METSÄNTUTKIMUSLAITOKSEN SUONTUTKIMUSOSASTON TIEDONANTOJA 4/1973 JUURIKERROKSEN KOSTEUDEN VAIKUTUS MÄNNYN (Pinus silvestris) ympärysmittaan. Erkki Ahti Helsinki 1973 Sisällysluettelo 1. Johdanto 1 2. Keskeiset käsitteet 3 3. Mittausmenetelmät 7 31. Koepuiden ympärysmitan mittaus 7 32. Juurikerroksessa vallitsevan maaveden jännityksen mittaaminen 8 33. Muut mittaukset 9 4. Aineisto ja sen käsittely 10 41. Mittauksen tuloksena syntyneet aikasarjat 10 42. Aineiston muuntaminen regressioanalyysiä varten 10 421. Yleistä 10 422. Kumulatiivisen kasvukäyrän tasoitus. 12 5. Tulokset 16 51. Koepuiden ympärysmitan ja maaveden jän nityksen välinen riippuvuus 16 52. Analyysin virhetekijöistä 18 53. Ympärysmittahavaintojen korjaaminen samaa maaveden jännitystä vastaavalle turpoa mistasolle regressiomallin avulla 20 6. Tulosten tarkastelu 23 Kirjallisuusluettelo 25 Liite 1. Regressioyhtälön (3) jäännöstermit 27 2. Regressioyhtälön (4) jäännöstermit 28 3. Maaveden jännityksen vertikaalijakautuma ajan funktiona 9-6.-26.8.1972 29 1. Johdanto Maa, kasvi ja ilmakehä muodostavat järjestelmän, jossa vesi liikkuu energiaerojen määräämällä tavalla, ja jonka eri osissa (maa, kasvi, ilmakehä) olevan veden energiatila on ilmaistavissa samalla mittayksiköllä, riippumatta veden olomuodosta. Veden liikkuminen maasta juureen, versoon ja lehtien kautta ilmakehään johtuu edellä sanotun perusteella siitä, että maassa oleval]a vedellä on enemmän potentiaalienergiaa kuin kasvin haihduttavia pintoja ympäröivän ilman vesi höyryllä. Kasvifysiologisessa tutkimuksessa on aikanaan paljon kiistelty siitä, missä määrin kasveilla esiintyy ns. ak tiivista vedenottoa. Aktiivista, kasvin elintoiminnoillaan ylläpitämää vedenottoa on alettu pitää merkitykseltään yhä vähäisempänä (esim. COWAN 1965, GARDNER 1965, PHILIP 1966, ROSE 1966, KRAMER 1969, HILLEL 1971). Passiivinen veden ottoteoria, jonka mukaan kasvi vettä ottaessaan toimii maan ja ilmakehän välisenä johtimena öljylampun sydämen tapaan, on saavuttanut yksimielisen kannatuksen kasvin pääasialli sena vedenottomekanismina. FRIEDRICH (1897) havaitsi, että puiden ympärysmitta vaihtelee vuorokausirytmin mukaisesti. Monet tutkijat ovat hänen jälkeensä havainneet saman ilmiön (katsaus esim. LEIKOLA 1969 b). Tämän vaihtelun on poikkeuksetta seli tetty johtuvan transpiraation vuorokausirytmin aiheutta- 2 masta rungon vesipitoisuus- ja tilavuusvaihtelusta. Puusta haihtuu päivällä yleensä enemmän vettä kuin se ottaa juu rillaan maasta: rungon vesipitoisuus pienenee, jolloin rungon vettä sisältävät osat kutistuvat. Näin on havaittu tapahtuvan sekä kuivilla että hyvinkin kosteilla kasvu paikoilla (KOZLOWSKI 1958, HUIKARI ja PAARLAHTI 1967). Päi vällä syntynyt vesivajaus täyttyy yön aikana, transpiraation ollessa vähäistä, joko kokonaan tai osittain. Puun ympärys mitta saavuttaa vuorokautisen maksiminsa aamuyöllä tai aa mulla, ennen kuin transpiraatio alkaa uudelleen. Tämän tutkimuksen tavoitteena on selvittää, miten juurikerroksen kosteuden muutokset vaikuttavat männyn ympä rysmitan päivittäiseen vaihteluun. 3 2. Keskeiset käsitteet Koska veden liikkuminen riippuu energiaeroista, veden absoluuttisen energian arvoilla ei ole merkitystä, kun tar kastellaan puun vedenoton kannalta keskeisiä energian muo toja. Kun seuraavassa puhutaan energiasta, on kysymys tietyn vertailutason suhteen määritellyistä arvoista. Kuvassa 1 on esitetty tilanne, jossa vesi on noussut kapillaariputkessa korkeudelle h^ . Tason Bja tason C väli nen paine-ero on ja tasojen A ja B paine-ero vastaavasti tasoilla B ja C veden paine on sama kapillaariputkessa ja sen ulkopuolella. Jos tason B paine merkitään o:ksi, tasolla C vallitse va hydrostaattinen paine on Tason A hydrostaattinen paine on tällöin e-J- i s ii-s "negatiivinen". On huomatta va, ettei kysymys ole eri "painelajeista" , vaan että "ne gatiivisuus" ja "positiivisuus" johtuvat vertailutason va linnasta. Negatiivista painetta sanotaan fysiikassa jännityk seksi. Maafysiikassa on tapana merkitä veden paine pohjavesi pinnan tasossa o:ksi. Koska vesi nousee kapillaarisesti myös maassa, kuvan 1 yksinkertaista tilannetta voidaan sov veltaa myös maaveden paineeseen. Edellä esitetyn perus teella veden paine on pohjavesipinnan yläpuolella nega tiivinen. Maaveden negatiivisesta paineesta käytetään nimitystä maaveden jännitys. 4 Kuva 1. Veden paine kapillaariputkessa . Kuva 2. Paine-energia eron riippuvuus tar kastelutasojen korkeus erosta energiatasapai non vallitessa. 5 Vaikka maaveden jännitys määritellään o:ksi pohja vesipinnan tasossa, maaveden jännitys ei ole millään ta valla sidottu pohjavesipinnan läsnäoloon. Jos maaveden jännitys on 0, veden paine on sama kuin kaikkien pohjavesipin tojen tasossa. Maaveden jännityksen arvoon vaikuttavat kaikki ne tekijät, jotka alentavat maassa olevan veden painetta, t.s saavat aikaan maan kuivumista. Maaveden jännitystä mitataan tässä tutkimuksessa tensiometrillä . Laitteen keskeinen osa on huokoinen kär kikappale, joka vedellä kyllästettynä läpäisee vettä mutta ei ilmaa, ja jonka kautta laitteen umpinainen vesisäiliö on yhteydessä maaveteen. Tensiometrin toiminta perustuu siihen, että maaveden paine välittyy huokoisen kärkikappaleen kautta säiliöön, jossa olevan veden paine voidaan mitata (vrt. AHTI 1971). Kun puussa olevan veden ja maaveden välillä ei ole energiaeroja, vedenottoa ei tapahdu. Kuva 2 havainnollistaa tällaista tasapainotilannetta. Jos oletetaan, että puun ja maan välillä ei esiinny veden osmoottisen energian eroja, veden energia tasoilla 1 ja 2 voidaan ilmaista paine energian (veden jännitys) ja gravitaatioenergian (etäisyys vertailutasosta 3) summana (vrt. esim. RICHARD 1963). Koska vedellä on tasapainotilan vallitesssa yhtä paljon energiaa eri tasoilla, voidaan kirjoittaa 6 Symbolit: = veden paine-energia tasolla 1 h 2 = veden paine-energia tasolla 2 = veden gravitaatio energia tasolla 1 z 2 = veden gravitaatio energia tasolla 2 josta edelleen Yhtälön (2) mukaan siis tasojen 1 ja 2 välinen paine-energiaero on tasapainotilan vallitessa suoraan verrannollinen tasojen korkeuseroon. Kun paine-energia ilmaistaan veden jännityksenä ja käytetään mittayksikkönä vesipatsaan korkeutta suureet z ja h ovat yhteis mitallisia (esim. GARDNER 1966). Tämä merkitsee, että puussa olevan veden jännitys saadaan vähentämällä maaveden jännitykses tä paine, jonka mittaluku = tarkastelutasojen korkeusero. Puun tasapainokosteudella tarkoitetaan tässä tutkimukses sa puussa olevan veden jännitystä, kun edellä kuvattu tasapainotilanne vallitsee. Vesiva.jauksella puolestaan tarkoitetaan poikkeamaa tasapainokosteudesta (kuivempaan suuntaan) . Edellä oletettiin, että maan ja puun välillä ei esiin ny veden osmoottisen energian eroja. Koska elävien solujen vedenvaihto tapahtuu soluliman muodostaman puoliläpäisevän kalvojärjestelmän läpi, oletus ei pidä täysin paikkaansa. Kun toisaalta tiedetään, että vesi kulkee lähinnä puiden runkojen kuolleissa osissa (ZIHMERMANN ja BROWN 1971), ole tuksen virheellisyydellä ei liene merkitystä puun tasa painokosteuaen kannalta, • (1) z 1 + h«j =z 2 +h 2 (2) —h 2 z 2 —z l 7 3. Mittausmenetelmät 31. Koepuiden ympärysmitan mittaus Mitattaessa puiden päivittäistä paksuuskasvua haih dunnan vuorokausirytmin aiheuttama ympärysmitan vaihtelu on eliminoitu joko mittaamalla puiden ympärysmitta aina aamuisin (HUIKARI ja PAARLAHTI 1967), jolloin puun vesi pitoisuuden voidaan olettaa olevan vuorokautisessa maksi missaan ja lähinnä tasapainokosteustilaa, tai käyttämällä auxanografia (LEIKOLA 1969 a), jolloin edellä mainittu maksimipiste voidaan tarkasti määrittää piirturikäyrältä. Nämä eliminointimenettelyt eivät kuitenkaan ota huomioon tasapainokosteuden päivittäisen muutoksen mahdollisesti aiheuttamaa ympärysmitan vaihtelua, joten niitä voidaan käyttää myös tässä tarkastelussa. Ojitetulle suolle perustetulta 15 x 40 m:n koeruudulta, jota ympäröivien ojien vesipinta oli padottu pysyvästi 70 cm:n syvyyteen (katso HUIKARI ja PAARLAHTI 1967), mi tattiin pantamittausmenetelmällä (HUIKARI ja PAARLAHTI 1967) 12 koepuun ympärysmitan muutoksia. Mittaukset suoritet tiin 9.6 - 26.8.1971 aamuisin n. klo 08.00 viitenä päi vänä viikossa. Koepuiden rinnankorkeusläpimitta vaihteli 10.3 cmrstä 16.6 cm:in ja pituus 7.Bm:stä 11.1 m:in. Puut kuuluivat vallitsevaan latvuskerrokseen. Pantojen mittaustarkkuus on KANERVAn (1963) mukaan - 0.13 mm .(standardipoikkeama) . 8 32. Juurikerroksessa vallitsevan maaveden jännityksen mittaaminen Koska suomäntyjen juuret keskittyvät aivan lähelle turpeen pintaa (HEIKURAINEN 1955» PAAVILAINEN 1966), otet tiin juurikerroksen kosteutta indikoivaksi tunnukseksi maaveden jännitys n. 5 cm:n syvyydellä. Mittauksissa käy tettiin sveitsiläisen prof. F. RICHARDin (BRULHART 1969» AHTI 1971) kehittämää tensiometrimallia , jonka huokoisen kärjen pituus oli 5.7 cm. Näin ollen mittaustulokset eivät kuvaa maaveden jännitystä 5 cm:n syvyydellä, vaan keski määräistä maaveden jännitystä 2-8 cm:n kerroksessa. Koska oli syytä varautua siihen, että maaveden jännitys näin lähellä turpeen pintaa nousisi yli mittausamplitudin (n. pF 3.0), mitattiin maaveden jännitys myös syvemmältä, jossa turpeen voitiin olettaa olevan keskimäärin kosteam paa. Yhteensä käytettiin 18 tensiometriä, joista kuusi (6) oli n. 5 cm:n syvyydellä, kuusi (6) n. 10 cm:n syvyy dellä, kolme (3) 20 cm:n ja kolme (3) 30 cm:n syvyydellä. Koska käytettävissä oli rajoitettu määrä tensiomet rejä, ei pyritty 2-8 cm:n kerroksen kosteutta keskimäärin kuvaaviin maaveden jännityksen arvoihin, vaan lähinnä suhteellisiin, maaveden jännityksen vaihtelua kuvaaviin lukuihin. Pääätavoitteena oli saada aukoton havainto sarja koko havaintojaksolta. Mittaukset keskitettiin kolmeen koeruudun toisella lävistäjällä olevaan mittaus pisteeseen, joihin kuhunkin sijoitettiin kuusi (6) tensio metriä: kaksi kappaletta 5 ja 10 cm:n syvyyteen ja yksi 9 tensiometri 20 ja 30 cm: n syvyyteen. Maaveden jännitys mitattiin kaikkina mittauspäivinä välittömästi ympärysmitan mittauksen jälkeen. 33. Muut mittaukset Sademäärä mitattiin 5 kertaa viikossa muiden mittaus ten yhteydessä kahden metrin korkeudelle sijoitetulla sade mittarilla (vrt. HUIKARI ja PAARLAHTI 1967). Ilman lämpötilaa ja ilman suhteellista kosteutta mitattiin juoksevasti termohygrografilla. 10 4. Aineisto ja sen käsittely 41. Mittauksen tuloksena syntyneet aikasarjat Aineiston rungon muodostavat koepuiden ympärysmitto jen keskiarvon ja maaveden jännityksen (5 cm) aikasarjat, jotka molemmat käsittävät 57 havaintopistettä (57 mittaus päivää). 10, 20 ja 30 cm:n syvyydellä olleiden tensio metrien lukemia ei käytetä, koska 5 cm:n syvyydellä olleet tensiometrit toimivat moitteettomasti koko havaintokauden. Jokainen maaveden jännityksen arvo on kuuden (6) tensiometrin lukemien aritmeettinen keskiarvo, ja tarkas teltavat ympärysmitat ovat puolestaan 11 koepuun ympärys mittojen aritmeettisia keskiarvoja. Yksi alunperin 12 koepuusta jouduttiin hylkäämään mittausten epäonnistumisen vuoksi. 42. Aineiston muuntaminen regressioanalyysiä varten 421. Yleistä Yleinen tapa analysoida aikasarjoja on korrelaatio laskennan ja regressioanalyysin käyttäminen (EZEKIEL 1950, s. 341). Jos aikasarjaan sisältyy trendi, s.o. peräkkäi set havainnot eivät ole toisistaan riippumattomia, regres sioanalyysin käyttäminen edellyttää, että trendi eliminoi daan. Puun ympärysmitan ns. kumulatiivinen kasvukäyrä sisältää nousevan trendin, joka aiheutuu vegetatiivisen paksuuskasvun palautumattomuudesta. Kasvukäyrä sisältää myös vuodenaikojen vaihtelusta aiheutuvaa aaltomaista vaihtelua, joka sekin on poistettava, jotta regressioana lyysiä voitaisiin käyttää aineiston analysointiin. 11 Puun ympärysmitan muutokset ovat riippuvaisia sää tekijöiden vaihtelusta. Koska säätekijöitä on pidetty regressioanalyysin kannalta satunnaismuuttujina (EZEKIEL 1950), myös puran ympärysmitan muutoksia voidaan pitää satunnaisina ja peräkkäisiä havaintoja toisistaan riippu mattomina. Nouseva trendi voidaan näin eliminoida jo ottamalla tarkastelun kohteeksi ympärysmitan hetkellisen arvon asemesta ympärysmitan muutos tietyn mittausinterval lin aikana, ja vuodenaikojen aiheuttama vaihtelu elimi noituu osittain, kun regressiomuuttujaksi otetaan peräk käisten ympärysmitan muutosten erotus. Regressiotarkaste lussa käytetään tällöin useimmiten selittävien muuttujien (tässä tapauksessa säätekijöiden) keskimääräisiä tai kumu latiivisia arvoja mittausintervallin aikana. Joskus käy tetään myös maksimi- tai minimiarvoja. Johdannossa mainittiin, että puun ympärysmitta saavut taa vuorokautisen maksiminsa aamulla, kun edellisenä päi vänä syntynyt vesivajaus täyttyy aamulla vallitsevaa maa veden jännitystä vastaavalle tasapainokosteustasolle . Kun tässä tutkimuksessa halutaan selvittää, millainen on koe puiden aamulla mitatun ympärysmitan ja aamulla mitatun maaveden jännityksen suhde, ei ole mitään syytä käyttää selittäjien keskimääräisiä tai kumulatiivisia arvoja. Edellä esitetty trendinpoistamismenettely ei tämän joh dosta tunnu mielekkäältä. Toisaalta sen käyttäminen olisi hankalaakin, koska mittauksia on tehty vain viitenä päivänä viikossa. Viimeksi mainitusta syystä aineistoa 12 ei katsota voitavan muuntaa myöskään käyttämällä ns. kol men pisteen liukuvaa keskiarvoa (esim. LEIKOLA 1969 a). 422. Kumulatiivisen kasvukäyrän tasoitus Jos koepuiden ympärysmitan kumulatiivinen kasvukäyrä tasoitetaan niiden aikapisteiden kautta, jotka edustavat samaa maaveden jännitystä, saadaan tasoituskäyrä, joka vastaa samaa puun kosteustilaa ja turpoamisastetta. Ku vassa 3 on esitetty kasvukäyrän tasoittaminen käyttämällä maaveden jännityksen vertailutasona 100 cm Jos sopi via havaintopisteitä olisi ollut riittävästi, vertailu taso/ksi olisi voitu valita mikä tahansa maaveden jännityk sen arvo. Tässä tapauksessa 100 cm joka on hyvin lä hellä havaintoarvojen vaihteluvälin keskipistettä, näytti sopivimmalta vertailutasolta. Tasoituskäyrä muodostaa vertailutason, jota suurem mat ympärysmitan arvot vastaavat vertailutasoa suurempaa maan ja puun kosteutta ja tasoituskäyrän arvoja pienemmät ympärysmitan arvot vastaavasti kuivempia kosteusolosuhteita. Vähentämällä kumulatiivisen kasvukäyrän arvoista vastaavat tasoituskäyrän arvot voidaan eliminoida sekä kumulatiivisen kasvukäyrän yleinen nouseva trendi että vuodenaikojen vaihtelusta aiheutuva vaihtelu, joista edellä mainittiin. Jäljelle jää ympäristötekijöiden päivittäisestä vaihte lusta johtuva ympärysmitan vaihtelu, jota voidaan käyttää regressioanalyysissä selitettävänä (riippuvana) muuttu jana. Kuva 3. Koepuiden ympärysmittojen aritmeettinen keskiarvo ja maaveden jännitys 9.6.-26.8.1971. Kumulatiivisen kas vukäyrän tasoitus käyttäen vertailutasona maaveden jänni tyksen arvoa 100 cmH 20. Da =ympärysmitta 9.6.1971. 14 Koska kumulatiivisen kasvukäyrän tasoittamisella on ratkaiseva merkitys ympärysmitan vaihtelun ja maaveden jännityksen välisen tilastollisen riippuvuuden kannalta, edellä käytetty käsivarainen menettely saattaa tuntua ko vin karkealta. Se on kuitenkin ainoa tapa tasoittaa kas vukäyrä niin, että tasoituskäyrällä on yhtymäkohta puun vedenoton fysiologiaan. Mikäli tasoitus olisi suoritettu esimerkiksi siten, että ympärysmitan kumulatiivisen kasvu käyrän muodon perusteella olisi valittu jokin matemaattisel la yhtälöllä ilmaistavissa oleva käyrä, olisi jouduttu te kemään täysin umpimähkäinen valinta. Voidaan väittää, että puu ottaa sateiden aikana vettä myös latvuksen kautta, ja että maaveden jännityksen ja puun kosteuden välinen riippuvuus tällöin muuttuu: heti sateen jälkeen puussa saattaa olla enemmän vettä kuin tasapainokosteus edellyttäisi. Vaikka ei tarkoin tiedetä, mikä merkitys esimerkiksi neulasten kautta tapahtuvalla vedenotolla on (SLATYER 1967, s. 232), virhemahdollisuus on kuitenkin olemassa. Tämän vuoksi tasoituksessa käy tettiin vertailutasona 100 cm maaveden jännitystä, joka havaintojakson aikana aina havaittiin vasta, kun maan kuivumisprosessi oli jatkunut sateen jälkeen useita päiviä. Tämä ei tietenkään poista neulasten kautta ta pahtuvan vedenoton mahdollisesti aiheuttamaa virhettä niiden havaintojen osalta, jotka on suoritettu heti sateen jälkeen. On kuitenkin selvää, että yhdenkin päivän haih dunta palauttaa puun tasapainokosteuden. Kun nämä vir heet eivät pääse vaikuttamaan tasoitukseen, sateisten 15 päivien vaikutus voitaneen arvioida regressiomallin seli tysvirheistä. Puiden kuoren ja kaarnan on havaittu sateiden vaiku tuksesta jossakin määrin turpoavan (esim. BURGAN 1971). Suomalaisen männyn kohdalla tällä turpoamisella ei ole merkitystä (HUIKARI ja PAARLAHTI 1967), joten edellä ku vattu käsivarainen tasoitus tuntuu myös tältä kannalta oikealta. 16 5. Tulokset 51. Koepuiden ympärysmitan ja maaveden jännityksen välinen riippuvuus Koepuiden keskimääräisen ympärysmitan poikkeama samaa puun turpoamisastetta edustavasia tasoituskäyrästä (kuva 3) muodostaa seuraavan regressiomallin riippumattoman muut tujan (y) , jonka vaihtelua selitetään maaveden jännityk sellä Saadaan regressioyhtälö Maaveden jännitys selittää siis puun ympärysmitan vaihte lusta lähes 88 %. Tarkastelemalla mallin selitysvirheitä (liite 1) maaveden jännityksen suhteen voidaan päätellä, että mallista erittäin todennäköisesti puuttuu jokin mal lissa olevien selittäjien neliötermi (DRAPER ja SMITH 1966, s. 91). Koska mallissa on vain yksi selittäjä, voidaan siihen ilman muuta lisätä maaveden jännityksen neliötermi 2 . Saadaan seuraava yhtälö: Malli (4) selittää yli 90 % koepuiden ympärysmitan vaihte lusta, joten päivittäisen kasvunvaihtelun ja erilaisten mittaus- ja analyysivirheiden osalle jää alle 10 %. Mallin (4) kuvaaja ja havaintopisteet on esitetty kuvassa 4. On ilmeistä, että selitysastetta ei enää voida *** * * * (3) y = 0.661 - 0.00675 x 1 r = 0.936 R 2= 0.876 (4) y = 0.846 - o.ol2o**V, + 0.0000253" *x2 , R 2 = 0.908 17 18 merkitsevästi nostaa ottamatta malliin lisää selittäjiä. Residuaalien tarkastelu viittaa samaan (liite 2). Koska kiinnostuksen kohteena on vain maaveden jänni tyksen ja puun ympärysmitan vaihtelun välinen riippuvuus, malliin on mielekästä lisätä vain sellaisia muuttujia, joilla voidaan olettaa olevan merkitystä tämän riippuvuuden kannalta. Tätä kysymystä tarkastellaan lähemmin seuraa vassa. 52. Analyysin virhetekijöistä Koska auxanografia ei ollut käytettävissä, haihdun nan vuorokausirytmin aiheuttaman ympärysmitan vaihtelun eliminoiminen on saattanut osittain epäonnistua. On mah dollista, että koepuiden ympärysmitta on jo pienentynyt vuorokautisesta maksimistaan, kun mittaus on suoritettu. Mikäli näin on käynyt, puun ympärysmitta on ollut mittaus hetkellä pienempi kuin tasapainokosteustilan vallitessa. Tämä hypoteettinen virhe pyritään korjaamaan ottamalla regressiomalliin selittäjäksi ilman vesihöyryn kyllästys paineen vajaus .(saturation pressure deficit) mittaushet kellä. Kyllästyspaineen vajauksen oletetaan kuvaavan aamun transpiraatioedellytyksiä: mitä suurempi on kyllästyspai neen vajaus, sitä suurempi on mahdollisuus, että puun ympärysmitan pieneneminen on alkanut, kun sitä mitataan. On myös mahdollista, että havaintojakson aikana on ollut tapauksia, jolloin edellisenä päivänä syntynyt vesi vajaus ei yön aikana ole ehtinyt täyttyä. Puu ei tällöin ole saavuttanut tasapainokosteustilaa , vaan vedenotto on 19 vielä jatkunut, kun sen ympärysmitta on mitattu. Tämä virhe lienee mahdollista korjata ottamalla huomioon edellisen päivän potentiaalinen evapotranspiraatio (MUSTONEN 1964), joka on maan kosteuden ohella merkittävin vesivajauksien syntymiseen vaikuttava tekijä. Potentiaalisen evapotrans piraation laskemisen edellyttämiä tekijöitä ei kuitenkaan ole mitattu, joten tätä mahdollisuutta ei tässä tapauksessa ole. Haihduntaolosuhteiden kuvaajana käytetään seuraavassa tarkastelussa n. >3° km:n päässä mitattuja haihdunta-arvoja (class A evaporation pan). Yksinkertaisuuden vuoksi maaveden jännityksen neliö termi, joka lisäsi selitysastetta vain n. 3 %, jätetään regressiomallista pois. Ottamalla malliin uusiksi selit täjiksi ilman vesihöyryn kyllästyspaineen vajaus ja edellisenä päivänä vesipinnasta tapahtunut haihdunta saadaan regressioyhtälöt Vaikka kummankin uuden selittäjän (x 9 ja etu , H* ) * merkit viittaavat siihen, 'edellä mainittuja virheitä on saattanut tapahtua, selittäjät eivät ole tilastollisesti merkitseviä yhdessäkään yhtälössä. Selitysaste on nous sut yhtälöön (3) nähden vain 0.3 - 0.6 %. Näyttää siis siltä, että ainakin suurin osa mittauksista on mitattu (5) y = 0.689 - 0.00675 x**- 0.000102 x£ , R 2 = 0.879 (6) y = 0.703 - 0.00660 0.000175 x3> R 2 = 0.879 (7) y = 0.719**- 0.00662 X< x 1 - 0.0000654 x£ , R 2 = 0.882 - 0.000148 x x 3 20 tasapainokosteustilan vallitessa ja puun ympärysmitan ol lessa lähellä vuorokautista maksimiaan. Yksittäisten ha vaintojen kohdalla saattaa esiintyä huomattaviakin vir heitä, mutta kuten kuvasta 4 voidaan nähdä, havaintopis teiden hajonta on suhteellisen tasainen, joten ei ole syytä lähteä poistamaan havaintoja aineistosta. 53. Ympärysmittahavaintojen korjaaminen samaa maaveden jännitystä vastaavalle turpoamis tasolle regressiomallin avulla Maaveden jännityksen ja koepuiden ympärysmitan vä istä riippuvuutta (4) on pidettävä niin kiinteänä, että sitä voitaneen tämän aineiston puitteissa käyttää maaveden jännityksen vaikutuksen eliminoimiseen. Tähän viittaa myös kuva 5, jossa on esitetty mitattujen ja yhtälöllä (4) las kettujen ympärysmitan arvojen poikkeamat tasoituskäyrästä. Kun kuvassa 3 esitetty koepuiden ympärysmitan kasvu käyrä korjataan yhtälöllä (4) 100 cm maaveden jän nitystä vastaavaksi , (vrt. WORRAL 1966), saadaan käyrä (kuva 6), joka sisältää vegetatiivisen paksuuskasvun vaihtelun ja sen lisäksi mittaus- ja anälyysivirheistä johtuvan vaihtelun. Jos halutaan analysoida päivittäisen paksuuskasvun jali ympäristötekijöiden välistä riippuvuutta, korjattu käy rä tarjonnee analyysille huomattavast paremman lähtökoh dan kuin alkuperäinen käyrä, jonka vaihtelusta suurin osa näyttää johtuneen kasvusta riippumattomasta tekijästä. 21 Kuva 5. Mitattujen ja regressioyhtälöllä laskettujen ympärysmitta-arvojen tasoituskäyrästä lasketut poikkeamat. 22 Kuva 6. Mitattu (A) ja maaveden jännityksellä korjattu ympärysmitan kasvukäyrä. Da = keskim. ympärysmitta 9.6.1971. 23 6. Tulosten tarkastelu Tulokset osoittavat, että juurikerroksen kosteus vaihtelulla on selvä vaikutus männyn ympärysmittaan. Juu rikerroksen kosteusmuutosten nopeudesta riippuu, onko kosteus vaihtelulla merkitystä puiden ympärysmitan päivittäisen kas vun mittaamisen kannalta. Ojitetut suot ovat kasvupaikkoja, joilla männyn juuris to keskittyy huomattavasti lähemmäksi maan pintaa kuin ki vennäismailla. Vaikka turpeen pintakerros ei näytä kuivuvan läheskään yhtä kuivaksi kuin maan pintakerros kivennäismail la, kosteusvaihtelun nopeus lienee syynä siihen, että männyn ympärysmitan vaihtelu on varsin voimakasta. Kivennäismailla kasvavien mäntyjen ympärysmitta lienee aivan yhtä riippuvainen juurikerroksen kosteudesta kuin suomäntyjenkin, mutta kun juu ria on myös syvemmällä maassa, jossa kosteusvaihtelu on hidasta, pintamaan kosteusvaihtelulla ei ehkä ole samaa merkitystä kuin turvemailla. Puiden päivittäisen paksuuskasvun ja kasvutekijöiden suhde on ollut vilkkaan tutkimustyön kohteena (katsaus KOZLOWSKI 1971)» mutta juurikerroksen kosteusvaihtelun vai kutusta puun ympärysmittaan ei ole eliminoitu. WORRAL (1966) on tutkinut puiden läpimitan ja puun kosteuden välistä riippuvuutta ja havainnut sen erittäin kiinteäksi ja suoravii vaiseksi. Tutkimustensa perusteella hän on esittänyt korjaus menettelyn, jolla puun läpimittalukemat voidaan muuntaa samaa puun kosteutta vastaaviksi. Menettely edellyttää puussa olevan veden jännityksen mittaamista SCHOLANDERIN menetel mällä (esim. SCHOLANDER et.ai. 1965). Tässä tutkimuksessa 24 käytettiin samaa muuntamisperiaatetta , mutta puussa olevan veden jännityksen asemesta käytettiin juurikerroksen maa veden jännitystä. Tulokset osoittavat, että muuntaminen on erityisen tärkeää silloin, kun on kysymys puista, joiden juuristo on lähellä maan pintaa. Kun juurikerroksen kosteus vaihtelun mittaaminen puolestaan on suhteellisen helppoa juuri silloin, kun juuret ovat ohuessa maan pintakerroksessa, on ilmeistä, että juurikerroksen kosteusvaihtelun huomioon ottaminen on mahdollista juuri sellaisissa tapauksissa, joissa se on välttämättömintä. Maaveden jännityksen ja puun ympärysmitan riippu vuutta kuvaavat regressioyhtälöt eivät ole yleistämiskelpoi sia, koska on todennäköistä, että regressiokertoimet vaih televat puun läpimitan (WORRAL 1966) ja sen mukaan, miltä syvyydeltä juurikerroksen kosteus määritetään. Tämän tutkimuksen mukaan juurikerroksen maaveden jän nityksen ja puun ympärysmitan välinen riippuvuus ei ole suoraviivainen (vrt. esim. WORRAL 1966). Tämä johtuu toden näköisesti siitä, että 2-8 cm:n kerroksen kosteus ei ole edustanut koko juurikerroksen kosteutta, josta puun tasa painokosteus on riippuvainen. Yleistämiskelpoisiin yhtälöihin päästäneen vain WORRALIN (1966) menettelyllä, jossa maaveden jännityksen asemesta mitataan puussa olevan veden jännitystä. 25 Kirjallisuusluettelo AHTI, E. 1971. Maaveden jännityksen mittaamisesta tensio metrillä. Summary: Use of a tensiometer in measuring soil water tension. Folia Forestalia 112. !! BRULHART, A. 1969. Jahreszeitliche Veränderungen der Wasser bindung und der Wasserbewegung in Waldboden des schweize rischen Mittellandes. Mitt. Schweiz. Anst. Forstl. Versuchsw. 45. BURGAN, R.E. 1971. Variations in diameter measurements of Robusta eucalyptus due to swelling and shrinkling of bark. USDA For. Serv. Res. Note PSW-244. COWAN, I.R. 1965. Transport of water in soil-plant atmosphere system. J. Appl. Ecol. 2: 221-229, DRAPER, N.R. & SMITH, H. 1966. Applied regression analysis. New york-London-Sydney. EZEKIEL, M. 1950. Methods of correlation analysis. 2. ed. New York. FRIEDRICH, J. 1897. Über den Einfluss der Witterung auf den Baumzuwachs. Mitt. Forstl. Versuchsw. Österr. XXII. Heft. GARDNER, W.R. 1960. Dynamic aspects of water availability to plants. Soil Sci. 89: 63-73. 1966. Soil water movement and root absorption, in "Plant environment and efficient water use" ed. by PIERRE,W.H. et.al HEIKURAINEN, L. 1955. Über Veränderungen in den Wurzel verhältnissen der Kiefernbestände auf Moorböden im Laufe des Jahres. Acta For. Fenn. 65. HILLEL, D. 1971. Soil and water. Physical principles and processes. Academic Press. New York-London. HUIKARI, 0. & PAARLAHTI, K. 1967. Results of field experi ments on the ecology of pine, spruce and birch. Commun. Inst. For. Fenn. 64.1. KANERVA, P. 1963. Tutkimus männyn paksuuden muutosten mit taamisesta ja analysoinnista pantamenetelmällä. Konekir joite Helsingin Yliopiston metsänarvioimistieteen laitoksella 26 KOZLOWSKI, T.T. 1958. Water relations and growth of trees. J. For. 56: 498-502. 1971. Growth and development of trees. Vol. 11. Academic Press. New York-London. KRAMER, P.J. 1969. Plant and soil water relationships: a modern synthesis. LEIKOLA, M. 1969 a. The influence of environmental factors on the diameter growth of forest trees. Acta For. Fenn. 92. 1969 b. The effect of some climatic factors on the daily variations in stem thickness of Scots pine. Acta Bot. Fenn. 6: 173-181. MUSTONEN, S. 1964. Potentiaalisen evapotranspiraation mää rittämisestä. Acta Agr. Fenn. 102.2. PAAVILAINEN, E. 1966. Maan vesitalouden järjestelyn vaiku tuksesta rämemännikön juurisuhteisiin. Summary: On the effect of drainage on root systems of Scots pine on peat soils. Commun. Inst. For. Fenn. 61.1. PHILIP, J.R. 1966. Plant water relations: some physical aspects. Ann. Rev. Plant Physiol. 17: 245-268. RICHARD, F. 1963. Wasserhaushalt und Entwässerung von Weideboden. Mitt. Schweiz. Anst. Forstl. Versuchsw. 39. RICHARDS, L.A. 1941. Uptake and retention of water by soil as determined by distance to a water table. J. Amer. Soc. Agron. 33: 778-786. ROSE, C.W. 1966. Agricultural physics. Pergamon Press. Oxford. SCHOLANDER, P.F., HAMMEL, H.T., BRADSTREET, E.D. & HEMMINGSEN, E.A. 1965. Sap pressure in vascular plants. Science 148: 339-346. SLATYER, R.O. 1967. Plant-water relationships. Academic Press. London. WORRAL, J. 1966. A method of correcting dendrometer measures of tree diameters for variations induced by moisture stress change. For. Sci. 12: 427-429- ZIMMERMANN, w. H . & BROV/N,C.L. 1971» Trees, Stucture and function. Springer-Verlag. Berlin-Heidelberg-New York. Liite 2. Regressioyhtälön (4) jäännöstermit Liite 1. Regressioyhtälön (3) jäännöstermit LIITE 3. MAAVEDEN JÄNNITYKSEN VERT IK AA LI JA KAUTU MA AJAN FUNKTIONA 9.6.- 26. 8.1972. Sisällysluettelo 1. Johdanto 2. Keskeiset käsitteet 3. Mittausmenetelmät 31. Koepuiden ympärysmitan mittaus 32. Juurikerroksessa vallitsevan maaveden jännityksen mittaaminen 33. Muut mittaukset 4. Aineisto ja sen käsittely 41. Mittauksen tuloksena syntyneet aikasarjat 42. Aineiston muuntaminen regressioanalyysiä varten 421. Yleistä 422. Kumulatiivisen kasvukäyrän tasoitus 5. Tulokset 51. Koepuiden ympärysmitan ja maaveden jännityksen välinen riippuvuus 52. Analyysin virhetekijöistä 53. Ympärysmittahavaintojen korjaaminen samaa maaveden jännitystä vastaavalle turpoamistasolle regressiomallin avulla 6. Tulosten tarkastelu Kirjallisuusluettelo Liite 2. Regressioyhtälön (4) jäännöstermit Liite 1. Regressioyhtälön (3) jäännöstermit LIITE 3. MAAVEDEN JÄNNITYKSEN VERTIKAALIJAKAUTUMA AJAN FUNKTIONA 9.6.-26.8.1972.