Miten puiden vedenkäyttö muuttuu, kun lunta on vähemmän? Oulangan mäntyihin asennetut mittarit paljastavat vedenkierron muutokset metsässä

Boreaaliset, eli pohjoisen havumetsävyöhykkeen metsät kattavat 33 prosenttia maailman metsäpinta-alasta, ja 66 prosenttia metsien käyttämästä vedestä kulkee puiden kautta. Suomessa 74 prosenttia maa-alasta on metsän peitossa. Veden kiertokulun ymmärtäminen metsissä on tärkeää, kun lumi- ja vesisateen suhteellinen osuus muuttuu nopeasti pohjoisessa. 

”Kun puut alkavat keväällä kasvaa, ne eivät käytä vain kevään sadevettä, vaan myös lumesta sulanutta vettä talven jäljiltä. Ilmastonmuutoksen myötä talven lumisateiden ja kesäajan sateiden määrät muuttuvat, ja talviset vesisateet yleistyvät. Tämä voi vaikuttaa metsän vedenkäyttöön ja laajempiin alueellisiin vesivaroihin”, kertoo apulaisprofessori Pertti Ala-aho Oulun yliopistosta. 

Oulangan tutkimusasemalla, missä ihmisen toiminta tai asutus eivät suoraan vaikuta vedenkiertoon, Boreal Forest Water Fluxes ja Boreal Trees Water Use -tutkimushankkeet pyrkivät uudistamaan ja syventämään ymmärrystä siitä, miten meneillään olevat lumen ja sateen muutokset vaikuttavat puiden vedenkäyttöstrategioihin. 

Kattavia ja monipuolisia metsähydrologisia mittauksissa varten huipputeknisiä laitteita ja antureita on asennettu Oulangalla viime kesänä mäntyihin tutkimusaloille. Alojen lumen syvyyttä manipuloidaan lapiopelillä niin, että metsään tehdään eri paksuisia lumikerroksia 25 cm:stä jopa yli metrin kinokseen vertailuja varten. Parhaillaan mitataan ilman, maaperän ja puiden lämpötiloja, joiden kohotessa riittävästi alkaa puiden vedenkäyttö ja kasvukausi. Suurin osa mittauksista aloitetaan vasta, kun puiden vedenotto alkaa.

"Mäntyjen runkoon ja juuriin on upotettu neulamaisia lämpötilamittareita, joiden säännöllisistä mittaustiedoista saadaan selville veden virtauksen määrä, nopeus ja myös suunta puunrungossa", kertoo Oulun yliopiston tutkijatohtori Zuosinan Chen. Toinen mittausjärjestelmä, jolla voidaan analysoida puun sisällä kulkevan veden koostumusta, seuraa veden lähdettä. Mittauksella saadaan selville, mistä maaperän kerroksista puut mieluiten ottavat vettä, ja onko vesi peräisin sulaneesta lumesta vai vesisateista.

Veden sormenjälkien eli isotooppien avulla voidaan selvittää veden kiertokulkua luonnossa, ja arvioida paljonko puusto käyttää vettä 

Kun ohut lumipeite ei pysty suojaamaan puiden juuria pakkaselta talven ja keväthallojen aikana, juuret voivat vahingoittua. Jos juurten vedenottokyky heikkenee, vedensaanti varhain keväällä voi epäonnistua, mikä voi haitata puun kasvua. Puiden vedenkäyttö voi muuttua myös myöhemmin kesällä, jos sulamisvettä ei olekaan entistä määrää käytettävissä keväällä kasvukauden alkaessa. 

Vaikka nyt lunta on vähän, myös edellisen syksyn vesisateet saattavat vaikuttaa puiden vedenottoon keväällä. Tutkimuksessa hyödynnetään veden isotooppeja selvittämään veden alkuperää. Eri isotoopeissa on atomitason painoeroja, jotka toimivat tavallaan veden sormenjälkinä ja kertovat, kuinka suuri osa puiden keväällä käyttämästä vedestä on kuluvan talven lunta, edellisen syksyn sateita säilyneenä eri maakerroksiin tai kevään uutta sadetta. 

”Uudet mittaukset kertovat, milloin ja miten puut alkavat keväällä käyttää vettä. Silloin reaaliaikaiset tiedot puiden vedenkäytöstä alkavat virrata myös kolmiulotteiseen malliimme puista ja metsästä”, kuvailee Chen. 

Lumi on tärkeä osa veden kiertokulkua, jota tarkastellaan myös Oulun yliopiston koordinoimassa kansallisessa Digitaaliset vedet -tutkimuksen lippulaivassa.

Lumen mittauslaitteistoa ja isotooppimittauksia on kehitetty osana CRYO-RI ja HYDRO-RI ja SNOMLT hankkeita.