Jari Hynynen
Kasvu- ja tuotostutkimuksen muuttuvat haasteet – eilisen tutkimusta huomisen metsissä?
Johdanto
K
asvu ja tuotostutkimuksen kohteena ovat puus- ton rakenne, kasvu ja kehitys. Tämä myös puuntuotostutkimuksena tunnettu tieteenala sijoit- tuu metsätieteiden piirissä metsänarvioimistieteen ja metsänhoitotieteen välimaastoon. Sen keskeistä aihealuetta ovat erilaisten metsänhoidollisten toi- menpiteiden vaikutusten tutkiminen soveltaen met- sänarvioimistieteen mentelmiä. Soveltavana tieteen- alana kasvu- ja tuotostutkimus on perinteisesti ol- lut kiinteässä vuorovaikutuksessa käytännön metsä- talouden kanssa. Siitä johtuen metsätaloudessa ta- pahtuneet muutokset ovat tuntuvasti vaikuttaneet kasvu- ja tuotostutkimuksen painottumiseen.Metsien käsittelyssä on koettu suuri muutos kah- den viimeisen vuosikymmenen kuluessa. 1970–80- lukujen ”tehometsätalous” vaihtui 1990-luvun ku- luessa ekologista kestävyyttä korostavan metsänkä- sittelyn suosimiseen. Sen myötä sekä metsien kä- sittelyn menetelmät että metsänkasvatuksen tavoit- teet muuttuivat ”monimuotoisemmiksi”. Toinen tä- män päivän metsien rakenteeseen vaikuttanut kehi- tys sai alkunsa 1990-luvun alun lamavuosina, jol- loin panostus metsänhoitoon alkoi vähentyä. Sen seurauksena metsissä on nyt huomattava määrä hoitorästejä, etenkin taimikoissa ja ojitusalueilla.
Ekologista kestävyyttä suosivien metsänkäsitte- lymenetelmien seurauksena puuston ryhmittäisyys
ja aukkoisuus lisääntyvät, puiden koko- ja ikävaih- telu metsikössä kasvaa ja puulajien määrä metsikös- sä lisääntyy. Myös hoitamattomuudella on saman suuntaisia vaikutuksia puuston rakenteeeseen. Met- sikkökuvioiden epäsäännöllisten rajausten seurauk- sena reunametsät vaikuttavat entistä useampien pui- den kasvuolosuhteisiin. Nämä yhdessä lisäävät tun- tuvasti metsikön sisäistä rakenteen vaihtelua.
Kasvu- ja tuotostutkimuksen kannalta keskeiset ajankohtaiset kysymykset liittyvätkin metsikön epä- tasaisen rakenteen ja hoitamattomuuden puuntuo- tannollisiin vaikutuksiin. Tarkoitukseni on arvioi- da millaisia haasteita tämän päivän metsätalous aset- taa kasvu- ja tuotostutkimukselle, millaiset valmiu- det tieteenalalla on vastata näihin haasteisiin ja mi- hin konkreettisiin toimenpiteisiin asian tiimoilta on ryhdytty.
Puuntuotostutkimuksen lähihistoriaa 1980-luku – kasvun aikaa
Kasvu- ja tuotostutkimuksen nopein laajenemisvai- he ajoittui 1970–80-luvuille. Tuolloin elettiin ”teho- metsätalouden ” aikakautta, jolloin metsien käsitte- lyn päälinjat olivat selkeitä eikä niitä käytännön metsätaloudessa juurikaan kyseenalaistettu. Metsän- käsittelyssä sovellettiin pitkälle ohjeistettuja kasva-
tusmenetelmiä, joiden noudattamista myös valvot- tiin. Metsien käsittelyn tavoitteena oli mahdollisim- man tehokas puuntuotanto, ja metsiä pyrittiin kas- vattamaan mahdollisimman tasarakenteisina ja yh- den puulajin metsiköinä.
Noihin aikoihin käytännön metsätalouden puolelta esitettiin paljon konkreettisia metsänkasvatukseen liittyviä kysymyksiä tuotostutkijoille. Ne liittyivät lähinnä yksittäisiin kasvatusmenetelmiin koskien mm. harvennusten ja lannoitusten ajoitusta ja voi- makkuutta. Vastauksia etsittiin mm. perustamalla metsikön käsittelykokeita, joissa erilaisten menetel- mien tuotosvaikutuksia seurattiin. Kasvu- ja tuotos- tutkimuksessa kehittyikin yksittäisten toimenpitei- den tutkimiseen soveltuva tutkimustraditio, mikä vaikutti ja vaikuttaa edelleen sekä kenttäkoetoimin- taan että analyysimenetelmiin.
1990-luku – vaikea vuosikymmen
Tultaessa 1990-luvulle metsien käsittelyssä alettiin korostaa puuntuotoksen maksimoinnin sijasta kas- vatettavan puuston laadullisia ominaisuuksia ja nii- den parantamista sekä yhä enenevässä määrin met- sien monimuotoisuuteen liittyviä kysymyksiä. Ne heijastuivat luonnollisesti myös tutkimuksen kysy- myksenasetteluun.
Tutkimustoiminnan painopisteen muutosta kiih- dyttivät osaltaan myös viimeisimmät valtakunnan metsien inventointitulokset, jotka osoittivat metsä- varojen lisääntyvän samalla kun puun käyttö lama- vuosien myötä väheni. Oltiin tilanteessa, jolloin metsätalouden suurin huolenaihe ei enää ollutkaan puuntuotannon lisääminen, vaan se miten nykyiset puuvarat saataisiin hyödynnettyä.
Tutkimusaiheiden painopisteen muuttumisen myötä myös tutkimusongelmien laajuus kasvoi.
Olivathan hoitamattomuuden tai monimuotoisuuden huomioonottamisen vaikutukset metsänkasvatuk- seen sisällöllisesti paljon laajempia tutkimusongel- mia kuin esimerkiksi vaihtelevan lannoitemäärän aikaansaamaan kasvunlisäyksen tutkiminen varttu- neessa männikössä.
Vaatimus entistä laajempien kokonaisuuksien käsittelyyn merkitsi muutospaineita myös tutkimus- menetelmissä. Kasvu- ja tuotostutkimuksen paino- piste alkoi enevässä määrin siirtyä mallitustutkimuk-
seen. Koettiin, ettei isoihin kysymyksiin voida saa- da vastausta perinteisten menetelmien avulla, vaan että sirpaleista tutkimustietoa tulisi koota synteesik- si. Mallit koettiin soveltuvaksi työvälineeksi pyrit- täessä kokonaisvaltaisempiin tarkasteluihin.
Valitettavasti samaan aikaan osui taloudellinen lama, joka koetteli myös metsäntutkimusta ja mer- kitsi kovia leikkauksia etenkin paljon resursseja vaativalle kenttäkoetoiminnalle. Enää ei voitu har- joittaa koetoimintaa entiseen tapaan. Pitkäänkin seu- ratut koesarjat oli priorisoitava ennen mittauksiin ryhtymistä. Vaikka tiedostettiinkin tarve aloittaa uusia kokeita vastaamaan uusiin kysymyksiin, nii- den perustamiseen ei ollut tuolloin taloudellisia mahdollisuuksia. Vaikka tutkimuksen taloudelliset edellytykset paranivat vuosikymmenen loppua koh- den, niin koetoiminnan osalta volyymi pysyi entis- tä alemmalla tasolla koko vuosikymmenen ajan.
Kasvu- ja tuotostutkimuksen haasteet Tarve kokonaisvaltaisempaan tutkimusotteeseen Muuttuneen metsänkäsittelyn mukanaan tuomien haastavien tutkimusongelmien ratkaisu edellyttää aikaisempaa kokonaisvaltaisempaa lähestymistapaa.
Tieteenalan tutkimustraditiota on mukautettava pa- remmin soveltuvaksi tämän päivän tarpeisiin. Koko- naisvaltaisempi tutkimusote on omaksuttava jo tut- kimuksen suunnittelussa ja kysymyksenasettelussa.
Esimerkiksi metsänkäsittelyä koskevissa tutkimuk- sissa yksittäisten toimenpiteiden, kuten harvennus, lannoitus, karsinta ym., vaikutukset tulisi nähdä osa- na koko metsikön kasvatusketjua. Aihetta tulisi tar- kastella monesta näkökulmasta: puuntuotokseen liit- tyvien vaikutusten lisäksi tarkastelussa tulisi olla mukana mm. puun laatuun, toiminnan kannattavuu- teen ja toiminnan ympäristövaikutuksiin liittyvät näkökohdat. Onkin luonnollista että kokonaisvaltai- nen tutkimusote edellyttää myös hakeutumista en- tistä tiiviimpään yhteistyöhön muidenkin tieteenalo- jen kanssa.
Kokonaisvaltaisempi tutkimusote merkitsee muu- toksia myös tutkimusmenetelmissä, käytettävissä empiirisissä aineistoissa sekä tutkimustulosten esit- tämisessä. Jos muutos onnistuu, on se tieteenalan kehityksen kannalta tarpeellinen ja merkittävä askel.
Metsikködynamiikan ja puun kehityksen ennustettavuuden lisääminen
Kasvu- ja tuotostutkimuksen tuloksia sovelletaan käytännössä metsien hoitotoimenpiteiden ja hakkui- den yhteydessä. Metsien käsittely perustuu yleensä metsäaluetta koskeviin suunnitelmiin, joiden laadin- nassa käytetään apuna erilaisia suunnittelun ja pää- töksenteon tukijärjestelmiä. Tällä hetkellä kenties laajimmin käytetty järjestelmä on Metsäntutkimus- laitoksessa kehitetty MELA-ohjelmisto. Käytännön metsätalouden kannalta sellainen kasvu- ja tuotos- tieto, jota voidaan suoraan soveltaa metsätalouden suunnittelujärjestelmissä, on erityisen arvokasta.
Nykyisin kasvu- ja tuotostutkimuksen piirissä tuo- tetut yleistämiskelpoiset tutkimustulokset pyritään ilmaisemaan matemaattisten mallien muodossa.
Mm. MELA-ohjelmiston kasvumallit ovat esimerk- ki nykyaikaisen kasvu- ja tuotostutkimuksen tulok- sista.
Kasvu- ja tuotosmallien käyttökelpoisuus riippuu viime kädessä siitä, miten luotettavasti puuston ra- kenne ja dynamiikka on kuvattu malleissa. Nykyis- ten mallien avulla voidaan ennustaa suhteellisen luotettavasti rakenteeltaan tasaisten metsien kehi- tys. Uusimmissa kasvumalleissa kuvatut kasvu- tekijöiden vaikutukset ovat periaatteessa oikean- suuntaisia ja suurelta osin soveltuvia myös raken- teeltaan epäsäännöllisempiin metsiin. Metsätalou- den päätöksenteon tukena käytettävien kasvu- ja tuotosennusteiden tulee olla enemmän kuin pelkäs- tään oikeansuuntaisia. Ennusteiden tulee olla myös kasvun tasoltaan luotettavia. Kiireellisimmät kasvu- mallien kehitystarpeet liittyvät metsikködynamiikan ja puuntuotoskyvyn kuvaamiseen rakenteeltaan epä- tasaisissa metsissä.
Ajankohtainen tutkimusongelma on myös puun sekä ulkoisen ja sisäisen rakenteen entistä tarkempi kuvaus ja sen kehityksen ennustaminen erilaisissa kasvuolosuhteissa. Taloudellisesti kannattavan puuntuotannon päämääränä on mahdollisimman arvokkaan puuston kasvatus. Tuotetun puuston arvo riippuu lopulta siitä jalostetun lopputuotteen arvos- ta. Metsänkasvatuksen vaihtoehtoja olisikin kyet- tävä arvioimaan ja vertailemaan myös kasvatetusta puusta jalostetun lopputuotteen kannalta. Ennen kuin tuon kaltainen analyysi on mahdollista, on tun- nettava eri kasvutekijöiden vaikutus puuaineen laa-
tuun, olivatpa sitten kyseessä sahateollisuuden kan- nalta tärkeät oksikkuustunnukset tai massateollisuu- den kannalta tärkeät puuaineen kuituominaisuudet.
Laatukysymysten lisäksi puun rakenteen kehityk- sen tuntemus on tarpeen myös mm. hiilitaseeseen liittyvien laskelmien laadinnassa.
Laadukkaan tutkimusaineiston turvaaminen Malleilla tuotettujen ennusteiden uskottavuuuden kannalta on tärkeää, että ne ovat yhteensopivia sen eniirisen tiedon kanssa, jota metsistä on mitattu.
Mitattusaineistoa tarvitaan sekä mallien laadinnas- sa että niillä laskettujen ennusteiden ”hyvyyden”
testaamisessa. Tässä työssä arvokkaimpia ovat ai- neistot, joissa puuston kehitystä on seurattu toistu- vin mittauksin useiden vuosien ajan. Käyttökelpois- ten pitkäaikaisten mittausaineistojen osalta nyky- tilanne on huono. Viime vuosikymmenen alussa al- kanut mittaustoiminnan volyymin pieneneminen on johtanut tilanteeseen, jossa valtaosa käytettävissä olevasta mittausaineistosta on peräisin 1970–80- luvuilta, jolloin perustettujen kestokokeiden avulla etsittiin vastauksia tyystin eri kysymyksiin, kuin niihin jotka tänään koetaan tärkeiksi.
Lisäpanostusta tarvitaankin ajankohtaisen tutki- musaineiston hankkimisessa. Tarvetta on kahden- tyyppisiin aineistoihin. Ensinnäkin tarvitaan järjes- tettyjä käsittelykokeita, joiden avulla voidaan kont- rolloidusti tutkia eri kasvutekijöiden vaikutuksia.
Näillä kokeilla käsittelyjen on oltava riittävän ääre- viä, jotta käsittelyvaikutukset ja eri kasvutekijöiden väliset riippuvuussuhteet tulisivat selkeästi esiin.
Tällaista materiaalia tarvitaan mallien laadinnan tukena. Sen lisäksi tarvitaan edustavia ja laajoja ai- neistoja, joiden avulla saadaan luotettava kuva tä- män päivän arkimetsistä. Edustavaa aineistoa nyky- metsistä tarvitaan niin nykyisten mallien toimivuu- den testaukseen ja kalibrointiin kuin myös uusien mallien laadintaan. Valtakunnan metsien inventoin- nin yhteydessä kerätttävä mittausaineisto on erityi- sen arvokasta materiaalia tähän tarkoitukseen.
Tutkimustiedon soveltamiskelpoisuuden parantaminen
Kuten edellä todettiin, metsäsuunnittelussa sovel- letaan rutiininomaisesti numeerisia suunnittelujär- jestelmiä. Ne on yleensä tarkoitettu yhtä metsälöä ja sitä suurempien alueiden metsäsuunnittelun työ- kaluksi. Sen sijaan vähemmälle kehitystyölle ovat jääneet yksittäisen metsikön analyysia varten tar- koitetut ohjelmistot, joilla voidaan havainnollistaa ja vertailla metsikön tasolla eri kasvatusvaihto- ehtojen vaikutuksia
– puuston rakenteen, määrän, laadun ja arvon kehi- tykseen
– puunmyyntituloihin, kasvatuksen ja puunkorjuun kustannuksiin ja sitä kautta
– metsänkasvatuksen kannattavuuteen
Eräs esimerkki tällaisesta ohjelmistosta on SMA- ohjelmisto (Valsta ja Linkosalo 1996), joka on tar- koitettu metsikkötason analyysin suunnittelutyö- kaluksi. Metsikkötason simulointiohjelmistojen etu- na on se, että niiden avulla voidaan havainnollistaa ja vertailla metsikön eri kasvatusvaihtoehtojen vai- kutuksia joustavammin ja yksityiskohtaisemmalla tasolla kuin ”järeämmillä” suunnitteluohjelmistoil- la. Metsikkötason analyysijärjestelmiin voitaisiin liittää vielä tiiviissä sanallisessa muodossa uusinta tutkimustietoa metsänkasvatuksen vaihtoehtojen vaikutuksista. Tällainen ohjelmisto olisi tehokas väline havainnollistamaan kasvu- ja tuotostutkimuk- sen tuloksia ja viemään tutkimustietoa sen käyttä- jälle. Uskoisin, että tämän kaltaisella välineellä oli- si käyttöä myös metsäalan koulutuksessa ja metsän- omistajien neuvonnassa.
Riippumatta siitä, missä muodossa tutkimustieto tarjoillaan, sen soveltamiskelpoisuus riippuu tiedon luotettavuudesta. Tiedon käyttäjällä tulee olla tieto tai arvio käyttämänsä informaation luotettavuudes- ta. Luotettavuusarvion pitäisi aina sisältyä tutkimus- raportteihin. Yksittäisten tutkimusten ja mallien osalta tutkimustulosten luotettavuus ja sovelletta- vuus onkin useimmiten helposti ilmaistavissa. Sen sijaan useista osista koostetuilla ”synteesityökaluil- la”, kuten metsikkösimulaattoreilla tuotettujen tu- losten luotettavuusrajat ovat usein vaikeita määrit- tää virhelähteiden paljouden vuoksi. Esimerkiksi metsikkösimulaattorit koostuvat yleensä useista osa-
malleista, joihin kaikkiin sisältyy ennustevirhettä.
Kun eri osien tuottamia ennusteita ketjutetaan si- muloitaessa puuston kehitystä pitkiä aikajaksoja, niin eri lähteistä peräisin olevien virheiden koko- naisvaikutus lopputulokseen on hyvin hankalaa määrittää. Myös simulointien lähtötietoina käytetys- sä mittaustiedossa on aina virhettä, joka vaikuttaa lopputulokseen.
Mallien luotettavuuden osalta lähiajan tutkimuk- sen ja raportoinnin minimitavoitteina voisi olla pää- seminen irti ns. ”black box” -malleista. Käytännös- sä se tarkoittaa simulaattoreiden läpinäkyvyyden parantamista, eli järjestelmien rakenteen ja toimin- nan entistä yksityiskohtaisempaa tutkimusta ja ra- portointia. Järjestelmien käyttäjien tulisi vähintään- kin tietää se, millaisten kysymysten ratkaisuun vä- lineet soveltuvat ja mihin ne eivät sovellu.
Haasteisiin vastaaminen
Metsäntutkimuslaitoksessa aloitettiin vuoden 2000 alussa uusi tutkimusohjelma: ”Metsänkasvatuksen vaihtoehdot ja niiden puuntuotannolliset seurauk- set” (MOT). Ohjelman aloittamisen motiivina on paljolti edellä esityt näkökohdat ja arvio siitä, että tämän hetkinen tutkimustieto ja sovelletut tutkimus- menetelmät ovat riittämättömiä arvioimaan luotet- tavasti toisaalta ekologista kestävyyttä suosivien metsänkasvatuksen menetelmien ja toisaalta met- sien hoitamattomuuden puuntuotannollisia ja talou- dellisia vaikutuksia. Ohjelman toiminta-ajatuksena on tuottaa kokonaisvaltaista tutkimustietoa erilais- ten metsänkasvatusmenetelmien puuntuotannollisis- ta ja taloudellisista vaikutuksista ja kehittää tutki- mukseen perustuvia päätöksenteon tukivälineitä.
Tutkimusohjelman keskeisiä tutkimusaiheita ovat – monimuotoisuutta korostavan metsänkäsittelyn ja
epäsäännöllisen metsikkörakenteen vaikutukset – hoitamattomuuden vaikutukset
– harvennus puuntuotannon ohjauskeinona
– erilaiset metsikön kasvatusketjut ja niiden välinen vertailu
– metsikködynamiikan ja puun rakenteen ennustemal- lien kehittäminen metsätalouden suunnittelun tar- peisiin
– kasvupaikan ja puuntuotoskyvyn kuvaus malleissa
Ohjelman puitteissa tuotetun tutkimustiedon sovel- tamista varten kehitetään päätöksenteon tukijärjes- telmä, jonka avulla voidaan analysoida metsikön kasvatusvaihtoehtojen puuntuotannollisia ja talou- dellisia vaikutuksia. Järjestelmään kootaan mallien muotoon saatettavissa oleva yleistämiskelpoinen tieto, jonka lisäksi ohjelmistoon pyritään sisällyttä- mään keskeisimmät tutkimustulokset ja niiden pe- rusteella annettavat käytännön suositukset myös sanallisessa muodossa aiheenmukaisesti ryhmitel- tynä.
Kaikkia tutkimustuloksia ei ole mahdollista eikä tarkoituksenmukaista esittää kvantitatiivisessa mallimuodossa. Sen vuoksi tutkimusohjelmassa tuo- tetaan myös perinteisiä julkaisukanavia käyttäen kasvu- ja tuotostietoa metsikön kasvatuksen tueksi.
Lopuksi
Keskeisiltä osiltaan edellä todetut tavoitteet asetti jo Yrjö Vuokila lähes 20 vuotta sitten. Hän totesi vuonna 1983 puuntuotostutkimuksen tulevaisuuden haasteista mm. seuraavaa: ”Olisi päästävä siihen, että monitahoiset aineistot voidaan käsitellä yhtenä kokonaisuutena ja että osaongelmien tarkastelusta päästään suuria kokonaisuuksia hallitseviin tutki- mustuloksiin”. Tätä kokonaisvaltaista tarkastelua varten hän totesi, että ”Vuotta 2000 ajatellen on suunniteltava tietojenkäsittelysysteemi, jonka ainek- sia kerätään jokaisen tutkimuksen yhteydessä. Tule- vissa tutkimuksissa olisi tulokset esitettävä sellai- sessa muodossa, että ne ovat tietokonein hyödyn- nettävissä muodossa osa tätä kokonaisuutta” (Vuo- kila 1983).
Nyt olemme viimein tilanteessa, jossa nuo jo Vuokilan ”eilen” asettamat tavoitteet ovat teknisesti helposti toteutettavissa tämän päivän menetelmil- lä. Haasteenamme on ottaa nuo työvälineet tehok- kaaseen käyttöön ja saattaa ne sisällöllisesti sille ta- solle, että niistä olisi apua ja hyötyä vielä huomi- senkin metsissä ja metsänkasvatuksessa.
Lähteet
Valsta, L. & Linkosalo, T. 1996. Stand Management Assistant (SMA): Työväline metsikön käsittelyohjei- den määrittämiseen. Julkaisussa: Hynynen, J. & Ojan- suu, R. (toim.). Puuston kehityksen ennustaminen – MELA ja vaihtoehtoja. Tutkimusseminaari Vantaalla 1996. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 612: 85–
106.
Vuokila, Y. 1983. Suomalaisen puuntuotostutkimuksen menneisyys ja tulevaisuus. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 89. 103 s.
■ MMT Jari Hynynen (jari.hynynen@metla.fi) toimii tutki- jana Metlan Vantaan tutkimuskeskuksessa.
