|
Tavoitteet
Hanke selvittää monitieteellisin keinoin hakkuutähteestä saatavan biopolttoainneen laadun hallintaa eri talteenottoketjuissa;antaa luotettavan ja yleistyskelpoisen kuvan hakkuutähteen talteenoton vaikutuksista maanmuokkaukseen, metsänviljelyyn, uudistamistulokseen ja taimikon alkukehitykseen ja metsämaan ravinteisuuteen ja puuntuotoskykyyn;selvittää talteenoton vaikutusta tukkimiehentäin esiintymiseen ja kuusen hakkuutähteen seassa olevien tyveysten merkitystä juurikäävän leviämiselle;sekä selvittää uudistamisen yhteydessä ilmeneviä taloudellisia arvoja lähinnä yksityisen metsänomistajan kannalta.
Tulokset
Hakkuutähteen laatu ja korjuun logistiikkaHakkuutähteen laatua puupolttoaineena tutkittiin yhteistyössä metsä- ja voimateollisuuden kanssa. Kuivattaessa hakkuutähteitä palstalla kesäaikana ennen tienvarsivarastokasan tekoa, optimikuivatusaika on yhdestä kolmeen viikkoa sääoloista riippuen. Tänä aikana hakkuutähteet kuivuvat 25 - 30 p-%:iin. Kuivia tähteitä ei tule jättää palstalle, vaan ne siirretään välivarastokasoihin, jotta kuivatuksesta saatu etu säilyisi mahdollisimman kauan. Säilyvyyttä voidaan parantaa peittämällä kasat huolellisesti, mieluummin kasan reunojen yli ulottuvalla peitteellä. Peitetyissä kasoissa tähteen kosteus pysyy 10 - 15 %-yksikköä alhaisempana kuin peittämättömissä kasoissa. Näin meneteltäessä ravinteikas neulasmassa varisee suurelta osin palstalle, hakkuutähde kuivuu parhaiten ja sen säilyvyys talviaikaiseen haketukseen on turvattu. Syksyllä ja talvella hakkuutähteet tulee kuitenkin siirtää mahdollisimman pian välivarastoon, eikä jättää niitä palstalle, ellei tähteitä ole tarkoitus kuivata seuraavan kesän yli.Tähteiden kuivumisen aikana alkuaineiden ei havaittu siirtyvän neulasista oksarankaan. Sen sijaan neulasten osuuden pieneneminen varastointivaiheiden aikana heijastuu suoraan hakkuutähdehakkeen klooripitoisuuteen, pienentäen sen noin puoleen. Hakkuutähteen sisältämien raskasmetallien pitoisuudet ovat hyvin alhaiset, eikä varastopaikalla tai varastointimenetelmällä näytä olevan vaikutusta niihin. Myös tähteiden tuhkapitoisuuksissa ei havaittu suuria eroja eri varastointimenetelmien välillä. Hakkeessa esiintyvien mikrobipitoisuuksien määrä oli niin korkea, että se tulee ottaa huomioon arvioitaessa työntekijöille aiheutuvaa terveydellistä riskiä. Haketuksen yhteydessä on suositeltavaa käyttää P3-luokan hengityssuojainta.Pieniläpimittaisen kokopuun laadunhallinta energiapuunaPieniläpimittaisen kokopuun laatua energiapuuna sekä sen varastointiin liittyviä logistisia ratkaisuja tutkittiin yhteistyössä metsäteollisuuden kanssa. Pienpuu kuivuu hyvin varastossa kesäaikana. Jos varastokasa on tehty avoimelle paikalle, alenee kosteus yhden kesän aikana alle 40 %:iin. Talven aikanakaan varastokasassa oleva pienpuu ei kastu vastaavasti kuten esim. hakkuutähteet. Joukkokäsiteltyjen puiden aisautuminen karsinnan aikana vaikutti siihen, että kokopuut ja joukkokäsitellyt puut kuivuivat yhtä hyvin. Jos varastointiaika palstalla muodostuu pitkäksi, on kuivumistulos hyvällä välivarastopaikalla lähes yhtä hyvä. Koivu- ja mäntykokopuun kuiva-aineen tehollisessa lämpöarvossa ei havaittu merkittäviä muutoksia varastoinnin aikana. Tämä viittaa siihen, että alkuainesuhteissa ei ehtinyt tapahtua suuria muutoksia. Merkittävämpää on kosteuden muutoksesta aiheutuva lämpöarvon muutos. Varastokasojen peittämisellä saadaan noin 6 %-yksikköä kuivempaa polttohaketta. Pienpuitten kohdalla varastokasan peittämisellä ei siten ole yhtä suurta vaikutusta kuin hakkuutähteillä. Peittämistä tärkeämmäksi tekijäksi osoittautui varastokasan ympäristö. Varjossa sijanneiden varastokasojen kosteus oli 7 – 17 %-yksikköä suurempi kuin avoimella paikalla sijainneiden varastokasojen. Kokopuun palstalla kuivaus ei ole vastaus ravinnerikkaitten neulasten varistamiseen. Rasikuivauksen toimivuus männyn neulasten karistajana oli tutkimuksen mukaan erittäin huono. Mikäli puuston kasvu ja maaperän ravinnetasapaino vaativat neulasmassan poistoa, on se tehtävä joukkokäsittelyn menetelmin. Menetelmä alentaa kuitenkin raaka-ainekertymää oksien määrällä. Varastoinnin teon ajankohdalla tai varastoinnin pituudella, peittämisellä tai puulajilla ei ole kerätyn aineiston perusteella, natriumia lukuun ottamatta vaikutusta alkali- tai maa-alkalimetallien pitoisuuksiin kokopuubiomassan varastoinnin yhteydessä. Kloorin määrä vähenee varastoinnin aikana liikkuvuutensa ansiosta. Tämä on tärkeä havainto siksi, että joissain yhteyksissä on neulasten varisemista pidetty kloorin määrän vähentämisen edellytyksenä. Näin ei kuitenkaan näyttäisi olevan männyn kohdalla. Energiaosuuskuntien energiapuun hankintaa tutkittaessa havaittiin noin viidessäkymmenessä kokeessa kosteusvaihtelun olevan runsasta (20-50%). Syiksi saatiin identifioitua sellaiset tekijät kuin varastopaikka, puulaji, kate. Katteen keskimääräinen positiivinen vaikutus oli 8 kosteusprosenttiyksikköä. Luku on hieman korkeampi kuin yllä mainitussa teollisuuden mittakaavan tutkimuksessa. Varastopaikan vaikutuksen ollessa lähes samaa luokkaa. Puupolttoaineen hankintaan liittyvillä logistisilla ratkaisuilla voidaan vaikuttaa lopputuotteen laatuun. Valitut korjuumallit riippuvat käyttäjästä. Pienet käyttökohteet vaativat pääsääntöisesti tasalaatuisemman ja kuivan hakkeen. Alhainen kosteus on tärkeä kriteeri metsäteollisuudelle mikä sekoittaa sitä omiin hyvinkin kosteisiin polttoainefraktioihin. Lisäksi polttoaine-erien kemiallisella rakenteella saattaa olla vaikutusta laitosten käyttökustannuksiin. Runsaasti alkalimetalleja sisältävät polttoaineet paakkuunnuttavat kiertopeti kattiloiden hiekkaa. Toisaalta vihermassan runsas läsnäolo lisää kloorin määrää millä on puolestaan tulistinpintojen korroosiota aiheuttava vaikutus. Yleisesti ottaen mikäli kertymä ei ole tärkein asia, laadunparannuksessa olisi keskityttävä kuivatukseen ja vihermassan poistoon. Joukkokäsittelymenetelmät energiapuun korjuussaUusia pienpuun joukkokäsittelymenetelmiä kehitettiin EU-rahoituksella. Kohteina olivat kivennäismaiden männiköt, turvemaiden hieskoivikot ja sekapuustot. Uudet vaihtoehtoiset tekniikat osoittautuivat perinteistä yksinpuin hakkuuta 28-35 % tehokkaimmiksi tuotoksen vaihdellessa välillä 6-9.3 m3/tehotunti. Hakkuutähteen sijoittumista harvennusikäisessä metsässä tutkittiin GIS-menetelmien avulla. Perinteisessä hakkuussa 70% hakkuutähdettä sijoittuu 0-3 metrin etäisyydelle ajouran keskilinjasta. Kun joukkokäsittelyyn yhdistetään ns. kannolle hakkuu vain 40 % tähteestä sijoittuu ajouralle. Täten tähteet jakautuvat melko tasaisesti palstan alueelle.Puustotunnusten vaikutusta kaatokasauslaitteiden tuotokseen tutkittiin hieskoivikossa, männikössä ja koivu-kuusi-mänty sekametsässä. Puustotiheyden vaihteli välillä 2000-7700 runkoa/hehtaari ja valtapituus 5-10m. Kaatokasauslaitteella varustetun hakkuukoneen tuotos vaihteli annetuissa puustoissa 4.3-8.5 m3/tehotunti. Merkittävin tuotokseen vaikuttanut puustotunnus oli rungon tilavuus. Varhaisessa vaiheessa tehdyllä puuston raivauksella oli tuotosta lisäävä vaikutus. Havainto korostaa metsänhoidollisten toimien tärkeyttä. Tiheissä, pieniläpimittaisissa puustoissa korjuun tuotos oli alhaisin. Ensiharvennuspuun kokopuupaalausKannuksen yksikössä selvittiin uuden aines- ja energiapuun korjuun integrointiin tähtäävää menetelmää yhteistyössä UPM-Kymmene Oyj:n kanssa. Sinä kuitu- ja polttojae erotellaan vasta kuiduttavan tehtaan kuorimossa. Oksat ja ohuet latvaosat ohjautuvat kuorijätteen mukana energiakäyttöön ja kuoriutunut runkopuu massan raaka-aineeksi. Tehdaskoe sujui ongelmitta. Laatu-ominaisuuksiltaan selluhake vastasi normaalista ensiharvennuspuusta tehtyä haketta, eikä myöskään massojen laaduissa ollut eroja. Prosessihävikit paalatulla raaka-aineella olivat hieman suurempia kuin karsitulla ensiharvennuspuulla.Toisessa vaiheessa tutkittiin Biotukki Oy:n rakentaman paalaimen ensimmäisen prototyypin toimivuutta ensiharvennusleimikossa. Menetelmässä puut kaadetaan keräävällä hakkuulaitteella ja koottu puunippu viedään paalaimen syöttöpöydälle, josta syöttörullat vetävät rungot paalaimen syöttökammioon. Syötetyt rungot katkaistaan 2,6 metrin pituuteen ketjusahalla ja nostetaan välivarastotilaan. Saavutetut tuottavuustasot olivat vielä suhteellisen alhaisia nykyisiin korjuumenetelmiin verrattuna. Konetta ja työtekniikkaa kehittämällä tuottavuutta voidaan parantaa olennaisesti. Metsätehossa tehtyjen laskelmien mukaan kokopuun paalauksella olisi mahdollista alittaa perinteisen aines- ja energiapuun erillishankinnan nykykustannukset, jos kokopuupaalaimen tuottavuus on reilusti yli puolet koneellisen kaato-kasaustyön tuottavuudesta. Hakkuutähteen talteenotto ja metsän uudistaminenIstutustaimien elossa olo vaihteli neljäntenä vuonna 67 - 98 %:iin. Heikoimmin taimet olivat menestyneet viljavimmalla, Heinolassa sijainneella koekentällä. Istutustaimien menestymisessä ei ollut eroa hakkuutähteen korjuun suhteen Heinolan koekenttää lukuun ottamatta, jossa hakkuutähteen korjuun jälkeen taimien elossa oli parempi kuin hakkuutähteellisillä koealoilla. Istutustaimien pituuskehityksessä ensimmäisen 4 vuoden aikana istutuksesta ei hakkuutähteen korjuulla havaittu olleen vaikutusta. Kahdella koekentällä istutustaimien pituudet erosivat hakkuutähteellisen ja hakkuutähteen korjuun suhteen, mutta tulos oli ristiriitainen. Tukkimiehentäikannat ja hakkuutähdeKuoreveden mäntykokeella tukkimiehentäitä esiintyi erittäin runsaasti kahtena ensimmäisenä seurantavuonna. Hakkuun jälkeisenä kesänä (touko-elokuu 2000) pyydyksiin jäi tukkimiehentäitä yli 5200 kpl/ha. Vielä seuraavanakin vuonna kesän saalis samalta alueelta oli runsaat 4300 kpl/ha. Kolmantena vuonna tukkimiehentäisaalis romahti ja niitä jäi pyydyksiin enää 550 kpl/ha. Tukkimiehentäitä jäi pyydyksiin eniten koeruuduilla joilta hakkuutähteet oli poistettu tuoreena, toiseksi eniten ruuduilla joilta tähteet oli poistettu kuivumisen jälkeen, ja vähiten ruuduilla joilta hakkuutähteet jätettiin korjaamatta (kontrollikäsittely). Erot käsittelyjen välillä olivat varsinkin ensimmäisenä kesänä selkeät, joskaan ei kovin suuret. Tukkimiehentäiden runsaus hakkuutähteettömillä koealoilla ei välttämättä johdu siitä, että niitä olisi siellä ollut enemmän kuin muilla ruuduilla. Syynä voi olla tukkimiehentäiden suurempi liikkuvuus ravintoa ja suojapaikkoja etsiessä, jolloin riski joutua pyydykseen on isompi kuin ruuduilla joilla oli hakkuutähteitä antamassa suojaa ja ravintoa. Toisen kesän alussa tukkimiehentäitä oli vielä eniten ruuduilla joista tähteet oli poistettu tuoreena, mutta kesän loppua kohden erot käsittelyjen välillä olivat mitättömiä. Kolmantena kesänä käsittelyjen välillä ei ollut juurikaan eroa. Maksimisaaliit ensimmäisenä kesänä saatiin juhannuksen tienoilla ja heinäkuun puolivälissä. Toisena ja kolmantena kesänä saalis oli suurimmillaan toukokuun loppupuolella ja väheni juhannuksesta lähtien tasaisesti kesän loppua kohti. Tukkimiehentäiden lisäksi pyydyksiin jäi muitakin kovakuoriaislajeja. Satunnaisten yksilöiden lisäksi pyydyksissä oli useita havupuilla eläviä lajeja, jotka todennäköisesti olivat aktiivisesti hakeutuneet pyydykseen alfapineenin ja/tai etanolin houkuttelemana. Taimituhoja aiheuttavia juurinilureita (Hylastes spp.) esiintyi pyydyksissä runsaasti. Aikuiset nilurit syövät hakkuutähteiden kostean kuoren ohella taimien tyviä ja juuria, ja aiheuttavat samantyyppisiä taimituhoja kuin tukkimiehentäit. Juurinilurit lisääntyvät havupuiden juurissa ja kannoissa. Huomattavan runsaasti esiintyi konnakuoriaisia (Epuraea spp.), jotka elävät sekä aikuisina että toukkina kaarnakuoriaisten käytävissä, mahdollisesti petoina. Myös kaarnakuoriaisten käytävissä ja kannoilla petoina eläviä kaarniaismäihiäisiä (Pityophagus ferrugineus) ja kaarniaisia (Rhizophagus spp.) jäi pyydyksiin jonkin verran. Eri hyönteislajien esiintymisessä oli isoja eroja ensimmäisen ja kolmannen vuoden välillä: parissa vuodessa tukkimiehentäit vähenivät kymmenesosaan ja konnakuoriaiset vielä merkittävämmin, kun taas juurinilureiden määrä lisääntyi puolitoistakertaiseksi.Tukkimiehentäiden esiintymisrunsauden yhteyttä taimituhoihin ei Kuorevedellä päästy istutuksen viivästymisen takia tarkastelemaan kahtena ensimmäisenä kesänä. Kolmantena vuonna alkukesällä istutetuissa taimissa ei samana syksynä havaittu merkittäviä hyönteistuhoja. Heinolan kuusikokeella tukkimiehentäitä oli varsin vähän, joten myöskään niiden aiheuttamia taimituhoja ei kuusentaimissa istutuskesänä esiintynyt. Tukkimiehentäiden vähäisyyden lisäksi taimia lienee suojannut niiden tuhoilta mätästys ja alueen rehevä pintakasvillisuus, joka tarjosi vaihtoehtoisia ravintokasveja. Heinolassa käsittelyjen välillä ei ollut merkittäviä eroja tukkimiehentäin esiintymisessä. Tukkimiehentäin lisäksi pyydyksiin jäi Kuoreveden tapaan konnakuoriaisia, juurinilureita ja kaarniaisia, sekä lisäksi melko runsaasti kuusen kannoissa eläviä kannonhutikirjaajia (Dryocoetes autographus). Heinolassa pääosa nilureista oli kuusennilureita (Hylastes cunicularius), Kuorevedellä taas pääasiallisesti männynnilureita (Hylastes brunneus). Samoin konnakuoriaisista Heinolassa valtalaji oli Epuraea pygmea ja Kuorevedellä Epuraea marseuli. Hakkuutähteen korjuun vaikutus ravinteiden huuhtoutumiseen ja maan ravinnevaroihinTutkimuksessa mitattiin neljän kasvukauden ajan hakkuutähteestä ja maan orgaanisesta kerroksesta huuhtoutuvia ravinnemääriä sekä maan ravinnevaroja kuusikon avohakkuun jälkeen. Tulosten mukaan hakkuutähdekasat pidättivät sadeveden mukana tullutta kokonaistyppeä, ammoniumia ja nitraattia. Sen sijaan hakkuutähdekasoista huuhtoutui enemmän fosforia, kaliumia, kalsiumia ja magnesiumia kuin mitä sadeveden mukana tuli eli hakkuutähde oli näiden ravinteiden lähde. Hakkuutähdekasan ja sen alla olevan orgaanisen kerroksen läpi huuhtoutui enemmän ravinteita kuin orgaanisen kerroksen läpi, jota ei ollut peitetty hakkuutähteellä, vaikka hakkuutähdekasa pienensi merkittävästi orgaanisen kerroksen läpi valunutta vesimäärää. Vaikka hakkuutähteellisen alan osuus hakkuualasta huomioitiin ravinnehuuhtoumissa, hakkuutähteen korjuu johti pienempään ammoniumin, nitraatin, fosforin ja kaliumin huuhtoumiin verrattuna siihen, että hakkuujätteet jätettiin korjaamatta tai että hakkuutähteet korjattiin niiden neulasten pudottua. Kun hakkuutähteen peittämä pinta-ala huomioitiin ravinnevirtauslaskelmissa, niin maan orgaanisen kerrokseen sadevedessä tai hakkuutähdekasan suotovedessä saapuvan kokonaistypen, ammoniumin ja nitraatin määrä oli suurempi kuin orgaanisesta kerroksesta huuhtoutuvien ravinteiden määrä. Tämä aiheutti typen kertymistä orgaaniseen kerrokseen. Sitä vastoin hakkuutähteen korjuu aiheutti kaliumin, fosforin ja kalsiumin hävikkiä orgaanisesta kerroksesta verrattuna siihen että hakkuutähde jäi korjaamatta. Tämä johtui siitä, että hakkuutähde oli merkittävä näiden ravinteiden lähde.Hakkuutähde lisäsi maan karikerroksen orgaanisen aineen ja ravinteiden määriä, mutta ei vaikuttanut humuskerrokseen tai 0-10 cm kivennäismaakerrokseen lukuun ottamatta kaliumia. Vaihtuvan kaliumin määrä oli suurempi myös humuskerroksessa ja 0-10 cm kerroksessa kun hakkuutähde oli jätetty korjaamatta verrattuna siihen että hakkuutähde oli korjattu tuoreena tai neulasten pudottua. Hakkuutähteen korjuulla ei ollut vaikutusta karikerroksen tai humuskerroksen happamuuteen. Sitä vastoin maan happamuus 0-10 cm kerroksessa oli alhaisempi (pH 4.5) kun hakkuutähteet oli korjattu verrattuna siihen että hakkuutähteet jätettiin korjaamatta (pH 4.3). Hakkuutähteen vaikutus pintakasvillisuuteenHeinolan 8 lysimetriruudun perusteella näyttää siltä, että tiiviit hakkuutähdekasat tukahduttavat pintakasvillisuuden, erityisesti heinien ja ruohojen, kehitystä ainakin 4-5 ensimmäisen vuoden aikana. Mitä isompi hakkuutähdekasa, sitä pienempi oli ruohojen ja heinien biomassa kasan kohdalla. Hakkuutähteen vaikutus maan ominaisuuksiinHeinolan (4,5 kasvukautta hakkuusta) ja Kälviän (3,5 kasvukautta hakkuusta) lysimetriruutujen perusteella orgaanisen kerroksen orgaanisen aineen määrä näytti olevan sitä suurempi, mitä suurempi oli oksakasa, mikä oli oletusten mukaista. Hakkuutähteen määrä näytti korreloivan positiivisesti myös joidenkin ravinteiden kanssa, mm. boorin, kalsiumin, kaliumin, magnesiumin, fosforin ja typen kanssa. Hakkuutähteen vaikutus näytti olevan suurempi karulla kuin viljavalla kasvupaikalla. Hakkuutähteen vaikutus ilmeni selvimmin karun kasvupaikan orgaanisessa kerroksessa ja tuskin lainkaan viljavan kasvupaikan kivennäismaassa. Uudistusalojen kuusirunkojen tyveykset juurikäävän levittäjinäKenttäkokeet suoritettiin kahdeksalla koealalla Uudellamaalla, Hämeessä sekä Kymessä. Niissä tutkittiin yli 2500 kuusen tyveystä sekä vertailuaineistona n. 3500 kantoa. Kaikilla aloilla muodostui tyveyksiin runsaasti juurikäävän itiöemiä. Yhteen tyveykseen kehittyvien itiöemien aktiivisen pillistön pinta-ala keskimäärin saavutti tai ylitti tutkimuksen aikajaksolla saman hakkuualan kantoon keskimäärin muodostuneen pillistön pinta-alan. Tämä osoittaa, että mikäli jokaisesta tyvilahoisesta rungosta jätetään tyveys hakkuualalle, lisääntyy juurikäävän itiöivän pillistön määrä alalla vähintäin kaksinkertaiseksi kolmen-neljän vuoden aikana hakkuusta (olettaen itiöiden tuotto suoraan verrannolliseksi pillistön pinta-alan kanssa). Tärkeimmät itiöemien muodostumista edistävät tekijät olivat lahon määrä tyveyksessä, tyveyksen koko (etenkin halkaisija), tyveyksen maakontakti sekä kilpailevien sienien vähäisyys. Pienilmastotekijöillä, joihin alalle jäävä puuston määrä vaikuttaa, ei ollut merkitystä itiöemien muodostumisen kannalta. Männynjuurikäävän itiöemiä muodostuu tyveyksiin merkittävästi epätodennäköisemmin kuin kuusenjuurikäävän. Tämä johtuu siitä, että männynjuurikääpä ei nouse runkoon yhtä tehokkaasti kuin kuusenjuurikääpä. Tutkimuksen tulokset antavat aiheen suosituksiin korjata lahot kuusen tyveykset pois hakkuualoilta, joilla juurikääpää esiintyy. Juurikäävän itiöemiä muodostui hyvin harvoin (< 2%) alun perin terveen näköiseen tyveykseen, joten terveitä tyveyksiä voi jättää ilman juurikäävän leviämisriskin kasvua. Biodiversiteettiä tulee edistää jättämällä maastoon sellaista järeätä hakkuutähdettä, jossa ei ole syytä olettaa juurikäävän esiintyvän.
Vastaava tutkija
Nurmi, Juha Hankkeen kesto 2000 - 2006
Asiasanat
Heterobasidion, Hylobius, biomassa, hakkuutähteet, juurikääpä, maan muokkaus, metsän uudistaminen, metsänuudistaminen, polttoaineominaisuudet, ravinnetalous, taimituhot, varastointi
Hankkeen vaihe: päättynyt
Huom! Tämä tutkimushankekuvaus on tuotettu Hankehaaviin aikanaan Metsäntutkimuslaitos Metlan tutkimustietojärjestelmästä, jota ei enää päivitetä. Ole hyvä ja tarkista löytyykö hankkeen ajantasaisia tietoja uudesta Luken tutkimustietojärjestelmästä.
|
