Endisele põllumaale rajatud hall-lepiku areng, biomassi produktsioon ja lämmastiku- ning süsiniku dünaamika

During the last decades, forest coverage of Estonia has increased, mostly due to the natural afforestation of the abandoned agricultural areas. In Estonian conditions grey alder is one of the main pioneer tree species to occupy such areas. Due to the changes in the fossil fuels sector and the need to mitigate the potential anthropogenic factor in global climate changes, the need for the utilization of renewable energy sources has increased. In Estonia, due to high forest coverage, forest, including grey alder stands, can be considered as a potential green energy source. Today, the growing stock of and the area of grey alder stands in Estonia is approximately 30 million m3 and 180,000 ha, respectively. During the last years, several coproduction power plants which use wood as a fuel have been established. The demand for woody fuel will probably increase in the coming years and the pressure of more extensive management of grey alder stands will increase. Hence, in order to make sustainable and ecologically smart decisions for managing grey alder stands, new knowledge about the functioning of grey alder ecosystems is needed. In the current thesis, the results of a long-term study, carried out in a grey alder plantation growing on a former arable land, are presented. In the thesis, the growth dynamics of the stand, the stand’s impact on the soil and the carbon accumulation in the stand are discussed. Based on results, grey alder is a very fast growing and vigorous tree species for Estonian conditions. The mean annual increment of Estonian grey alder stands is 7.6 m3 ha-1; in Estonian forests, the respective value is 5.2 m3 ha-1. In the studied stand the mean annual increment was 15.7 m3 ha-1. At the age of 16 years, the current annual increment of stem mass peaked, reaching as high as 36 m3 ha-1 y-1. The result can be considered extremely high as it exceeds all the respective values from the scientific literature. Grey alder is a species with a rather short life-span – the common maximum age of grey alder stands is 40-50 years. As a result of the study, the bulk maturity, i.e. the age of the stand when the annual increment of timber has overcome its maximum, is around 15-20 years for grey alder stands. This posture is also supported by the researchers from other countries. Today, approximately 70% of all grey alder stands in Estonia are older than 20 years, i.e. their bulk maturity has been achieved and it would be rational to utilize them more extensively than so far. The growing stock of the stand at the age of 17 years was 265 m3 ha-1, which exceeds the growing predictions of the yield-tables of neighbouring countries. The issue of grey alder stemwood density is understudied so far in Estonia; the published data from other countries are highly variable. In the studied stand, the stemwood density was 396 kg m3. The appropriate density value, inherent in the local region, is needed for practical concerns; it allows us the accurate converting of mass units to volume units, or conversely. The knowledge of the soil’s improving effect of growing alders is widespread; the study affirmed this – the increase of the concentration of the most important nutrient, nitrogen, in the upper 0-10 cm soil layer was significant. During the growth period, it increased 0.6 t ha-1, reaching 2 t ha-1 in a 17-year-old stand. The possible environmental risks, such as nitrogen leaching and the emission of very strong greenhouse gas N2O (laughing gas), linked to managing grey alder stands were also studied. According to the results, some leaching occurred (15 kg ha-1 y-1), however, it mostly accumulated in the deeper soil layers and the amount of nitrogen leached to the groundwater was insignificant. Furthermore, the N2O emissions were very small (0.5 kg ha-1 y-1) and it can not be considered as a possible environmental hazard. Grey alder stands growing on abandoned agricultural land act as a carbon sink. In the studied stand there was approximately 65 t ha-1 of carbon accumulated into the woody biomass (stems, branches, roots). Moreover, 6.5 t ha-1 of carbon was accumulated in the stand’s soil during the 17year long period of stand growth. In conclusion, grey alder as an indigenous tree species is highly productive and resistant, which makes it a suitable tree species for renewable energy for Estonian conditions. Furthermore, growing grey alder improves the soil qualities of the site and the stand acts as a carbon sink.Viimastel aastakümnetel on Eesti metsasus suurenenud, seda eelkõige kasutusest välja jäänud põllumajandusmaade metsastumise arvelt. Meie tingimustes on üks sagedamini põllumaid asustav pioneerpuuliik hall lepp. Arengud fossiilkütuste vallas ning inimtegevuse potentsiaalne negatiivne mõju globaalsetele kliimamuutustele on tõstatanud vajaduse võtta senisest enam kasutusele taastuvaid energiaallikaid. Suur metsasus lubab Eestil pidada oluliseks taastuvallikaks puidulist biomassi ning hall-lepikute näol on meil olemas arvestatav ressurss, mida saaks kasutada energia tootmiseks. Täna on hall-lepikute tagavara Eestis umbes 30 miljonit m3, pindalaliselt on neid peaaegu 180 000 hektarit, s.o. ca 9% kogu Eesti metsade pindalast. Viimastel aastatel on puitkütustel töötavaid katlamaju Eestisse ehitatud mitmeid (Väo, Tartu, Pärnu). Nõudlus puitkütuse järgi on lähiajal ilmselt tõusmas ning see võib viia lepikute ulatuslikuma kasutamiseni. Et olemasolevat ressursi majandada keskkonnasõbralikult ning jätkusuutlikult on vaja senisest sügavamaid teadmisi hall-lepikutest, kui omanäolistest metsaökosüsteemidest, nende majandamisest ning sellega kaasneda võivatest keskkonnariskidest. Kõnealuses doktoritöös on kajastatud endisele põllumaale rajatud hall-lepikus läbi viidud pikaajalise uurimistöö tulemusi. Antakse ülevaade puistu kasvudünaamikast, selle mõjust kasvukoha mullale ning puistu süsiniku sidumise võimest. Uurimuse tulemused näitavad, hall lepp on Eesti tingimustes väga kiirekasvuline puuliik. Kui Eesti metsade keskmine aastane puidu juurdekasv on 5,2 m3 ha-1 ja hall-lepikute keskmine juurdekasv 7,6 m3 ha-1, siis uuritud puistus oli see 15,7 m3 ha-1 a-1 ning aastane juurdekasv 16-aasta vanuses ulatus ligi 36 m3 ha-1 a-1. See näitaja on ka väliskirjanduse andmetega võrreldes väga kõrge, ületades kõiki teisi seniavaldatud tulemusi. Hall lepp on lühipuuliik, ta elab tavaliselt 40-50 aasta vanuseks, harva võib leida vanemaid puid ja puistusid. Selgus et hall-lepikute mahuküpsus, st. puistu vanus, mil puidu juurdekasv hakkab aasta-aastalt langema, jääb vahemikku 15-20 aastat. Seda seisukohta kinnitavad ka meie lähiriikide teadlaste järeldused. Praegu on Eesti lepikutest ligi 70 % üle 20 aasta vanused, mis tähendab, et nad on saavutanud oma mahuküpsuse ning metsamajanduslikust seisukohast lähtudes oleks otstarbekas neid senisest intensiivsemalt majandada. Uuritud puistu tagavara 17-aasta vanuses oli 265 m3 ha-1, mis ületab lähiriikide halli lepa puistute kasvu ennustavates kasvukäigutabelites toodud vastavaid näitajaid. Halli lepa tüvepuidu tihedus, mis on Eestis seni väga väheuuritud teema ning mis väliskirjanduses varieerub suurtes piirides, oli uuritud katsealal 396 kg m3. Täpne puidu tiheduse määratlus lubab meil teha usaldusväärseid üleminekuarvutusi mahuühikutelt massiühikutele ja vastupidi, mis praktikas võib olulisel määral mõjutada puidu ostu-müügi tehingute rahalisi väärtusi. Hall lepikute mulda parandav toime on üldtuntud ning see leidis kinnitust ka meie uurimuses. Olulisima toitaine, lämmastiku, varu mullas suurenes puistu arengu vältel oluliselt, tõustes mulla ülemises 10 cm paksuses kihis 17-aastase kasvuperioodi jooksul ca 0,6 t ha-1. Töö käigus uuriti ka hall-lepiku kasvatamisega kaasneda võivaid keskkonnariske – mõõdeti lämmastiku leostumist ning väga tugeva toimega kasvuhoonegaasi N2O, ehk naerugaasi, emissiooni. Saadud tulemused näitasid, et kuigi toimus mõningane lämmastiku leostumine, ehk väljakanne, ülemistest mullakihtidest (15 kg ha-1 a-1), siis põhjavette jõudis seda minimaalselt, kuna suurem osa leostunud lämmastikust akumuleerus mulla sügavamates kihtides. N2O emissioonid olid aga tagasihoidlikud (0,5 kg ha-1 a-1) ning seda ei saa pidada märkimisväärseks keskkonnaohuks. Põllumaadel kasvavad hall-lepikud toimivad ka oluliste süsinikusidujatena. Antud puistus on puitu (tüved, oksad, juured) seotud süsinikku ca 65 t ha-1. Lisaks suurenes kasvuperioodil mulda salvestatud süsiniku kogus märkimisväärselt, 17-aasta jooksul akumuleerus mulda süsinikku ligi 6,5 t ha-1. Kokkuvõtteks võib öelda, et hall lepp on Eesti tingimustes väga sobilik energiametsa puuliik ning seda saab pidada potentsiaalseks taastuvenergia allikaks. Tegemist on kodumaise puuliigiga, tema kasuks räägivad suur produktsioonivõime ning vitaalsus, vastupidavus võimalikele kahjuritele ja haigustele. Lisaks parandab hall-lepik kasvukoha mullaomadusi ning toimib märkimisväärse süsinikusidujana

Kliimamuutuste ABC: põhjused, mõjud, lahendused. Teaduspõhine õppematerjal kliimamuutustest

Kliimamuutused kujutavad endast ökosüsteemidele ja inimestele suurt ohtu. Teadus on selge: me peame tegutsema, et inimtekkelistest kliimamuutustest tingitud riske vähendada. Siin astub vahele aga kliimamuutustealase kirjaoskuse laialdane puudumine Eestis. Kliima kirjaoskus lihtsalt seletatuna, sisaldab endas mõistmist, kuidas kliima mõjutab mind ja kogu ühiskonda, aga ka seda, kuidas mina ja meie mõjutame kliimat. Selles sisaldub ka arusaam kuidas vähendada kliimamõju (ehk kliimamuutusi leevendada) ja suurendada vastupanuvõimet kliimamuutustele (ehk kliimamuutustega kohaneda). Eesti inimeste suur kliimaskeptilisus püstitab väga suured tõkked kliimamuutustega kohanemiseks ja nende leevendamiseks. Tegutsemiseks ei piisa üksnes teadmistest, vaid tarvis on ka teadmistele tuginevaid väärtusi, hoiakuid ning oskusi. Siit tulebki vajadus selge riikliku poliitika järele, kuidas inimesi kliimamuutuste vallas harida. Euroopa majanduspiirkonna rahastatavas projektis „KLIIMATEADLIK - Kliimateadlikkus koolist ühiskonda: laste, noorte ja õpetajate võimestamine kliimamuutuste mõjude vähendamiseks“ keskendume kliimahariduse edendamisele Eestis. Teeme seda nii formaalses kui ka mitteformaalses hariduses, et suurendada kliimamuutuste leevendamiseks ja nendega kohanemiseks vajalikke pädevusi. Meie eesmärk on luua Eestis kliimamuutuste haridusprogramm, mis hõlmab kõiki haridustasandeid. Selleks arendame haridusstrateegiaid, loome õppematerjale ja toetame õpetajaid. Esiteks selgitasime välja praeguse kliimahariduse olukorra. Vaatasime läbi riikliku õppekava ning ainekavad. Selgus, et kliimamuutusi käsitletakse iseseisva teemana ainult mõningates loodusainetes. Kuid siingi tutvustatakse kliimat ekslikult kui pelgalt üht osa kohalikest keskkonnatingimustest. Puudub globaalse kliimasüsteemi terviklik käsitlus, mistõttu on kliimamuutuste teemade teistesse ainetesse lõimimine keeruline. Järgmine samm oli õpetamise olukorra väljaselgitamine. Analüüsisime Eestis kasutatavaid õpikuid ja korraldasime õpetajate küsitluse. Selgus, et kahjuks ei sisalda kooliõpikud tänapäevast teaduslikku arusaama kliimamuutustest. Õppematerjalides puuduvad selgitused kliimamuutuste põhjuste ja mõjude kohta. Pealegi ei käsitleta üldse kliimamuutuste leevendamist ja kohanemist. Õpetajate küsitlus andis ühelt poolt väga positiivse vastukaja, sest valdav osa õpetajatest pidas kliimamuutusi oluliseks teemaks ning oli ka nõus end neil teemadel harima. Teiselt poolt kurdavad õpetajad, et puudu on tänapäevased eestikeelsed õppevahendid kliimamuutuste käsitlemiseks. Eriti just mitteloodusainete õpetajad nendivad, et neil puuduvad teadmised, kuidas kliimaprobleeme õppesse lõimida. Projekti KLIIMATEADLIK esimene õppevahend „Kliimamuutuste ABC“ püüab neid tühikuid täita. Siin on kokku võetud tänapäevased teaduspõhised arusaamad kliimamuutustest. Õppematerjal tugineb Valitsustevahelise kliimamuutuste paneeli (IPCC) ja teiste organisatsioonide kliimaraportitele, kus on sünteesitud eelretsenseeritud kliimateadust. Õppematerjal hõlmab kliimamuutuste põhjuseid ja mõjusid koos kliimamuutuste leevendamise ja kohanemisega. Õppevahendi lõid projektipartnerid ühistöös ning seda katsetati 2023. aasta märtsis neljal koolitusel Tartus, Pärnus, Narvas ja Tallinnas, samuti Moodle’i e-õppekeskkonnas. „Kliimamuutuste ABC“ on kättesaadav kõigile huvilistele projekti KLIIMATEADLIK õppevahendite lehel kliimatarkused.ut.ee. See on mõeldud kogu Eesti rahvale. Õppevahend sisaldab mõtlemapanevaid ülesandeid, videoid ning kokkuvõtlikku teksti, milles on rohkelt viiteid. Teksti saab ka soovi korral välja printida. Suur tänu kõigile, kes on selle õppevahendi valmimisel kaasa löönud. Rõõmsat õppimist! Kliimateadlik muudab ühiskonda, mitte kliimat. Piia Post ja Velle Toll. September 2023Trükis valmis projekti “Kliimateadlikkus koolist ühiskonda: laste, noorte ja õpetajate võimestamine kliimamuutuste mõjude vähendamiseks” raames.Projekti rahastatakse Euroopa Majanduspiirkonna Finantsmehhanismi 2014−2021 programmi „Kliimamuutuste leevendamine ja nendega kohanemine“ avatud taotlusvoorust „Kliimateadlikkuse suurendamine

Adaptive root foraging strategies along a boreal–temperate forest gradient

The tree root–mycorhizosphere plays a key role in resource uptake, but also in the adaptation of forests to changing environments. The adaptive foraging mechanisms of ectomycorrhizal (EcM) and fine roots of Picea abies, Pinus sylvestris and Betula pendula were evaluated along a gradient from temperate to subarctic boreal forest (38 sites between latitudes 48°N and 69°N) in Europe. Variables describing tree resource uptake structures and processes (absorptive fine root biomass and morphology, nitrogen (N) concentration in absorptive roots, extramatrical mycelium (EMM) biomass, community structure of root-associated EcM fungi, soil and rhizosphere bacteria) were used to analyse relationships between root system functional traits and climate, soil and stand characteristics. Absorptive fine root biomass per stand basal area increased significantly from temperate to boreal forests, coinciding with longer and thinner root tips with higher tissue density, smaller EMM biomass per root length and a shift in soil microbial community structure. The soil carbon (C) : N ratio was found to explain most of the variability in absorptive fine root and EMM biomass, root tissue density, N concentration and rhizosphere bacterial community structure. We suggest a concept of absorptive fine root foraging strategies involving both qualitative and quantitative changes in the root–mycorrhiza–bacteria continuum along climate and soil C : N gradients.Peer reviewe

Biomass production and nitrogen balance of naturally afforested silver birch (Betula pendula Roth.) stand in Estonia

Silver birch ( Roth.) is one of the main pioneer tree species occupying large areas of abandoned agricultural lands under natural succession in Estonia. We estimated aboveground biomass (AGB) dynamics during 17 growing seasons, and analysed soil nitrogen (N) and carbon (C) dynamics for 10 year period in a silver birch stand growing on former arable land. Main N fluxes were estimated and nitrogen budget for 10-year-old stand was compiled. The leafless AGB and stem mass of the stand at the age of 17-years were 94 and 76 Mg ha respectively. The current annual increment (CAI) of stemwood fluctuated, peaking at 10 Mg ha yr at the age of 15 years; the mean annual increment (MAI) fluctuated at around 4â5 Mg ha. The annual leaf mass of the stand stabilised at around 3 Mg ha yr. The stand density decreased from 11600 to 2700 trees ha in the 8- and 17-year-old stand, respectively. The largest fluxes in N budget were net nitrogen mineralization and gaseous N-N emission. The estimated fluxes of NO and N were 0.12 and 83 kg ha yr, respectively; N leaching was negligible. Nitrogen retranslocation from senescing leaves was approximately 45 kg ha, N was mainly retranslocated into stembark. The N content in the upper 0â10 cm soil layer increased significantly (145 kg ha) from 2004 to 2014; soil C content remained stable. Both the woody biomass dynamics and the N cycling of the stand witness the potential for bioenergetics of such ecosystems.Betula pendulaâ1â1â1â1â1â1â1222â1â1â1â

The effect of stump harvesting on tree growth and the infection of root rot in young Norway spruce stands in hemiboreal Estonia

202