieteen laitoksen mittaustiedoista. Summary: Estimation of the local values of monthly mean temperature, effective temperature sum, and precipitation sum from the measurements made by the Finnish Meteorological Office. Silva Fennica 17(2): 143-160. Pohtila, E. 1980. Climatic fluctuations and forestry in Lapland. Holarctic Ecology 3: 91-98. Sarvas, R. 1971. Männyn siementarpeen tyydyttäminen Pohjois-Suomessa. Moniste. Metsäntutkimuslaitos. Rovaniemen tutkimusasema. Siren, G. 1961. Skogsgränstallen som indikator för klimatfluktuationerna i norra fennoskandien under historisk tid. Communicationes Instituti Forestalls Fenniae 54(2). 66 s. Svensmark, H. & Friis-Christensen, E. 1997. Variation of cosmic ray flux and global cloud coverage - a missing link in solar-climate relationships. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 59 (11): 1225-1232. Tynys, T. 1998. Vätsärin erämaan metsien kehitys. Metsähallituksen luonnon suojelujulkaisuja. Sarja A 88. 38 s. Willson, R. 1991. Sun's luminosity over a complete solar cycle. Nature 351. 31 Varmola, M. & Tapaninen, S. (toim.). 200 1 . Pohjoisten metsien hoito. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 803:3 1-45. Ylispuustoisten mäntytaimikoiden syntyhistoria, rakenne ja alkukehitys Lapissa Mikko Hyppönen ja Juha Hyvönen Metsäntutkimuslaitos, Rovaniemen tutkimusasema, PL 16,96301 Rovaniemi mikko.hypponen@metla.fi, juha.hyvonen@metla.fi 1 Johdanto Pohjoisessa levinneisyytensä äärialueilla mänty ei aina pysty tuottamaan kypsää siementä, vaikka jonkin verran itävää siementä syntyykin lähes joka vuosi (Heikinheimo 1932,1937). Merkittävät männyn siemenvuodet toistuvat metsänrajan eteläpuolella kuitenkin harvoin ja metsänrajalla vain muutaman kerran vuosisadassa (esim. Renvall 1912, Lakari 1915, Siren 1961, 1995, Pohtila 1980 a, Henttonen ym. 1986). Siemensatojen vaihtelusta huolimatta männyn luontainen uudistumiskyky on todettu Pohjois-Suomessa suhteellisen hyväksi, vaikka uudistuminen on hidas ta (esim. Aaltonen 1919, Lehto 1969). Niinpä Pohjois-Suomen mänty valtaisissa metsissä onkin usein valmista, metsän uudistamiseen käyttö kelpoista mäntyalikasvosta jo ennen uudistushakkuuta (Sarvas 1937, 1950, Vaartaja 1951, Oinonen 1956, Mikola 1966). Alikasvostaimikoihin on usein suhtauduttu varovasti ja epäilevästi. Syinä varovaisuuteen ovat olleet epätietoisuus alikasvoksen elpymisestä, taimien huono ulkomuo to sekä huomattava pituusvaihtelu, aukkoisuus ja ryhmittäisyys (esim. Hyppönen ym. 1998). Alikasvoksia esiintyy myös muualla Euroopan pohjoisosissa (esim. Sundkvist 1994 a, Listov ym. 1995). Siemenpuumenetelmä on todettu männyn luontaiseen uudistamiseen soveltuvaksi uudistamismenetelmäksi Pohjois-Suomessa ja Lapissa (Sar vas 1937, Lehto 1969, Punkkinen 1982, Suoheimo 1982, Valtanen 1998). Uudistettava metsikkö käsitellään siemenpuuhakkuulla niin, että uudis tusalalle jää 50-150 kpl siemenpuita hehtaaria kohti. Menetelmään kuu 32 Hyppönen, Mikko ja Hyvönen, Juha luu myös uudistusalan raivaus ja tarvittaessa maan paljastaminen äestä mällä tai laikuttamalla. Maan paljastaminen on usein välttämätöntä eri tyisesti niillä kasvupaikoilla, joissa on paksu raakahumus (esim. Hagner 1962, 1965, Lehto 1969, Bergan 1981, Valtanen 1998). Luontaista uu distamista voidaan edistää siemenpuuhakkuuta edeltävällä väljennys hakkuulla (esim. Metsänhoitosuositukset 1990). Friesin (1979) mukaan väljennyshakkuu on tarpeen erityisesti hoitamattomissa männiköissä. Tai mia syntyy siemenpuualalle myös reunametsästä leviävistä siemenistä (esim. Ferm ja Sepponen 1981). Pohjois-Lapissa männiköt uudistetaan monesti luontaisen uudistami sen ja metsänviljelyn yhdistelmänä, jolloin metsikkö siemenpuuhakkuun, raivauksen ja muokkauksen jälkeen kylvetään tai joskus istutetaan (Met sänhoitosuositukset 1990). Siemenpuut poistetaan ylispuuhakkuussa taimikon synnyttyä. Lapissa metsien luontaiseen uudistamiseen liittyvää tutkimustietoa ei ole ollut riittävästi saatavissa. Tiedon tarvetta on lisännyt luontaiseen uudistamiseen tähtäävien hakkuiden nopea lisääntyminen 1990-luvun loppupuolella (Palen ja Lohi 1999). Tämän tutkimuksen tarkoituksena on tuoda lisävalaistusta männyn luontaisen uudistamisen ongelmiin tar kastelemalla ennakkotuloksia Lapin länsiosan yksityismetsien mänty valtaisten ylispuutaimikoiden metsikköhistoriasta, rakenteesta ja alku kehityksestä. Tarkoituksena oli selvittää 1) miten tutkimuksen kohteina olevat mänty-ylispuutaimikot ovat syn tyneet, 2) miten ja milloin luontaisesti syntyneiden taimikoiden ylispuujaksoja on aiemmin käsiteltyjä mikä on ylispuustojen rakenne ennen ylispuu hakkuuta, ja 3) millainen on luontaisesti syntyneiden ylispuutaimikoiden rakenne ja alkukehitys (tiheys, tilajärjestys, elinvoimaisuus, kasvatuskelpoisuus, ikä, pituuskehitys ja syntyaika). 2 Aineisto ja menetelmät 2.1 Aineisto Perusjoukkona käytettiin silloisen Lapin metsälautakunnan alueen yksityismetsien leimausluettelon mukaisia ylispuuleimikoita vuodelta 1990. Luettelosta valittiin ositettua systemaattista otantaa käyttäen (ositteena kunta) 55 ylispuustoista mäntytaimikkoa tutkimuskohteiksi (kuva 1). Taimikot inventoitiin vuosina 1991-1993. Ylispuustoisten mäntytaimikoiden syntyhistoria,... 33 Kuva 1. Tutkimusmetsiköiden sijainti. Koko taimikkoa koskevia yleismuuttujia olivat sijaintikunta, pinta ala, korkeus merenpinnasta, lämpösumma, kasvupaikkatyyppi, kivisyys ja soistuneisuus sekä tehtyjen uudistamistöiden (raivaus, muokkaus, mahdollinen viljely) ajankohta. Ylispuujaksosta määritettiin lisäksi edel lisen hakkuun ajankohta sekä hakkuutapa ja -poistuma (m 3/ha). Tehty jen uudistamistöiden ja ylispuuston aiemman käsittelyn perusteella mää ritettiin taimikon syntytapa: 1 = uudistunut luontaisesti alikasvoksena ilman uudistamistarkoitusta (alikasvostaimikot), 2 = uudistettu luontai sesti siemen- tai suojuspuuhakkuuta käyttäen (siemenpuutaimikot), 3 = uudistettu viljelemällä siemenpuuston alle. Viljelemällä uudistetut tai mikot jätettiin uudistamistavan selviämisen jälkeen lähemmän tarkaste lun ulkopuolelle, joten lopullinen inventoitu aineisto käsitti 51 luontai sesti syntynyttä taimikkoa. Taimikoiden inventointimenetelmänä oli systemaattinen koeala-arvi ointi, jossa linjat vedettiin muutamaa poikkeusta lukuun ottamatta itä länsisuunnassa. Taimet mitattiin 10 m2 :n koealoilta. Linja-ja koealaväli määräytyi taimikon pinta-alan mukaan seuraavasti: 34 Hyppönen, Mikko ja Hyvönen, Juha Koealoilta määritettiin yli 10 cm pitkien taimien kokonaismäärä ja kehityskelpoisten taimien määrä puulajeittain sekä kehityskelpoisten taimien aritmeettinen keskipituus ja -ikä. Yksittäisen taimen ikä lasket tiin vuosikasvaimien perusteella. Kehityskelpoisiksi taimiksi valittiin kuntonsa ja laatunsa puolesta parhaat, yli 10 cm pituiset taimet ja niitä sai olla enintään viisi yhdellä koealalla. Taimien etäisyyden tuli olla vä hintään 80 cm toisistaan (ks. Pohtila 1980 b). Taimien tuli sopeutua koe alalla ja siinä osassa taimikkoa, jossa koeala sijaitsi, pituutensa ja kun tonsa puolesta ympäröivään taimikkoon. Taimien tuli myös puulajin puolesta sopia kasvupaikalle Lapin metsälautakunnan metsänhoito suositusten (1990) mukaisesti. Taimikon elinvoimaisuus määritettiin koealoilta tehtyjen havaintojen perusteella silmävaraisesti käyttämällä asteikkoa: 1 = terve ja elinvoimainen, 2 = hieman heikentynyt (esim. varjostus, kilpailu), 3 = lieviä vaurioita ja tuhoja ja 4 = tuntuvia tuhoja. Joka viidennen koealan keskipisteestä mitattiin varsinaisten koeala mittausten lisäksi ylispuuston keskipituus, pohjapinta-ala, tilavuus ja runkoluku. Lisäksi määritettiin taimiaineksen määrä puulajeittain sekä maalaji, kivisyys ja humuksen paksuus neliömetrin erikoiskoealalta. Inventoitujen, luontaisesti syntyneiden taimikoiden yhteispinta-ala oli 130,9 ha. Taimikoiden keskipinta-ala oli 2,6 ha pienimmän ollessa 0,3 haja suurimman 14,4 ha. Taimikot sijaitsivat keskimäärin 170 m kor keudella merenpinnan yläpuolella vaihteluvälin ollessa 70-330 m. Taimi koiden sijaintipaikan lämpösumma (vuosien 1941-1970 tehoisan lämpö summan keskiarvo) oli keskimäärin 832 d.d.-yksikköä, alimmillaan 650 d.d. ja enimmillään 970 d.d. Taimikoista kaksi kasvoi tuoreella, 41 kuivah kolla ja kahdeksan kuivalla kankaalla. Viidennes taimikoista luokiteltiin soistuneiksi. Kivisyysrassin painuma oli keskimäärin 21,5 cm. Humuk sen paksuus taimikoissa oli keskimäärin 6 cm vaihdellen välillä 1-13 cm. Kolmessa soistuneen kankaan taimikossa oli yli 20 cm turvekerros. Erikoiskoealoilta kenttämenetelmin määritetty maalajijakauma oli seu raava (n = 327): Taimikon Linja-ja Koealojen pinta-ala, ha koealaväli, m lukumäärä, kpl -2,5 20 12- 63 2,6-10,0 30 29-110 10,1-25,0 40 63-156 Ylispuustoisten mäntytaimikoiden syntyhistoria,... 35 Siemenpuutaimikoissa uudistusala oli raivattu 16 tapauksessa 24:sta (67 %). Muutamassa tapauksessa raivauksen tekemisestä ei saatu var muutta, jolloin kysymyksessä oli puuttuva havainto. Maanpintaa oli kä sitelty kuudessa metsikössä (25 %). Raivauksesta oli kulunut aikaa kes kimäärin 19 vuotta ja muokkauksesta 10 vuotta. 2.2 Aineiston käsittely Aineiston analysoinnissa havaintoyksikkönä käytettiin taimikkoa. Osa muuttujista oli taimikkoa koskevia yleismuuttujia. Lisäksi taimikko tasoisia muuttujia muodostettiin laskemalla koealoista keskiarvoja ja variaatiokertoimia. Muuttujia analysoitiin tunnusluvuin ja taulukoin. Taimikon sisäistä eli koealojen välistä vaihtelua kuvattiin yleensä vari aatio- eli vaihtelukertoimella, jossa keskihajonta suhteutetaan keski arvoon, mikä mahdollistaa havaintoarvojen suuruusluokaltaan erilaisten aineistojen tai muuttujien hajonnan vertailun (esim. Helenius 1989). Taimikon sisäistä ikävaihtelua tarkasteltiin kuitenkin vaihteluvälin avulla. Taimikoiden tilajäijestystä tutkittiin tyhjien koealojen suhteellisen osuuden perusteella määritetyn aukkoisuuden perusteella. Kunkin taimi kon kasvatuskelpoisuusluokka määritettiin taimikon aukkoisuuden ja kehityskelpoisten taimien määrän perusteella (esim. Hyppönen 2000): kpl % Sora ja hiekka 59 18,6 Hiekkamoreeni 182 57,4 Hieta 33 10,4 Hietamoreeni 32 10,1 Hiesuja hiesumoreeni 1 0,3 Turve 10 3,2 Kasvatuskelpoisuus- Taimia vähintään Tyhjiä koealoja luokka kpl/ha enintään, % Hyvä 2000 13 Tyydyttävä 1200 30 Välttävä 500 60 Huono - 100 36 Hyppönen, Mikko ja Hyvönen, Juha 3 Tulokset 3.1 Taimikoiden syntytapa sekä ylispuujaksojen aiempi käsittely ja rakenne Lähes puolet (49 %) ylispuu taimikoista oli syntynyt alikasvoksena il man luontaiseen uudistamiseen tähtäävää hakkuuta (taulukko 1). Hie man vähemmän taimikoita (44 %) oli syntynyt siemen- tai suojuspuu hakkuuta käyttäen. Muutama taimikko oli syntynyt siemenpuuston alle kylväen tai istuttaen. Siemenpuuhakkuun tuloksena syntyneiden taimi koiden ja viljely taimikoiden ylispuustoa oli käsitelty siemenpuuhakkuin (taulukko 1). Alikasvostaimikoiden ylispuustoa oli sen sijaan useimmi ten (15 taimikkoa) käsitelty epäsäännöllisin, epämääräisin hakkuin, joille ei pystytty määrittämään tarkoitusta metsätaloudessa käytetyin hakkuu tavoin. Taulukko 1. Ylispuutaimikoiden jakautuminen luokkiin syntytavan ja ylispuuston edellisen käsittelyn mukaan. 1) Hakkuun tarkoitus ylispuuston edellisessä käsittelyssä: 1 = ei hakattu, 2 = siemen- tai suojuspuuhakkuu, 3 = harvennushakkuu, 4 = myrskytuhojen korjuu, 5 = harsintahakkuu, hak kuu kohdistunut valtapuustoon, 6 = hakattu, hakkuutapaa ei pystytty määrittelemään Alikasvostaimikoissa ylispuujaksoon kohdistuvasta edellisestä hak kuusta oli kulunut keskimäärin enemmän aikaa ja hakkuupoistuma oli ollut keskimäärin pienempi kuin siemenpuutaimikoissa (taulukko 2). Ylispuuston tilavuus ja runkoluku olivat alikasvostaimikoissa keskimäärin suurempia kuin siemenpuutaimikoissa. Eri puulajien osuudet ylis puustojen tilavuudesta eivät poikenneet toisistaan eri tavoin syntyneissä taimikoissa. Taimikon syntytapa 1 Hakkuun tarkoitus 2 3 4 5 kpl TT~ 6 Yht. Uudistunut luontaisesti alikasvoksena ilman uudistamistarkoitusta (alikasvostaimikot) 3 0 0 3 6 15 27 Uudistettu luontaisesti siemenpuuhakkuuta käyttäen (siemenpuutaimikot) 0 24 0 0 0 0 24 Viljelty siemenpuuston alle (viljelytaimikot) 0 4 0 0 0 0 4 Yhteensä 3 28 0 3 6 15 55 Ylispuustoisten mäntytaimikoiden syntyhistoria,... 37 Taulukko 2. Ylispuuston edellisestä hakkuusta kulunut aika ja silloinen hakkuumäärä sekä ylispuuston rakenne inventointihetkellä alikasvos- ja siemenpuutaimikoissa. 3.2 Taimikoiden tiheys ja tilajärjestys Kaikki puulajit mukaan luettuna taimikoiden tiheys taimien kokonais määrällä mitattuna oli keskimäärin 7 000-8 000 kpl/ha sekä alikasvos että siemenpuutaimikoissa (taulukko 3). Alikasvostaimikoissa männyn osuus kaikista taimista oli keskimäärin 65 % ja siemenpuutaimikoissa 50 %. Sekä mänty-, kuusi- että hieskoivutaimien kokonaismäärä oli suun nilleen yhtä suuri niin alikasvos- kuin siemenpuutaimikoissa. Muiden puulajien (haapa ym.) taimia oli kuitenkin selvästi enemmän siemen puutaimikoissa. Kehityskelpoisia taimia oli kaikki puulajit mukaan luettuna keskimää rin 1 900-2 000 kpl/ha (taulukko 3). Taimimäärä ei poikennut merkitse västi toisistaan eri tavoin syntyneissä taimikoissa. Mäntytaimien osuus kehityskelpoisista taimista oli kummassakin ryhmässä 80-90 %. Kaikkien taimien perusteella laskettu aukkoisuus eli tyhjien koealojen määrä oli keskimäärin noin 10 % ja kehityskelpoisten taimien perusteel la laskettu aukkoisuus noin 19 % (taulukko 3). Syntytapa ei vaikuttanut merkitsevästi aukkoisuuteen kummassakaan tapauksessa. Alikasvostaimikot x" s min max Siemenpuutaimikot x~ s min max Hakkuusta kulunut aika, a 33 16,8 8 80 22 8,1 8 40 Hakkuumäärä, m 3 /ha 31,7 14,3 5,0 70,0 43,8 17,1 10,0 80,0 Runkoluku, kpl/ha 154 89 0 400 109 60 13 244 Pohjapinta-ala, m2 /ha 7,5 3,8 0,7 16,0 4,8 1,9 1,0 9,0 Valtapituus, m 13,7 2,5 9,0 17,0 14,1 2,1 9,5 17,4 Tilavuus, m 3 /ha 53,0 31,9 4,0 136,0 34,3 14,8 5,3 62,5 Puulajisuhteet, % - mänty 86,8 22,3 20,0 100,0 90,7 14,8 55,0 100,0 - kuusi 6,3 17,6 0,0 80,0 3,2 6,9 0,0 33,3 - koivu 6,9 12,5 0,0 50,0 6,1 12,7 0,0 40,0 38 Hyppönen, Mikko ja Hyvönen, Juha Taulukko 3. Taimien, taimiaineksen ja tyhjien koealojen määrä alikasvos- ja siemenpuutaimikoissa. 3.3 Taimikoiden elinvoimaisuus ja kasvatuskelpoisuus Siemenpuutaimikot olivat elinvoimaisempia kuin alikasvostaimikot testattaessa jakautumista elinvoimaisuusluokkiin 1 ja 2. Siemenpuu taimikoista 71 % oli terveitä ja elinvoimaisia, kun vastaava luku oli alikasvostaimikoissa 30 % (taulukko 4). Alikasvostaimikoista valtaosa (70 %) oli hieman heikentynyt vaijostuksen ja kilpailun takia. Taimikoiden jakautuminen kasvatuskelpoisuusluokkiin ei poikennut toisistaan alikasvos- ja siemenpuutaimikoissa. Noin 80 % taimikoista oli hyviä tai tyydyttäviä kummassakin ryhmässä (taulukko 4). Huonoja taimikoita ei ollut lainkaan. Puulaji ja auk- Alikasvostaimikot Siemenpuutaimikot koisuuden peruste X s min max X s min max Kokonaistaimimäärä, kpl/ha Mänty 5166 4005 481 17480 3638 2248 808 8667 Kuusi 658 995 0 3286 756 1104 0 5485 Rauduskoivu 1 7 0 38 39 154 0 750 Hieskoivu 1857 2766 0 10500 1751 2136 0 8848 Muut puulajit 305 768 0 2778 1095 1731 0 6569 Yhteensä 7987 4722 2821 20571 7277 4463 2907 21212 Kehityskelpoisten taimien määrä, kpl/ha Mänty 1703 776 481 3720 1580 738 500 3016 Kuusi 168 294 0 882 236 350 0 1636 Rauduskoivu 1 4 0 19 14 52 0 250 Hieskoivu 87 157 0 611 106 139 0 531 Yhteensä 1959 755 885 3778 1935 733 1155 3697 Mäntytaimiaineksen määrä, kpl/ha Mänty 2178 3758 0 15000 2001 3555 0 12727 Aukkoisuus, % Kokonaistaimi- määrän mukaan 8,0 9,1 0,0 30,8 10,9 9,8 0,0 28,1 Kehityskelpoisten taimien määrän 17,4 12,7 0,0 47,4 20,8 10,2 0,0 36,7 mukaan Ylispuustoisten mäntytaimikoiden syntyhistoria,... 39 Taulukko 4. Taimikoiden jakautuminen luokkiin elinvoimaisuuden, kasvatus kelpoisuuden ja syntytavan perusteella. 3.4 Taimikoiden keskipituus, -ikä ja -kasvu sekä syntyajankohta Alikasvostaimikot olivat hiukan pitempiä ja selvästi vanhempia kuin siemenpuutaimikot (taulukko 5). Siemenpuutaimikot kehittyivät nope ammin kuin alikasvostaimikot (kuva 2). Kehityskelpoisten taimien keski pituuden ja keski-iän osamääränä saatu taimikoiden keskimääräinen pi tuuskasvu ei poikennut toisistaan eri tavoin syntyneissä taimikoissa. Taimikot olivat yleensä syntyneet pitkän ajan kuluessa. Taimikoittainen taimien iän vaihteluväli oli keskimäärin 41 vuotta. Lyhin taimien iän vaihteluväli oli kolme vuotta ja pisin 65 vuotta. Alikasvos- ja siemen puutaimikoiden välillä ei ollut eroa. Taulukko 5. Taimikoiden keskipituus, -ikä ja -kasvu syntytavoittain. Elinvoimaisuus- ja kasvatuskelpoisuusluokka Alikasvostaimikot Siemenpuutaimikot Elinvoimaisuus Terve ja elinvoimainen 8 30 17 71 Hieman heikentynyt 19 70 6 25 Lieviä vaurioita ja tuhoja 0 0 1 4 Tuntuvia tuhoja 0 0 0 0 Yhteensä 27 100 24 100 Kasvatuskelpoisuus Hyvä 10 37 7 29 Tyydyttävä 11 41 12 50 Välttävä 6 22 5 21 Huono 0 0 0 0 Yhteensä 27 100 24 100 Alikasvostaimikot Siemenpuutaimikot Taimikkotunnus X s min max X s min max Pituus, m 2,6 1,5 0,2 6,3 2,2 1,6 0,3 6,9 Ikä, a 24 10 7 46 18 9 5 40 Kasvu, cm 10,0 3,2 2,9 16,9 10,5 3,8 4,7 17,1 40 Hyppönen, Mikko ja Hyvönen, Juha Kuva 2. Kehityskelpoisten taimien pituus kehitys alikasvos ja siemenpuutaimi koissa. Mallit ovat muotoa y = ax b. Siemenpuutaimikoista kolmannes ja alikasvostaimikoista viidennes oli taimikoiden keski-ikien perusteella syntynyt ennen edellisen hakkuun ajankohtaa (kuva 3). Siemenpuutaimikot olivat syntyneet keskimäärin neljä vuotta siemenpuuhakkuun ja alikasvostaimikot yhdeksän vuotta edellisen hakkuun jälkeen. Siemenpuutaimikoissa siemenpuuhakkuusta oli kulunut ylispuuhakkuuhetkellä (inventointihetkellä) keskimäärin 22 vuotta ja alikasvostaimikoissa edellisestä hakkuusta 33 vuotta. Kuva 3. Taimikoiden synty ajankohta edellisen hakkuun ja taimikon keski-iän perusteella määritettynä. Ylispuustoisten mäntytaimikoideri syntyhistoria,.. 41 4 Tarkastelu Vaikka aikaisempien tutkimusten perusteella oli tiedossa, että männyn luontaisen uudistamisen edellytykset Lapin mäntymetsissä ovat hyvät ainakin kuivilla ja kuivahkoilla kankailla (esim. Aaltonen 1919, Sarvas 1950), oli yllätys, että noin puolet tutkimuskohteina olleista mänty - ylispuutaimikoista oli syntynyt alikasvoksena, usein epäsäännöllisen hakkuun seurauksena ilman varsinaista uudistamistarkoitusta, ja vain 44 % siemen- tai suojuspuupuuhakkuun tuloksena. Näyttää siltä, että La pissa kuivan ja kuivahkon kankaan männikkö alkaa uudistua luontaises ti, kun vallitseva puusto tavalla tai toisella harvenee (Lassila 1920, Sar vas 1950, Kuuluvainen 1994). Alikasvostaimikot eivät epäsäännöllisestä emopuuston käsittelystä huolimatta poikenneet siemenpuutaimikoista tiheyden ja tilajärjestyksen perusteella. Sama koskee myös taimikoiden kasvatuskelpoisuutta. Ali kasvosten pituuskehitys oli kuitenkin hitaampaa kuin siemenpuutaimi koiden. Pituuskehitysero saattaa olla todellisuudessa tässä todettua suu rempikin, koska erityisesti alikasvosten ikä arvioidaan helposti liian pie neksi (Lakari 1915, Sarvas 1950, Vaartaja 1951). Siemenpuutaimikoi den nopeampi kasvu johtunee niiden alikasvostaimikoita huomattavasti pienemmästä ylispuuston määrästä ja siten pienemmästä valo-ja juuristo kilpailusta (Hagner 1962, Lehto 1969, Sundkvist 1994 b). Tutkimustulokset vahvistavat aiempaa käsitystä, jonka mukaan poh joisessa männyn luontainen uudistumiskyky on hyvä ja mänty alikasvokset usein sellaisenaan metsän uudistamiseen kelvollisia (Lassila 1920, Vaartaja 1951, Sarvas 1950, Oinonen 1956, Sundkvist 1994ajab, Listov ym. 1995). Taimikoiden keski-iän perusteella noin neljännes taimikoista oli syn tynyt ennen edellistä hakkuuta (ks. Sarvas 1950, Lehto 1969, Fries 1979, Räsänen ym. 1985). Taimikoiden keskipituuden perusteella ylispuut ai ottiin poistaa keskimäärin liian myöhään verrattuna metsänhoito suosituksissa esitettyihin taimikoiden keskipituuksiin (Metsänhoito suositukset 1990). Taimikko oli ylispuuhakkuuajankohtana usein jo monen metrin pituinen, vaikka siemenpuiden liian pitkän seisottamisen on todettu aiheuttavan taimikkoon epätasaisuutta, aukkoisuutta ja kas vun heikkenemistä (Vaartaja 1951, Kinnunen 1993, Niemistö ym. 1993, Skoklefald 1995). Ylispuuhakkuuajankohdan päättämistä vaikeuttanee erityisesti alikasvostaimikoissa se, että taimet syntyvät emopuuston alle vähitellen pitkän ajan kuluessa monen siemensadon tuloksena ja ilman uudistamistarkoitusta (Lassila 1920, Sarvas 1950, Lehto 1969, Räsänen ym. 1985, Jeansson 1995). Sen vuoksi ne "löydetään" vasta varttuneessa iässä. Siemenpuutaimikoissa ylispuuhakkuuta oli esitetty selvästi aikai semmin kuin alikasvostaimikoissa, mutta niissäkin suosituksissa (1990) 42 Hyppönen, Mikko ja Hyvönen, Juha esitettyä myöhemmin. Ylispuuston korjuussa syntyviin korjuuvaurioihin taimikon pituudella ei ole todettu olevan yksiselitteistä vaikutusta (Hyp pönen ja Niemistö 1998, Hyppönen 2000). Tutkimustaimikoiden sisäinen ikävaihtelu osoittaa, että männyn luon tainen uudistuminen on jatkuva prosessi, jonka tuloksena taimikossa yleensä on vuosikymmenien aikana syntyneitä taimia (ks. Sundkvist 1993). Luontainen uudistuminen ja uudistaminen ilman maanmuokkausta kestää Lapissa aikaisempien tutkimusten mukaan usita kymmeniä vuo sia (esim. Sarvas 1937, Lehto 1969, Suoheimo 1982). Vaikka siementä ilmeisesti tuleentuu jossain määrin lähes vuosittain metsänrajalle asti (Heikinheimo 1932, 1937, Sundkvist 1993), siemenmäärä ei yleensä rii tä nopeaan taimettumiseen ainakaan ilman maankäsittelyä. Hagnerin (1962) mukaan heikkoa siemensatoa voidaan kompensoida maanmuok kauksella. Luontaisen uudistamisen onnistumisesta ja onnistumiseen vaikutta vista tekijöistä ei ole aina riittävästi tietoa käytännön uudistamispäätöksiä varten. Lisätietoa kaivataan mm. taimien syntymiseen ja kuolemiseen liittyvistä prosesseista, uudistumisnopeudesta, maanmuokkauksen vai kutuksesta uudistamisaikaan ja -tulokseen sekä luontaisen uudistamisen käyttöalan laajentamisesta perinteisten ohuthumuksisten kuivien ja kui vahkojen kankaiden ulkopuolelle. Kirjallisuus Aaltonen, V. T. 1919. Kangasmetsien luonnollisesta uudistumisesta Suomen Lapissa, I. Referat: Über die natiirliche Verjiingung der Heidevvälder im Finnischen Lappland, I. Metsätieteellisen koelaitoksen julkaisuja 1. 375 s. Bergan, J. 1981. Foryngelse av furuskog i Troms og Finnmark. Summary: Regeneration of Scots pine forests in Troms and Finnmark. Norsk Institutt for Skogforskning. Rapport 10. 69 s. Ferm, A. & Sepponen, R 1981. Aurausjäljen muuttuminen ja kasvillisuuden kehittyminen metsänuudistusaloilla Lapissa 10 vuoden aikana. Summary: Development of ploughed tracks and vegetation on reproduction areas in Finnish Lapland during a period of 10 years. Folia Forestalia 493. 19 s. Fries, J. 1979. Naturlig föryngring inom Siljanfors försökspark. Summary: Natural regeneration within the Siljanfors experimental park. Sveriges Skogsvärdsförbunds Tidskrift 2: 96-111. Ylispuustoisten mäntytaimikoiden syntyhistoria,... 43 Hagner, S. 1962. Naturlig föryngring under skärm. En analys av föryngrings metoden, dess möjligheter och begränsningar i mellannorrländskt skogs bruk. Summary: Natural regeneration under shelterwood stands. An analysis of the method of regeneration, its potentialities and limitations in forest management in middle North Sweden. Meddelanden frän Statens Skogsforskningsinstitut. Band 52(4). 263 s. 1965. Om fröproduktion, fröträdsval och plantsuppslag i försök med naturlig föryngring. Summary: Yield of seed, choice of seed trees and seedling establishment in experiments with natural regeneration. Studia Forestalia Suecica 27. 43 s. Heikinheimo, O. 1932. Metsäpuiden siementämiskyvystä I. Referat: Überdie Besamungsfähigkeit der Waldbaume I. Communicationes Instituti Fores talls Fenniae 17(3). 61 s. 1937. Metsäpuiden siementämiskyvystä 11. Referat: Über die Besamungs fähigkeit der Waldbäume I. Communicationes Instituti Forestalls Fenniae 24(4). 67 s. Helenius, H. 1989. Tilastollisten menetelmien perustiedot. Statcon Oy, Tam pere. 412 s. Henttonen, H., Kanninen, M., Nygren, M. & Ojansuu, R. 1986. The maturation of Pinus sylvestris seeds in relation to temperature climate in Northern Finland. Scandinavian Journal of Forest Research 1: 243-249. Hyppönen, M. 2000. Ylispuiden korjuun vaikutus mäntytaimikoiden kasvatus kelpoisuuteen Lapissa. Metsätieteen aikakauskirja 2/2000: 269-280. & Niemistö, R 1998. Ylispuuhakkuut ja taimikkovauriot. Julkaisussa: Moi lanen, M. & Saksa, T. (toim.). Alikasvokset metsänuudistamisessa. Var josta valoon. Pihlaja-sarja 3: 55-65. , Saksa, T. & Valkonen, S. 1998. Alikasvokset ja nykypäivän metsänhoito. Julkaisussa: Moilanen, M. & Saksa, T. (toim.). Alikasvokset metsänuudis tamisessa. Varjosta valoon. Pihlaja-saija 3: 13-17. Jeansson, E. 1995. Some aspects on site preparation and natural regeneration in Sweden. Julkaisussa: Ritari, A., Saarenmaa, H., Saarela, M. & Poika järvi, H. (toim.). Northern silviculture and management. Proc. lUFRO Working Party S 1.05-12 Symposium, Lapland, Finland, 16-22 Aug. 1987. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 567: 69-84. Kinnunen, K. 1993. Männyn kylvö ja luontainen uudistaminen Länsi-Suo messa. Abstract: Direct sowing and natural regeneration of Scots pine in western Finland. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 447. 36 s. Kuuluvainen, T. 1994. Gap disturbance, ground microtopography, and the regeneration dynamics of boreal coniferous forests in Finland: a review. Annales Zoologi Fennici 31: 35-51. Lakari, O. J. 1915. Studier iiber die Samenjahre und Altersklassenverhältnisse der Kiefernwälder auf dem nordfinnischen Heideböden. Acta Forestalia Fennica 5(1). 211 s. 44 Hyppönen, Mikko ja Hyvönen, Juha Lassila, I. 1920. Tutkimuksia mäntymetsien synnystä ja kehityksestä pohjoi sen napapiirin pohjoispuolella. Referat: Untersuchungen iiber die Entstehung und Entwicklung der Kiefernwälder nördlich vom nördlichen Polarkreise. Acta Forestalia Fennica 14(3). 98 s. Lehto, J. 1969. Tutkimuksia männyn uudistamisesta Pohjois-Suomessa siemen puu-ja suojuspuumenetelmällä. Summary: Studies conducted in northern Finland on the regeneration of Scots pine by means of the seed tree and shelterwood methods. Communicationes Instituti Forestalls Fenniae 67(4). 140 s. Listov, A. A. & Semyonov, B. A. 1995. Nature and rational use of pretundra pine forests in the European part of The USSR. Julkaisussa: Ritari, A., Saarenmaa, H., Saarela, M. & Poikajärvi, H. (toim.). Northern silviculture and management. Proc. lUFRO Working Party S 1.05-12 Symposium, Lapland, Finland, 16-22 Aug. 1987. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonan toja 567: 211-216. Metsänhoitosuositukset 1990. Lapin metsälautakunta. 32 s. Mikola, P. 1966. Alikasvosten merkitys metsien uudistamisessa. Summary: Significance of the undergrowth in reforestation. Metsätaloudellinen ai kakauslehti 83: 4-7. Niemistö, P., Lappalainen, E. & Isomäki, A. 1993. Mäntysiemenpuuston kas vu ja taimikon kehitys luontaisen uudistamisvaiheen aikana. Summary: Growth of Scots pine seed bearers and the development of seedlings during a protracted regeneration period. Folia Forestalia 826. 26 s. Oinonen, E. 1956. Männiköiden luontaisen uudistumisen edellytyksistä La pin kangasmailla eräden taimivaroja selvittävien inventointien valossa. Metsätaloudellinen aikakauslehti 73: 225-230. Palen, T. & Lohi, T. 1999. Metsien käsittely Lapissa metsälain valvonnan ja puun tuotannon kannalta. Julkaisussa: Hyppönen, M., Jalkanen, R. & Aalto, T. (toim.). Onko Lapin metsätaloudella tulevaisuutta? Lapin Metsä talouspäivät 21.-22.1.1999. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 732: 19-25. Pohtila, E. 1980 a. Climatic fluctuations and forestry in Lapland. Holarctic Ecology 3: 91-98. 1980b. Havaintoja taimikoiden ja nuorten metsien tilajäijestyksen kehi tyksestä Lapissa. Summary: Spatial distribution development in young tree stands in Lapland. Communicationes Instituti Forestalls Fenniae 98(1). 35 s. Punkkinen, E. 1982. Männyn luontaisen uudistamisen onnistuminen muo katuilla mailla Etelä-Lapissa. Metsänhoitotieteen laudaturtyö. Helsingin yliopisto. 76 s. Renvall, A. 1912. Die periodischen Erscheinungen der Produktion der Kiefer an der polaren Waldgrenze. Acta Forestalia Fennica 1(2). 154 s. Ylispuustoisten mäntytaimikoiden syntyhistoria,... 45 Räsänen, P. K., Pohtila, E., Laitinen, E., Peltonen, A. & Rautiainen, O. 1985. Metsien uudistaminen kuuden eteläisimmän piirimetsälautakunnan alu eella. Vuosien 1978-1979 inventointitulokset. Summary: Forest regene ration in the six southernmost forestry board districts of Finland. Results from the inventories 1978-1979. Folia Forestalia 637. 30 s. Sarvas, R. 1937. Kuloalojen luontaisesta metsittymisestä. Pohjois-Suomen kuivilla kankailla suoritettu metsäbiologinen tutkielma. Referat: Über die naturliche Bewaldung der Waldbrandflächen. Eine waldbiologische Unter suchung auf den trockenen Heideböden Nord-Finnlands. Acta Forestalia Fennica 46. 147 s. 1950. Tutkimuksia Perä-Pohjolan harsimalla hakattujen yksityismetsien luontaisesta uudistumisesta. Summary: Investigations into the natural regeneration of selectively cut private forests in northern Finland. Commu nicationes Instituti Forestalls Fenniae 38(1). 95 s. Siren, G. 1961. Skogsgränstallen som indikator för klimatfluktuationerna i norra Fennoskandien under historisk tid. Summary. Communicationes Instituti Forestalls Fenniae 54(2). 66 s. 1995. Reforestation experiments at the pine timberline in northernmost Finland. Julkaisussa: Ritari, A., Saarenmaa, H., Saarela, M. & Poikajärvi, H. (toim.). Northern silviculture and management. Proc. lUFRO Working Party 51.05-12 Symposium, Lapland, Finland, 16-22 Aug. 1987. Met säntutkimuslaitoksen tiedonantoja 567: 249-260. Skoklefald, S. 1995. Spot scarification in a mountainous Scots pine forest in Norway. Julkaisussa: Ritari, A., Saarenmaa, H., Saarela, M. & Poikajärvi, H. (toim.). Northern silviculture and management. Proc. lUFRO Working Party 51.05-12 Symposium, Lapland, Finland, 16-22 Aug. 1987. Met säntutkimuslaitoksen tiedonantoja 567: 85-90. Sundkvist, H. 1993. Forest regeneration potential of Scots pine advance growth in northern Sweden. Sveriges landtbruksuniversitetet, Institutionen för skogsskötsel. Avhandling. 33 s. 1994 a. Extent and causes of mortality in Pinus sylvestris advance growth in Northern Sweden following overstory removal. Scandinavian Journal of Forest Research 9: 158-164. 1994b. Initial growth of Pinus sylvestris advance reproduction following varying degrees of release. Scandinavian Journal of Forest Research 9: 360-366. Suoheimo, J. 1982. Männyn luontainen uudistaminen siemen- ja suojuspuu menetelmällä Metsä-Lapissa. Laudaturtyö. Helsingin yliopisto. 77 s. Vaartaja, O. 1951. Alikasvosasemasta vapautettujen männyn taimistojen toipu misesta ja merkityksestä metsänhoidossa. Summary: On the recovery of released pine advance growth and its silvicultural importance. Acta Fores talia Fennica 59(1). 133 s. Valtanen, J. 1998. Männyn luontainen uudistaminen siemenpuumenetelmällä. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 693. 77 s. 47 Varmola, M. & Tapaninen, S. (toim.). 200 1 . Pohjoisten metsien hoito. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 803:47-54. Rakenteellinen kypsyys männyn siementen keräysajankohdan määrittäjänä Eila Tillman-Sutela 1 ja Anneli Kauppi 2 'Metsäntutkimuslaitos, Muhoksen tutkimusasema, 91500 Muhos 20ulun yliopisto, Biologian laitos, 90401 Oulu eila.tillman@metla.fi, anneli.kauppi@oulu.fi 1 Johdanto Havupuun siementen keräysajankohdan määrittäminen on pohjoisilla alueilla vaikeaa, ja ongelma on korostunut entisestään viime vuosina, kun käpyjen keruuta on haluttu aikaistaa alkusyksyyn. Keruuta aikaista malla on pyritty parantamaan kerättävän siemensadon laatua ja välttä mään vaikeita talvisia työolosuhteita. Kun lisäksi siementen keräyskyp syyden määritystä on nopeutettu siirtymällä idätyskokeiden sijasta rönt genkuvausluokituksen käyttöön, on virhepäätelmien mahdollisuus kas vanut. Kerättyjen siementen itävyys onkin voinut huonontua varastoinnin aikana tai joidenkin alueiden kävyt ovat saattaneet jäädä keräämättä. Siementen kypsyyden määrityksessä käytetyn Simakin (1980) kehit tämän röntgenkuvausluokituksen tulos ilmaistaan siementen anatomisena potentiaalina, jonka avulla siemenerän itämiskykyä arvioidaan. Anato minen potentiaali ei nimestään huolimatta perustu siementen anatomisiin tutkimuksiin, vaan lähinnä alkion koon makroskooppiseen tarkasteluun. Menetelmä on kehitetty alueilla, joilla männyn siemenen kehitys on melko säännöllistä ja ongelmatonta. Pohjoisilla kasvupaikoilla näin ei kuitenkaan ole, ja sen vuoksi röntgenkuvausluokituksen ja idätyskokeiden tulokset siemenerän itävyydestä poikkeavat useimmiten toisistaan. Täs tä syystä asetimme 3-vuotisen hankkeemme ensimmäiseksi tavoitteeksi röntgenkuvausluokituksen ja siementen anatomisen kypsyyden välisen yhteyden selvittämisen. 48 Tillman-Sutela, Eila ja Kauppi, Anneli Röntgenkuvauksen tarkkuuteen vaikuttavat ratkaisevasti rakenteiden tiiviys, kovuus ja kosteus. Kypsän siemenen (kuva 1) kosteutta taas sää televät pintarakenteet, jotka tiivistyvät ja osittain kovettuvatkin siemenen kypsyessä. Kypsyessään siemen myös kuivuu ns. lepokosteuteen. Tämä kaikki on seurausta aktiivisesta solujen aineenvaihdunnasta ja sen aihe uttamista kemiallisista muutoksista siemenen rakenteissa. Röntgenku vaustulosten tulkinnassa, joka siis perustuu alkion koon tarkasteluun, pintarakenteiden merkitys on kuitenkin jäänyt vaille huomiota, vaikka pintarakenteet ovat olennainen osa kypsän siemenen suojamekanismia sekä varastoinnin että itämisen aikana (Tillman-Sutela ja Kauppi 2000). Hankkeen toisena tavoitteena halusimmekin selvittää siemenen pinta solukoiden kypsymisen aikataulua ja sen yhteyttä alkion kokoon. Havupuun siemenillä pintarakenteet ovat emikukinnon solukkoa, ja näin ollen pintarakenteet ovat siemenen kypsymiseen saakka kiinteässä yhteydessä emopuuhun ja sen elintoimintoihin. Kukka- samoin kuin kas vusilmujen elintoimintojen vilkastumisen ajankohdan on todettu olevan perinnöllistä ja liittyvän kiinteästi valojaksoon, lähinnä päivänpituuteen. Valojakson vaikutusta männyn siementen pintarakenteiden kypsymiseen (Tillman-Sutela ym. 1998) selvitimmekin esitutkimuksena ruotsalaisel la aineistolla, jonka saimme Uumajan yliopistossa käynnissä olleesta Kuva 1. Anatomisesti kypsän inarilaisen männynsiemenen halkileikkauk sessa erottuvat pintarakenteet (siemenkuori ja nukellus), vararavintosolukko (megagametofyytti) ja alkio. Siemenkuori poikkeaa rakenteeltaan paitsi mikropylen (siitereikä) kohdalla myös kalatsan alueella, jossa kehittyvällä siemenellä on ollut solukkoyhteys emopuuhun. Rakenteellinen kypsyys männyn siementen... 49 pohjoisten siementen jälkikypsytysmenetelmien kehittämishankkeesta. Samoin tutkimme osatyönä pohjoisamerikkalaisen nootkan s