Integrating mechanistic disturbance models and stand dynamics of Norway spruce

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-651-573-4
Title: Integrating mechanistic disturbance models and stand dynamics of Norway spruce
Author: Honkaniemi, Juha
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences
Natural Resources Institute Finland Luke
Publisher: Finnish Society of Forest Science, Faculty of Agriculture and Forestry of the University of Helsinki, School of Forest Sciences of the University of Eastern Finland
Date: 2017-06-16
Belongs to series: Dissertationes Forestales - URN:ISSN:2323-9220
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-651-573-4
http://hdl.handle.net/10138/184719
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Disturbances, caused by abiotic and biotic agents, are discrete events in time disrupting the ecosystem and resulting in the reduction of plant biomass. They play a key role in forest ecosystems, but in the managed forests pose a risk to forest productivity. The projected climate change is expected to increase the risk of various disturbances in the boreal forests. In Europe, the major risks threatening the Norway spruce (Picea abies) dominated stands are caused by Heterobasidion root rot, wind storms, and European spruce bark beetle (Ips typographus). Heterobasidion root rot causes growth losses, mortality and decreases the timber quality. It also decreases the mechanical stability of the tree against wind load and increases the stand vulnerability for wind damages. Bark beetles benefit from the low resistance breeding material, i.e., wind damaged trees, when the population is low and can emerge as outbreaks in the right conditions. This thesis presents a simulation framework WINDROT to simulate the interactive dynamics of these disturbance agents. WINDROT consists of four simulation models, each responsible for either the dynamics of the host or one of the disturbance agents. A stand level decision support system, MOTTI, simulates the growth and dynamics of tree stands as affected by forest management, and provides inputs for mechanistic models Hmodel, HWIND and BBDYN simulating the dynamics and effects of disturbance agents. The model performance analyses in tree and stand scale showed that; i) the Heterobasidion dynamics are driven by primary and secondary infections on large stumps; ii) increasing intensity of Heterobasidion root rot damages increases the risk for wind damages; and iii) the increasing wind damages increased the subsequent bark beetle damages. The simulation framework can be used to analyze the sensitivity of different forest management regimes to the risks posed by these damages alone and in various combinations.Erilaiset abioottiset ja bioottiset häiriöt, kuten myrskyt tai sienitaudit, kuuluvat merkittävänä osana metsäekosysteemin toimintaan. Ne ovat satunnaisia ja lyhytkestoisia tapahtumia, jotka muuttavat metsäekosysteemiä usein merkittävästi. Kasvatusmetsissä muutamien puiden kuolema on osa luonnon kiertokulkua, mutta isoja häiriöitä pidetään metsätuhoina, sillä aiheuttavat merkittävän riskin metsänkasvatuksen kannattavuudelle. Ilmastonmuutoksen ennustetaan lisäävän metsätuhoriskiä erityisesti pohjoisen pallonpuoliskon boreaalisissa metsissä. Euroopassa merkittävimmän tuhoriskin kuusivaltaisille metsille (Picea abies) aiheuttavat juurikääpä (Heterobasidion annosum s.l.), tuuli ja kirjanpainaja (Ips typographus). Juurikääpä lahottaa puiden juuristo ja taloudellisesti arvokasta runkopuuta aiheuttaen kasvutappioita, kuolleisuutta sekä vähentäen puutavaran arvoa. Lisäksi puiden mekaaninen vastustuskyky tuulta vastaan heikkenee lahon myötä ja lisää metsiköin alttiutta tuulituhoille. Tuulituhopuista hyötyvät kirjanpainajat, jotka pystyvät voittamaan jo valmiiksi heikentyneiden puiden puolustuskyvyn terveitä puita helpommin. Kirjanpainajat hyötyvät heikentyneistä puista erityisesti silloin, kun niiden kanta on pieni. Suotuisissa olosuhteissa ne voivat aiheuttaa massiivisiakin tuhoja. Väitöskirjan aiheena on näiden kolmen edellä mainitun tuhonaiheuttajan kehityksen ennustaminen mekanististen mallien avulla. Mallit on liitetty metsikön kasvua ja dynamiikkaa kuvaavaan ohjelmistoon, jonka avulla voidaan tarkastella tuhoriskejä metsikkötasolla erilaisissa skenaarioissa. Näistä malleista on väitöskirjassa luotu WINDROT-mallikonaisuuden, jonka avulla voidaan ensimmäistä kertaa simuloida eri tuhoaiheuttajien välisiä yhdysvaikutuksia. WINDROT-mallikokonaisuudessa MOTTI-ohjelmisto simuloi metsikön kasvua ja rakennetta ottaen huomioon metsänhoidon. Hmodel-, HWIND- ja BBDYN -mallit simuloivat kukin yhden tuhonaiheuttajan kehitystä metsikkötasolla. Väitöskirjan osatutkimuksissa esitellään mallien rakennetta sekä tarkastellaan puu- ja metsikkötasolla mallikokonaisuuden toimintaa. Tulokset osoittivat, että: i) juurikäävän dynamiikkan merkittävin tekijä ovat itiö- ja juuristotartunnat suuriin kantoihin, ii) juurikäävän määrä metsikössä vaikuttaa merkittävästi metsikön tuulituhoriskiin; sekä iii) tuulituhojen määrä vaikutti niitä seuraaviin kirjanpainajatuhoihin. Metsätuhot ovatkin siis vaikutuksissa vahvasti toisiinsa ja niitä tulisi tarkastella yhtenä kokonaisuutena. Mallikokonaisuutta voidaan jatkossa käyttää erilaisten metsänkasvatusketjujen riskiarviointiin sekä tarkastella tuhoriskejä muuttuvissa tilanteissa. Merkittävä sovellusmahdollisuus on erilaisten torjuntakeinojen vertailu tuhoriskien hallinnassa.
Subject:
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record