Valuman määrän vaihtelu

Valuman seuranta on tärkeää erityisesti alueelta poistuvien pinta-alakohtaisten ravinnemäärien selvittämisessä, joiden laskenta on parhaillaan työn alla. Oijusluoman ja Katajavaaran valuma-alueilta limnigrafeilla kerätty data vuosilta 2007–2011 on tulkittu (kuva 10.18) ja tullaan yhdistä-mään dataloggereilla kerättyyn aineistoon.

Valuma-aluemallinnus on aloitettu ja sen avulla saadaan lisätietoa kasvillisuuden merkityksestä valuman muodostumiselle (Kremsa ym. 2013). Alustavissa simuloinneissa havaittiin valumahuippujen kohoavan hakkuun jälkeen noin 50 % verrattuna hakkuuta edeltäneeseen tilanteeseen (kuva 10.19).

2011

Kuva 10.17. Oijusluoman valuma-alueen 4 (kontrolli) vesinäytteiden kokonaistyppi- ja kokonaisfosforipitoi-suudet 2007–2011. Havaintojen määrä: 2007: n = 4, 2008: n = 13, 2009: n = 13, 2010: n =13, 2011: n = 14

Kuva 10.18. Valuma Oijusluoman käsittelemättömältä valuma-alueelta 6 aikavälillä 2007–2011.

Kuva 10.19. Valuma ennen ja jälkeen hakkuuta simuloinnin perusteella.

Valunta l/s/km²

29.10.10 18.12.10 6.2.11 28.3.11 17.5.11 6.7.11 25.8.11 14.10.11

Sademäärä, mm/vrk Valuma, mm/vrk

Sademäärä Metsä Avohakkuu

10.4 Tulosten tarkastelu

Katajavaarassa ja Oijusluomassa sijaitsevien valuma-alueiden seurantaa on tehty pitkään, joten taustatietoa luonnontilaisten valuma-alueiden vesien ravinnepitoisuuksista ja valumamääristä on kertynyt runsaasti. Molemmilta koekentiltä valittiin kaksi valuma-aluetta käsiteltäväksi, ja niillä on suoritettu hakkuun, maanmuokkauksen ja viljelytöiden lisäksi myös kantojen sekä hakkuutäh-teiden korjuu.

Käsittelyiden yhteydessä maa paljastui ja muokkautui laajoilta aloilta, koska alueet myös laikku-mätästettiin kantojen nostamisen lisäksi. Maanmuokkaus lisää jo itsessään ravinteiden huuhtoutu-mista, koska sen seurauksena hajotustoiminta tehostuu ja ravinteita normaalisti pidättävä kasvilli-suus vähenee. Suuri osa metsänuudistamisen yhteydessä vapautuvista ravinteista tulee kuitenkin hakkuutähteistä ja kannoista, joten niiden talteenotto voi vähentää käsittelyjen jälkeistä ravinteiden huuhtoutumista.

Valuma-alueiden uudistamistoimenpiteet saatiin päätökseen syyskuussa 2011, joten käsittelyiden jälkeinen tarkastelujakso on vasta alussa. Alustavien tulosten mukaan valuma-alueiden hakkuu, energiapuunkorjuu ja viljelytyöt nostivat hieman kokonaistypen ja erityisesti nitraattitypen pitoi-suuksia. Kokonaisfosforipitoisuuden mediaani kohosi käsittelyiden seurauksena Katajavaaran valuma-alueen vesinäytteissä, mutta Oijusluoman tutkimusalueella kokonaisfosforipitoisuudessa havaittiin hakkuiden aloittamisen jälkeen ainoastaan hetkellinen piikki. Aiempien tutkimusten perusteella (Kubin 1995a, Kubin 1995b, 1998) esimerkiksi nitraattitypen huuhtoutuminen pintave-teen saavuttaa huippunsa vasta toisena vuotena hakkuusta, joten tässäkin tapauksessa pitoisuudet voivat vielä kohota.

Kiintoainehuuhtouma on toistaiseksi ollut hyvin pientä molemmilta käsitellyiltä alueilta.

Katajavaarassa havaittiin kiintoainepitoisuudessa pieni, nopeasti tasaantunut kohoaminen hakkuiden ja kantojennoston jälkeen, mutta muutoin pitoisuudet ovat pysyneet myös Katajavaarassa hyvin matalina. Aiemmissa tutkimuksissa on havaittu, että kiintoaineen huuhtoutuminen on avohak-kuun jälkeen ollut korkeimmillaan vasta toisena vuotena hakkuusta (Ahtiainen & Huttunen 1995, Adamson & Hornung 1990), joten voidaan pitää mahdollisena, että myös Katajavaaran ja Oijusluoman alueilla kiintoainehuuhtouma saattaa lisääntyä jatkossa.

Hankkeessa tehtävä tutkimus perustuu pitkäaikaisiin ekologisiin seurantoihin ja lopullisia tuloksia saadaan vasta lähivuosien kuluessa seurannan edetessä. Seurantaa on jatkettava vielä useita vuosia, jotta pystytään tekemään johtopäätöksiä kantojen noston aiheuttaman ravinnehuuhtouman kestosta sekä energiapuun korjuun intensiteetin vesistövaikutuksista.

Kirjallisuus

Adamson, J.K. & Hornung, M. 1990. Effects of clearfelling a Sitka Spruce plantation on solute concentrations in drainage water. Journal of Hydrology 116:287-297.

Ahtiainen, M. & Huttunen, P. 1995. Metsätaloustoimenpiteiden pitkäaikaisvaikutukset purovesien laatuun ja kuormaan. Julkaisussa: Saukkonen, S. & Kenttämies, K. (toim.) Metsätalouden vesistövaikutukset ja niiden torjunta 420:33-50.

Finér, L., Kortelainen, P., Mattsson, T., Ahtiainen, M., Kubin, E. & Sallantaus, T. 2004. Sulphate and base cation concentrations and export in streams from unmanaged forested catchments in Finland. Forest Ecology and Management 195: 115-128.

Kortelainen, P., Mattsson, T., Finér, L., Ahtiainen, M., Saukkonen, S. & Sallantaus, T. 2006. Controls on the export of C, N, P and Fe from undisturbed boreal catchments, Finland. Aquatic Sciences 68: 453-468.

Kubin, E., Hartman, M., Ilvesniemi, H., Lindgren, M., Kokko, A., Murto, T., Pasanen, J., Piispanen, J., Pohjola, S., Seppänen, R., Tarvainen, O., Tillman-Sutela, E. & Tolvanen, A. 2013. Kantojen noston ja hakkuutähteiden keruun ekologiset ja metsänhoidolliset vaikutukset (3475). Koekenttien perustaminen ja tuloksia. Metlan työraportteja / Working Papers of the Finnish Forest Research Institute 252. 45 s.

Ladattavissa osoitteesta: http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2013/mwp252.htm

Kubin, E. 1998. Leaching of nitrate nitrogen into the groundwater after clear felling and site preparation.

Boreal Environment Research 3:3-8.

Kubin, E. 1995a. Avohakkuun, hakkuutähteiden talteenoton ja maanmuokkauksen vaikutus

ravinteiden huuhtoutumiseen. Julkaisussa: Saukkonen, S. ja Kenttämies, K. (toim.) Metsätalouden vesistövaikutukset ja niiden torjunta 420:65-71.

Kubin, E. 1995b. Site preparation and leaching of nutrients. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 567:55-62.

Kubin, E., Välitalo, J., Ylitolonen, A., Alasaarela, E. & Seuna, P. 1995. Hakkuun ja maanmuokkauksen vesistövaikutukset ja niiden torjunta. Kuusamon Oijusluomaan ja Taivalkosken Katajavaaraan perustetut valuma-alueet. Käsikirjoitus. 21 s.

Kubin, E., Välitalo, J., Ylitolonen, A., Alasaarela, E. & Seuna, P. 1994. Hakkuun ja maanmuokkauksen vesistövaikutukset - tutkimuksen valuma-alueet. Käsikirjoitusluonnos. 34 s.

Kremsa, J., Kubin, E., Křeček, J. & Murto, T. 2013. Effects of whole-tree harvest on hydrological processes in the boreal environment. Hydrology Research, NHC 2012 Special Issue. Submitted manuscript.

Metsätilastollinen vuosikirja 2011. Metsäntutkimuslaitos. 469 s.

Saukkonen, S. & Kenttämies, K. (toim.). 1995. Metsätalouden ympäristövaikutukset ja niiden torjunta.

METVE-projektin loppuraportti. Suomen ympäristö 2 – ympäristönsuojelu, 419 s.

Metlan työraportteja 289: 97–111

11 Energiapuunkorjuun vaikutus ravinne- ja raskasmetallihuuhtoutumiin ja ravinteiden riittävyyteen suometsissä

Liisa Ukonmaanaho, Mika Nieminen, Jyrki Hytönen, Tiina M. Nieminen, Mikko Moilanen, Marjatta Kantola, Oili Kiikkilä, Ari Lauren, Päivi Merilä, Timo Penttilä, Juha Piispanen, Mike Starr, Annu Kaila, Heidi Pyhtilä ja Paavo Perämäki.

Tiivistelmä

Nykyisen energiapolitiikan mukaisesti hakkuut toteutetaan usein korjaamalla runkopuun lisäksi hakkuutähteet ja kannot eli ns. energiapuujae. Energiapuun korjuun vaikutuksista ravinteiden huuhtoutumiin ja uudistettavan puuston kasvuun ojitetuissa suometsissä ei ole aikaisemmin tutkittu.

Bioenergiaohjelmassa käynnistettiin Vilppulassa, Lapinjärvellä ja Sotkamossa ojitetuilla turve-mailla valuma-aluetutkimuksia, joissa tutkitaan koko- ja runkopuukorjuun vaikutuksia ravinteiden ja raskasmetallien huuhtoutumiin. Lisäksi viidellä kohteella Länsi-Suomessa on tutkittu erilaisten energiapuukorjuumenetelmien vaikutusta suometsien ravinnetalouteen ja puuntuotokseen. Alustavat tulokset osoittavat, että talviaikaan tehdyn kokopuukorjuun jälkeen koealoille jäi yli 30% hakkuu-tähteitä. Ensimmäisten vuosien aikana kokopuunkorjuulla ei ollut merkitsevää vaikutusta neulasten ravinnepitoisuuksiin ja kokopuukorjuussa kasvupaikalta poistui vähemmän ravinteita kuin on aiemmin arvioitu. Valuma-aluetutkimukset aloitettiin vuonna 2007, jolloin veden laatua ja valuntaa alettiin seurata Vilppulassa ja Lapinjärvellä, Sotkamossa seuranta aloitettiin 2008. Hakkuut aloille tehtiin keväällä 2009, jolloin myös hakkutähteet poistettiin kokopuukorjuukohteilta, kannot nostettiin seuraavan kesän-syksyn aikana. Pääsääntöisesti ravinteiden huuhtoumat lisääntyivät sekä kokopuu- että runkopuukorjuualoilla hakkuiden jälkeen, samoin kiintoaineen määrä. Raskasmetallien (Ni, Cu, Fe, Zn, Al) huuhtoutuminen lisääntyi korjuiden jälkeen riippumatta toimenpiteestä tai kallioperästä.

Kokonaiselohopean huuhtoutuminen lisääntyi hieman hakkuiden jälkeen, metyylielohopean vain kokopuukorjuukohteilla.

Abstract

Increasing demand for production of bioenergy has led to an interest of forest management which uses logging residues from both clear-cutting and thinning stands. However, the impacts of whole-tree harvesting on biogeochemical cycles, growth and leaching to surface waters are largely unknown, especially in the case of drained peatland forests. We studied in drained peatland forests in Vilppula, Lapinjärvi and Sotkamo the impacts of wholetree- (WTH) and stem-only harvesting (SOH) on leaching of nutrients and heavy metals to recipient water courses. The effects of the harvesting intensity of first-thinning on the amount of logging residues and nutrients bound into them was studied in five Scots pine stands in western Finland. Results showed that the amount of logging residues left on site was highest after cut-to-length harvesting. In whole-tree harvesting the amount of logging residues left on the site was over 30% of that of cut-to-length harvesting.

Consequently, considerable amounts of nutrients bound in the logging residues were left on site even after whole-tree harvesting. During the first post harvesting years the amount of slash left on site had

only minor effect on foliar nutrient concentrations of the remaining trees. Nutrient and heavy metal leaching study sites were established in 2007, in the same time started monitoring of runoff water quality and quantity in Vilppula and Lapinjärvi sites, in Sotkamo one year later. In spring 2009 sites were harvested, in autumn 2009 stumps were lifted. Preliminary results indicated that nutrient and suspended particular matter concentrations largely increased in runoff water after harvesting in both WTH and SOH sites. Heavy metal concentrations (Ni, Cu, Fe, Zn, Al) mainly increased in runoff water after harvesting regardless of harvesting method or bedrock. In addition concentration of total Hg increased after harvesting, MeHg only after WTH.

11.1 Johdanto

Metsähakkeen käyttöä energiatuotannossa pyritään lisäämään vuositasolla nykyisestä viidestä miljoonasta 13,5 milj. kuutiometriin vuoteen 2020 mennessä (TEM 2010a,b). Tavoitteeseen pääse-miseksi harkitaan myös ojitettujen turvemaametsien bioenergiareservien käyttöönottoa. Suomessa on noin 4,95 milj. hehtaaria puuntuotantoa varten ojitettuja turvemaita. Suurella osalla ojitusalue-metsistä tarvitaan lähitulevaisuudessa harvennushakkuita ja pidemmällä aikavälillä yhä enenevässä määrin myös päätehakkuita. Toistaiseksi hakkuutähteiden talteenoton ja kantojen noston ekolo-gisia vaikutuksia on tutkittu lähes yksinomaan kivennäismailla. Turvemailta vastaavaa tietoa on olemassa hyvin vähän, vaikka puiden ravinnetalous on usein epätasapainoinen ja ravinnepuutoksia esiintyy yleisesti.

Puiden ravinnetila metsäojitusalueilla vaihtelee riippuen kasvupaikan laadusta ja ilmasto-oloista.

Myös kohteen maantieteellinen sijainti, kallioperän geologinen historia ja kasvukauden sääolot heijastuvat turpeen ravinteisuuteen, samoin turpeen paksuus. Kun turvetta on enintään 30-40 cm, puut hyödyntävät pohjamaan kivennäisravinteita eikä ravinnepuutoksia pääse yleensä syntymään (mm. Saarinen 1997). Typpeä turpeessa on lähes poikkeuksetta riittävästi, mutta kivennäisravinne-varat mm. kaliumin (K) ja boorin (B) osalta ovat niukat ja fosforin (P) saatavuus heikkoa verrattuna kangasmaahan. Ravinnepuutokset ovat yleisimpiä entisten avosoiden ja alkuaan vähäpuustoisten sekatyyppien ojitusalueilla (Moilanen ym. 2010). Ongelmat kärjistyvät paksuturpeisilla letto-, ruoho- ja suursaratason kasvupaikoilla, joilla puiden käytössä on liikaa typpeä suhteessa muihin ravinteisiin. Kasvupaikka- ja ilmastotekijöiden lisäksi metsikön ravinnetilaan vaikuttavat puiden välinen kilpailu ja kasvualustan vesitalous. Harvennuksen seurauksena kasvuresurssit − kasvutila, valo, hakkuutähteiden sisältämät ravinteet − lisääntyvät, mikä näkyy neulasten kohonneina nepitoisuuksina (Hökkä ym. 1996). Myös kunnostusojitus vaikuttaa suotuisasti suopuiden ravin-netilaan (Lauhanen & Kaunisto 1999). Harvennushakkuulla tai kunnostusojituksella ei kuitenkaan voida korjata jo syntynyttä ravinnepuutostilaa.

Energiapuun korjuuta on esitetty erääksi keinoksi parantaa suometsien harvennusten kannatta-vuutta kasvatusmetsissä (Heikkilä 2007). Metsämaan ravinnemääriin ja tuotoskykyyn energi-anpuun- ja hakkuutähteiden korjuulla voi olla heikentävä vaikutus, koska joidenkin ravinteiden kohdalla huomattava osa koko ravinnevarastosta voi olla sitoutuneena oksiin ja neulasiin, esim.

kalium nevasyntyisillä ja paksuturpeisilla soilla (Finér 1992, Laiho 1997). Kuusivaltaisissa metsi-köissä tehtyjen tutkimusten mukaan jopa 75 % puubiomassassa olevasta typestä, 80 % fosforista, 70 % kaliumista ja 60 % kalsiumista jää hakkuutähteissä kasvupaikalle perinteisen runkopuuavo-hakkuun jälkeen (Nykvist 1971, Mälkönen 1975, Kubin 1977, Palviainen 2005). Huoli turpeen ravinteiden riittävyydestä heijastuu myös energiapuun korjuun käytännön ohjeissa ja suosituksissa (Mälkönen ym. 2001, Koistinen & Äijälä 2006, Kuusinen & Ilvesniemi 2009, Hyvän metsänhoidon

suositukset 2006, Hyvän metsänhoidon suositukset turvemaille 2007). Uusimmissa energiapuun korjuun ohjeissa katsotaan, että hakkuutähteitä voidaan kerätä puolukkatyyppiä edustavilta ja niitä viljavammilta soilta (Äijälä ym. 2010). Mustikka- ja puolukkaturvekangas II-tyypin korjuukoh-teilla suositellaan tällöin kuitenkin PK- tai tuhkalannoitusta ravinne-epätasapainon korjaamiseksi.

Samoin suositellaan, että 30 % hakkuutähteistä pitäisi jättää kasvupaikalle.

Kokopuukorjuu vaikuttaa myös pohjaveteen ja vesistöihin. Metsätalouden toimenpiteet lisäävät vesistöjen kuormitusta (Finer ym. 1997, Nihlgård 1970, Adamson ym. 1987). Kuormittavista aineista ravinteet, erityisesti fosfori ja typpi, aiheuttavat vesistöjen rehevöitymistä. Lisääntynyt huuhtoutu-minen metsänhakkuiden jälkeen liittyy ensisijassa muutoksiin hydrologisessa kierrossa: vähentynyt haihtuminen, maaperän kosteuden lisääntyminen ja pohjaveden pinnan nousu lisäävät kokonais- ja pintavaluntaa. Huuhtoutuvat ravinteet ja raskasmetallit kulkeutuvat vesistöissä humukseen ja kiintoainekseen sitoutuneena (Föstner & Wittman 1979). Toisaalta koska hakkuutähteen talteenotto pienentää olennaisesti hakkuualueelle jäävän hajoavan karikkeen määrää ja hajoamisessa vapau-tuvia ravinteita, myös huuhtoutuvien ravinteiden määrä voi vähentyä.

Vesiekosysteemit ovat herkkiä kasviravinteiden, orgaanisen hiilen, happamuuden, metallien (esim.

Al, Fe, Hg) ja kiintoaineen kuormitukselle. Vesistöjen raskasmetallikuormitus saattaa johtaa myrk-kyvaikutuksiin, jotka ilmenevät esim. muutoksina kalalajien runsaussuhteissa (Rask ym. 1996) tai haitallisen suurina elohopeapitoisuuksina kaloissa (Verta ym. 1986, Porvari & Verta 1998, Garcia

& Carignan 2000). Elohopean myrkyllisyys riippuu vahvasti sen kemiallisesta esiintymismuo-dosta. Myrkyllisin muoto on metyylielohopea, joka vaurioittaa keskushermostoa peruuttamatto-masti. On esitetty, että kalojen korkea elohopeapitoisuus liittyisi metsämaahan sekä luontaisesti että ilman epäpuhtauksien mukana varastoituneen elohopean vapautumisesta sekä metyloitumi-sesta ja edelleen huuhtoutumimetyloitumi-sesta vesistöihin metsätaloustoimenpiteiden yhteydessä (Munthe &

Hultbeg 2004, Porvari ym. 2003). Erityisen suuria elohopeahuuhtoutumia on mitattu turvevaltai-silta valuma-alueilta. Myös kallioperän on arveltu vaikuttavan elohopean pitoisuuksiin maassa ja vedessä, erityisesti mustaliuskealueella on todettu kohonneita elohopeapitoisuuksia ravuissa ja ihmisten hiuksissa (Loukola-Ruskeeniemi ym. 2003).

Hankkeen tavoitteena oli selvittää energiapuunkorjuun (pääte- ja harvennushakkuut) vaikutukset ravinteiden riittävyyteen ja ravinteiden ja raskasmetallien vesistökuormitukseen ojitetuilla soilla.

Tutkimuksissa verrataan kokopuukorjuuta, mukaan lukien kantojennosto, perinteiseen runkopuun korjuuseen. Tutkimushypoteeseina ovat seuraavat:

• Käytännön kokopuukorjuussa harvennusmetsissä hakkuutähteitä jää kasvupaikalle niin paljon, että ero runkopuukorjuuseen kasvupaikalle jäävien minimiravinteiden (erityisesti K) määrissä on melko pieni. Koska harvennus vähentää kilpailua ravinteista, hakkuu riippumatta hakkuu-tavasta (kokopuukorjuu vs. runkopuukorjuu) parantaa puiden ravinnetilaa.

• Hakkuutähteistä fosfori vapautuu nopeasti, mutta hakkuutähteisiin yleensä sitoutuu enemmän typpeä kuin sitä vapautuu ensimmäisinä vuosina hakkuun jälkeen. Siksi hakkuutähteiden korjuu voi vähentää erityisesti fosforin huuhtoutumista. Hakkuun jälkeen typpeä ja liuennutta orgaa-nista ainetta vapautuu eniten viljavuudeltaan rehevimmiltä korpiojitusalueilta, joilla turve on pitkälle maatunutta.

• Turpeen alaisen kallioperän ominaisuudet vaikuttavat hakkuun aiheuttamiin muutoksiin raskas-metallien huuhtoutumisessa. Erityisesti paljon raskasmetalleja sisältävä mustaliuske voi olla merkittävä vesistöjen raskasmetallilähde metsätaloustoimenpiteiden jälkeen.

11.2 Aineisto ja menetelmät