Ilmastonmuutos kiihdyttää puiden kasvua Suomessa

Puuston tilavuus on kasvanut ojituksen ja metsänhoidon ansiosta

Suomen metsien tilavuus on viimeisen 40 vuoden aikana lisääntynyt lähes 60 prosenttia, koska puusto on kasvanut enemmän kuin sitä on hakattu. Puuston vuotuinen tilavuuden kasvu on noin 100 miljoonaa kuutiometriä (kuva 1). Kasvu on ollut voimakasta 1970-luvusta lähtien. [1]

Puuston kiihtyvään kasvuun on vaikuttanut erityisesti soiden ojitus metsätalouskäyttöön 1950–1980-luvuilla ja tehostunut metsänhoito. Näiden toimien ansiosta viime vuosikymmeninä Suomen metsissä on ollut paljon nopean kasvun vaiheessa olevia 30–60-vuotiaita puita. [1] Ilmaston vaikutus metsien puuston tilavuuden kasvuun viime vuosikymmeninä lienee ollut melko pieni, mutta huomattavat vuosien väliset vaihtelut liittyvät kuitenkin sääolosuhteiden vaihteluun [1], [2], [3], [4].

Kasvava metsä sitoo hiilidioksidia

Kasvaessaan puut ja muu kasvillisuus sitovat yhteyttäessään eli fotosynteesissä ilmakehän hiilidioksidia ja varastoivat sen sisältämän hiilen rakenteeseensa erilaisina eloperäisinä yhdisteinä. Tätä kutsutaan hiilinieluksi. Kasveista hiili siirtyy maaperään kuolleen eloperäisen aineksen eli karikkeen (puista karisevat lehdet, neulaset, kävyt ja muu kuollut kasvillisuus) mukana. Maaperän mikrobit hajottavat kariketta, jolloin sen sisältämä hiili siirtyy takaisin ilmakehään hiilidioksidina. Osa karikkeesta hajoaa nopeasti, mutta jäljelle jäävän osan hajoaminen voi kestää hyvinkin kauan. Hajoamisnopeus riippuu karikkeen tyypistä ja maaperän olosuhteista. Sopivissa olosuhteissa metsämaaperään voi kertyä enemmän hiiltä kuin puustoon. Kun puustoon ja kasvillisuuteen aikayksikössä (esimerkiksi päivässä tai vuodessa) sitoutuvan hiilidioksidin määrä on suurempi kuin maaperästä vapautuvan hiilidioksidin määrä, metsä toimii hiilinieluna (taulukko 1).

Nuoren metsän puut, kasvillisuus ja maaperä sitovat hiiltä nopeasti, jolloin niiden hiilinielu on suuri. Vanha metsä kerryttää hiiltä maaperäänsä hitaasti vielä tuhansia vuosia, vaikka sen puuston ja muun kasvillisuuden tilavuus ja biomassa eivät enää kasvakaan. Hakkuiden yhteydessä maaperä kuitenkin kääntyy tyypillisesti hetkellisesti hiilen lähteeksi, kunnes paikalla kasvaa jälleen metsä. [5] Suomessa metsien ikärakennetta ja kasvua ja siten siis metsien hiilivirtoja säätelee eniten metsänkäsittely.

Suomen metsien hiilinielu on seurannut puuston ripeää kasvua (kuva 2) [6]. Suomen metsien hiilinielun koko on viimeisen 30 vuoden aikana ollut keskimäärin 33 miljoonaa tonnia hiilidioksidiekvivalenttia (Tg CO₂-ekv.). Suurin osa tänä aikana sitoutuneesta hiilestä on kertynyt puuston biomassaan. Metsien maalajista on riippunut, onko hiiltä sitoutunut maaperään vai ei. Kivennäismaat eli pääosin rapautuneesta kiviaineksesta koostuvat maaperät ovat sitoneet hiiltä. Niiden hiilen kehitys on seurannut kasvillisuuteen kertyneen hiilen kehitystä viiveellä. Orgaaniset eli eloperäiset turvemaat sen sijaan ovat vapauttaneet hajotessaan enemmän hiiltä metaanin muodossa ilmakehään kuin niihin on kasvillisuudesta sitoutunut. [7].

Tulevaisuudessa metsät ja hiilinielu kasvavat

Suomen metsien puuston kasvun ennustetaan lisääntyvän 5–44 prosenttia vuosisadan loppuun mennessä nykyilmastoon verrattuna, kun ilmaston lämpenemisen myötä muuttuvat olosuhteet suosivat kasvua entistä enemmän. [9], [10], [11], [12]

Myös metsien hiilinielun arvioidaan kasvavan, mutta koko Suomen tasolla sitä säätelee tulevaisuudessakin pitkälti se, miten puuston hakkuupoistuman ja kasvun suhde kehittyy (kuva 3). Metsien hiilinielu hyötyy vielä pitkän aikaa nykyisestä kasvulle suosiollisesta puuston ikärakenteesta. Maaperän karikkeen hajoamisnopeuden ei arvioida kiihtyvän niin merkittävästi, että maaperä vapauttaisi hiiltä enemmän ilmakehään kuin se varastoi. [6]

Nouseva lämpö ja hiilidioksidipitoisuus lisäävät puiden yhteyttämistä ja kasvua

Ilmastonmuutoksen myötä keväät Suomessa lämpenevät ja aikaistuvat, mikä kiihdyttää puiden yhteyttämistä ja aineenvaihduntaa. Niiden paksuuskasvu alkaa [14] ja lehdet puhkeavat aikaisemmin. [15]

Lämpötilan nousu syksyllä ja talvella voi puolestaan haitata puiden kasvua, koska lämpö tehostaa puiden soluhengitystä aikana, jolloin ne eivät valon puutteen vuoksi juuri pysty yhteyttämään [16]. Tällöin puut joutuvat kuluttamaan seuraavaa kasvua varten keräämäänsä, sokereihin ja tärkkelykseen varastoitua, energiaa etukäteen. Ehtyneet energiavarastot voivat jossain määrin alentaa puiden seuraavan kesän kasvua. Lisäksi puiden kukinnan aikaistuminen ja kevään suuret lämpötilan vaihtelut saattavat lisätä pakkasvaurioiden riskiä [17], [18].

Nousevat lämpötilat työntävät puurajaa, eli puiden kasvulle suotuisen alueen rajaa, pohjoisemmaksi. Mänty ja kuusi tulevat menestymään Pohjois-Suomessa entistä laajemmilla alueilla. Koivun kasvu lisääntynee Etelä- ja Keski-Suomessa, jossa sen on arvioitu menestyvän kuusta paremmin kosteimpia kasvupaikkoja lukuun ottamatta. [19]

Puiden yhteyttämistä kiihdyttää myös ilmakehän kasvava hiilidioksidipitoisuus. Tämä on havaittu altistettaessa puita koeolosuhteissa kasvavalle hiilidioksidimäärälle [20], [21]. Epäselvempää kuitenkin on, kuinka suuri niin sanotun hiilidioksidilannoituksen merkitys on puiden kasvulle luonnossa pitkän ajan kuluessa, kun puut sopeutuvat muuttuviin olosuhteisiin [22], [23]. Useimmat metsien kasvua kuvaavat matemaattiset mallit kuitenkin ennustavat, että hiilidioksidilla on hyvin merkittävä rooli yhteytysnopeuksien [21], hiilinielujen ja kasvun kiihdyttäjinä [23], [24], [25], [10].

Pienetkin muutokset veden saatavuudessa voivat vaikuttaa puuston kasvuun

Ilmastonmuutos vaikuttaa sadantaan ja veden haihduntaan maaperästä. Näiden erotus määrää pitkälti metsämaahan tulevan ja siitä poistuvan veden määrän (vesitaseen) eli maaperän kosteuden ja puiden veden saatavuuden. Muutokset sadannan ja haihdunnan keskiarvoissa voivat muodostua merkittäviksi veden saatavuudelle ja puuston kasvulle. Suomessa sademäärien on ennustettu kasvavan läpi vuoden [26], [27]. Sadannan muutoksiin sisältyy huomattavaa epävarmuutta, mutta muutokset ovat todennäköisesti kesäkuukausina pienempiä kuin talvikuukausina [26], [27]. Kohoavat lämpötilat kiihdyttävät haihduntaa, mutta haihduntaan vaikuttaa myös ilmakehän kosteus, säteily- ja tuuliolosuhteet, joiden muutokset ovat vielä sadannan muutoksiakin epävarmempia.

Metsämaan vesitaseisiin vaikuttaa lisäksi oleellisesti se, miten kasvillisuus reagoi kohoavaan ilmakehän hiilidioksidipitoisuuteen. Kohoavan hiilidioksidipitoisuuden myötä puiden haihdutuksen on havaittu pienenevän ja maaperän kosteuden vastaavasti kasvavan [28]. Efektien suuruuteen on kuitenkin kokeissa hankala päästä käsiksi ja siksi puiden kasvua kuvaavien mallien ennusteissa onkin huomattavaa hajontaa myös haihdutuksen muutosennusteiden suhteen [29].

Puuston kasvuun ja maaperän kosteusolosuhteisiin vaikuttaa oleellisesti myös se, miten sadanta ja haihdunta jakautuvat kasvukauden aikana. Entistä voimakkaammat sadekuurot [30], [27]lisäävät huuhtoutumisen merkitystä vesitaseessa, jolloin samasta sademäärästä jää vähemmän puiden käyttöön kuin jos sama sademäärä jakautuisi tasaisemmin kasvukauden aikana. Äkillisistä ja voimakkaista sateista voi eräillä paikoilla aiheutua ongelmia kuuselle ja männylle, jotka ovat herkkiä pitkäaikaisille tulville ja joiden juuret voivat vaurioitua tulvaveden aiheuttamasta hapenpuutteesta.

Puistamme erityisesti kosteiden metsien valtalaji kuusi kärsii herkästi, jos metsämaa kuivuu [31]. Tästä syystä sen on siis arvioitu hyötyvän vähemmän ilmastonmuutoksesta kuin muiden puulajien, [10]. Joidenkin tutkimusten mukaan maaperän kosteus saattaa kuitenkin myös lisääntyä tulevaisuudessa Skandinaviassa [32] tai muutokset olla todennäköisesti pieniä [33]. Pohjois-Suomessa kosteusolosuhteiden ei arvioida rajoittavan metsien kasvua [10], [33]. Puuston kokonaismäärä tulee kasvamaan puulajisuhteista riippumatta [34].

Kiihtyvä maaperän hajotustoiminta lisää ravinteita mutta myös päästöjä

Ilmastonmuutoksen vaikutuksia puuston kasvulle ei voida arvioida ilman, että huomioidaan maaperän muuttuva ravinnetilanne. Maasta saatavat ravinteet ovat edellytyksenä kasvulle myös muuttuvassa ilmastossa [22]. Ilmastonmuutoksen mahdollistamat kasvumuutokset eivät toteudu kokonaisuudessaan, ellei maaperästä vapaudu lisää typpeä metsän kasvulle [35].  Erityisesti boreaalisilla metsämailla puuston kasvua rajoittaa useimmiten typpi.

Lämpötilan nousu yhdistettynä sopiviin kosteusoloihin lisää maaperän orgaanista ainesta hajottavien mikrobien aktiivisuutta [36], mikä kiihdyttää aikojen saatossa maahan varastoituneen typen vapautumista maasta. Tällöin entistä enemmän typpeä siirtyy ekosysteemin aktiiviseen ravinnekiertoon. Kasvupaikkojen ravinnevarastot vaihtelevat huomattavasti, joten ilmastonmuutos voi vaikuttaa kasvuun eri paikoilla eri tavoin.

Metsiin kertyy vähitellen lisää typpeä myös metsäekosysteemin ulkopuolelta. Ilman kautta metsiin kulkeutuu polttolaitoksista, liikenteestä ja maataloudesta peräisin olevaa typpeä (typpilaskeuma) Lisäksi typpeä syntyy luonnollisten prosessien, kuten kallioperän rapautumisen ja symbioottisten typensitojabakteerien aktiivisuuden ansiosta [37], [38], [39].

Lisääntyvä hajotustoiminta kuitenkin myös kiihdyttää maaperään sitoutuneen hiilen vapautumista [40], [36]. Maaperään kertyneet hiilivarastot ylittävät usein puustoon ja muuhun kasvillisuuteen sitoutuneen hiilen määrän, joten kysymys on merkittävä koko ilmastonmuutoksen kannalta. Maaperän hiilipäästöjen ja ilmaston lämpenemisen välillä on myös ilmastonmuutosta kiihdyttävä vaikutus: hiilidioksidipäästöt lämmittävät ilmastoa, mikä lisää maaperäpäästöjä entisestään.

Korkeat otsonipitoisuudet voivat viedä osan kasvusta

Vaikka ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden nousu kiihdyttää metsien kasvua, voi kohoava alailmakehän otsonipitoisuus joskus kumota hiilidioksidin vaikutuksia ja lisäksi vaurioittaa puita [41], [42]. Otsonivaurioiden seurauksena puuston kasvu saattaa hieman hidastua.

Otsonia muodostuu maanpinnan läheisyydessä kemiallisissa reaktioissa, jotka kiihtyvät lämpimässä ilmassa muun muassa typen oksidien läsnä ollessa. Kohoava hiilidioksidipitoisuus ei välttämättä riitä korjaamaan alailmakehän otsonin aiheuttamia kasvuvaurioita puissa.

Metsätuhot voivat pienentää hiilinielua

Eri syistä johtuvat laajat metsätuhot voivat vapauttaa huomattavan määrän ekosysteemiin pitkien aikojen kuluessa sitoutunutta hiiltä ilmakehään hyvin nopeasti. Tällöin metsien hiilinielu voi alueellisesti pienentyä ja päästöt lisääntyä. [43]Viime vuosikymmeninä metsäpalojen, sekä tuuli- ja kirjanpainajatuhojen on havaittu yleistyneen Euroopassa ja ennusteiden mukaan lisääntyvillä tuhoilla on merkittäviä hiilitasevaikutuksia [44]. Suomessa laajoja metsätuhoja ei ole esiintynyt lukuun ottamatta muutamia voimakkaita myrskytuhoja.

Lumi- ja routaolosuhteiden odotetaan muuttuvan talvella ja keväällä aikaisempaa lämpimämpien talvien takia. Roudan aikaisemman sulamisen takia puiden haihdutus käynnistyy entistä aiemmin. Kuivina vuosina maaperä myös kuivuu entistä nopeammin, mikä heikentää puiden vedensaantia ja haihdutusta myöhemmin keväällä ja kesällä. Sula maa ei myöskään ankkuroi puita maahan, mikä altistaa puita tuulituhoille. Myrskystä selvinneiden puiden kasvu puolestaan hidastuu, koska juuriston vaurioiden korjaaminen kuluttaa puilta energiaa [45].

Myrskytuhojen jälkeen eräiden hyönteistuhojen riski kasvaa. Esimerkiksi kirjanpainaja käyttää ravinnokseen tuoretta kuusipuutavaraa, jota on myrskyjen jälkeen runsaasti saatavilla. Runsas ravinto johtaa hyönteiskannan kasvuun ja altistaa myös elävät puut hyönteistuhoille. Tuulisuuden ja tuulen voimakkuuden ennustetaan lisääntyvän hieman ilmaston muuttuessa Suomessa [46], [27]. Entistä tuhoalttiimmat puut entistä tuulisemmissa olosuhteissa lisäävät myrskytuhojen riskiä.

Metsätuhojen merkitystä tulevaisuudessa on hyvin vaikea ennustaa tapahtumien satunnaisuuden, harvinaisuuden ja vaihtelevan vakavuuden vuoksi. Eräiden tuhonaiheuttajien, kuten juurikäävän ja kirjanpainajan on kuitenkin arvioitu hyötyvän ilmastonmuutoksesta [47].