Skogssko tsel i dynamisk ekosystemmodellering Vilka val ma ste go ras och vad bo r dom grundas pa?

Transkript

1 Skogssko tsel i dynamisk ekosystemmodellering Vilka val ma ste go ras och vad bo r dom grundas pa? Susanna Bruzell, Cecilia Akselsson, Karin Hansen, Anna Maria Jönsson Dynamisk modellering med syftet att göra framtidsprognoser för skogens tillstånd kräver att skogsskötselstrategier definieras. Vid en workshop i december 2011, där representanter från flera stora skogsinriktade program medverkade, konstaterades att olika forskargrupper fokuserar på olika typer av skogsskötselstrategier och använder olika termer, och att detta försvårar kommunikationen både mellan programmen och utåt, mot avnämarna. I denna skrift försöker vi ge en överblick över de olika typer av skötselstrategier som finns, och diskutera vad som styr valet. Målet är att sammanställningen ska vara till hjälp för såväl forskare som forskningsfinansiärer vid kommunikation och planering av projekt. 1 Inledning I den tillämpade skogliga forskningen på lokal till nationell nivå i Sverige används olika skogsskötselstrategier i modellkörningar och andra beräkningar, för att förutse ett framtida tillstånd i skogen, med avseende på bland annat tillväxt, skogsskador, vattenkvalitet och biodiversitet. Syfte, fokus och metoder liksom utgångspunkter varierar mellan olika studier. Det stora antalet skogliga studier med olika tyngdpunkter gör att det kan vara svårt för såväl forskare, finansiärer och intressenter att få en överblick och orientera sig, till exempel när det gäller vilka aspekter som ingår. Ibland används samma utgångspunkt i studierna, men med individuella anpassningar blir det ändå stora skillnader. Ett exempel är SKA-VB 08 1, där fyra övergripande nationella scenarier har beskrivits, motsvarande olika intensivt skogsbruk med avseende på olika skötselstrategier som rör exempelvis avsättningar, gödsling och grot-uttag 2. Scenarierna har använts som bas för många studier, men har vidareutvecklats för att anpassas till de olika studiernas behov och frågeställningar. De skogsskötselstrategier som slutligen använts skiljer sig åt mellan studierna, trots att samma utgångspunkt använts. Förutom att strategierna varierar så har även olika indelningsgrunder och termer använts, vilket försvårar kommunikation mellan forskare liksom till intressenter. Det här är en gemensam ansats mellan forskningsprogrammen Mistra-SWECIA, BECC och CLEO 3, att skapa en förtydligande bild av hur man väljer och använder skötselstrategier i skogliga modelleringsstudier där befintliga processbaserade modeller används för att jämföra hur olika alternativ påverkar tillståndet i skogen på lokal, regional och nationell skala i Sverige. I sammanställningen ingår en kartläggning av de aspekter som används som bas för arbete med skogsskötselstrategier och förslag på en struktur för att beskriva vad som ingår i en studie, som kan användas som grund vid val av strategier i nya och pågående program. 1 Skogsstyrelsen (2008) Skogliga konsekvensanalyser 2008 SKA-VB 08. Rapport 25 2 Grot-uttag: uttag av grenar och toppar vid skogsavverkning 3 Se länkar till respektive programs hemsida under Läs mer. 1

2 Terminologi: Skogsbruksscenarier eller skogsskötselsstrategier? Ordet scenarier har olika betydelse beroende på vem som använder det. Vi föreslår här användandet av begreppet skogsskötselstrategier som ett samlingsbegrepp för olika skogsbruksalternativ. Med skogsskötselstrategier menar vi här både praktiska insatser på beståndsnivå som skogsbrukaren kan göra under hela omloppstiden, samt skötselstrategier på landskapsnivå som bygger på någon form av landskapsplanering, till exempel att en viss andel av skogsmarken i ett landskap avsätts för biologisk mångfald. Vi inkluderar också en tidsaspekt, som innebär att även den framtida utvecklingen av skötselstrategier ingår, vilket krävs vid simuleringar för framtiden. Vi föreslår även en tydlig uppdelning i skogsskötselstrategier på beståndsnivå (exempelvis hur mycket grot som tas ut i ett enskilt bestånd) och på landskapsnivå (exempelvis på hur stor andel av avverkningarna som grot-uttag görs). Vad ingår i en modelleringsstudie där syftet är att, med en befintlig processbaserad modell, jämföra olika skötselalternativ? Dynamisk modellering av skogsekosystem används för att simulera framtida utveckling av till exempel trädskiktets och undervegetationens utveckling, kolinbindning i träd och mark, markkemi och kvalitet på avrinnande vatten. Detta används i sin tur för att studera hur olika mål påverkas. Olika modeller har olika fokus och täcker in olika processer. Det innebär att det varierar vilka data som krävs som indata till modellen. Data som behövs i dynamiska skogsekosystemmodeller kan delas in i: Data för markegenskaper Indata för att driva modellen, som klimat, atmosfäriskt nedfall och skogsbruksåtgärder (nuläge och historiskt) Framtida projektioner av ovanstående drivdata Skogs- eller markrelaterade data som är en effekt av drivdata men som inte modelleras i den specifika modellen (varierar för olika modeller, i de mest dynamiska modellerna modelleras allt och inga data av denna typ behövs) Data för kalibrering (varierar för olika modeller, en del modeller kalibreras inte alls medan andra kalibreras på ett stort antal parametrar) Vid en modelleringsstudie samlas data in enligt ovanstående lista. Data för nuläget och historien kan vara uppmätta värden av olika slag (t ex markegenskaper) eller modellerade (t ex historiska tidsserier för atmosfäriskt nedfall), medan data för framtiden bygger på den framtida utvecklingen. För klimat och atmosfäriskt nedfall används ofta separata modeller för att räkna fram den framtida utvecklingen. Tillvägagångssättet för att ta fram skogsskötselstrategier beror på frågeställningen i studien. Utgångspunkter kan vara gällande rekommendationer och certifieringsregler, nationella sammanställningar som t ex SKA-VB 08 samt diskussioner med representanter från skogsnäring, skogsforskning och myndigheter om framtida möjligheter. 2 Gemensam struktur för arbetet med skogsskötselstrategier Nedan visas ett förslag till struktur för hur tillämpade skogliga studier kan beskrivas, vilka drivkrafter som finns och mål inom skogsbruket som kan tas hänsyn till (Figur 1). Strukturen ger möjlighet att bedöma vilka förutsättningar och vilken information som kan ingå i en skoglig studie. Drivkrafterna 2

3 och målen beskrivs nedan för att ge en inblick i vad de kan innehålla. I kapitel 3 visas exempel på hur olika skogliga studier kan kategoriseras enligt det föreslagna systemet. En tydlig beskrivning av en forskningsstudie bör klargöra vilken fråga som studeras, syftet med studien, vilken metod som används, klimatunderlag, underlag om luftföroreningar och nedfall samt vilka skogsskötselaspekter som ingår. Dessutom bör de skogsbruksrelaterade mål som beaktas, och som kan styra val av skogsskötselstrategier, beskrivas. Fyra övergripande mål kan identifieras; ekologisk uthållighet, sociala värden, produktion av biomassa samt klimatnytta. Klimat Luftföroreningar och nedfall Metod Fråga Produktion av biomassa Skogsskötsel Sociala värden Ekologisk uthållighet Klimatnytta Figur 1. Struktur för identifiering av faktorer som kan ingå i modellstudier som belyser skogliga frågor. Frågeställningen styr valet av modell, och klimat, luftföroreningar och nedfall kan användas som indata för att driva modellen. Målen inom skogsbruket - produktion av biomassa, ekologisk uthållighet, klimatnytta och sociala värden - påverkar valet av skogsskötselstrategier. En forskningsstudie utgår från en fråga eller ett problem, som ska studeras. Detta är en given förutsättning som sätter ramarna för vilka metoder som används och vad som kommer att ingå. 3

4 Beroende på frågan, väljs en passande metod. Metod inkluderar bland annat vilken typ av modell eller vilken ensemble av modeller som används, vilken skala man jobbar på och hur resultaten ska presenteras. Val av skala hänger nära ihop med val av metod, och styrs av om frågeställningen avser landskapsnivå eller beståndsnivå, enskilda bestånd eller enskilda träd. Det är viktigt att veta, redan vid val av modelleringsmetod, vilken utformning på svaret som önskas, vilket styrs av vem mottagaren är och hur svaret ska användas. Exempelvis kan resultatet användas för värdering av ekosystemtjänster eller riskanalys. I modellstudierna inom den tillämpade skogliga forskningen kan en eller flera drivers ingå; så som skogsskötsel, klimat och luftföroreningar. Klimat och luftföroreningar utgör randvillkor och drivkrafter i studien och därmed i modellen, i de fall där påverkan av klimat och luftföroreningar ingår i modellstudien. I modellerna använder man oftast en eller flera befintliga projektioner för dessa. Däremot har man i de skogliga skötselstrategierna ofta större frihet att utforma olika skötselalternativ, och se hur det påverkar den studerade frågan. Nedan finns en beskrivning av de olika drivkrafterna, med en mer ingående beskrivning av skogsskötsel då det oftast är den drivkraft som främst testas, med avseende på effekter på skog, mark och vatten. 2.1 Klimat Klimatet spelar en stor roll för skogen, bland annat för risken för skogsskador samt för processer som tillväxt, nedbrytning och vittring. Viktiga klimatparametrar är temperatur, nederbörd och vindförhållanden. Både förändringar av medelförhållanden och extrema händelser som stormar och har stor betydelse. I den globala skalan finns även en tydlig återkoppling, där skogen påverkar klimatet, medan man i den lokala/regionala/nationella skalan kan se klimatet som en omvärldsfaktor som påverkar ekosystemet, men som ekosystemet i stort inte kan påverka tillbaka. Ofta är därför klimatet ett randvillkor (eller flera olika ifall man använder olika klimatprojektioner), som spelar roll för resultatet men utan några återkopplingar till klimatmodellen. Dagens och historiska klimatprojektioner baseras på mätningar och statistik från tidigare år, vilket kan läggas in i modellerna. Detta underlag förbättras kontinuerligt. Allt fler studier tar också hänsyn till framtida klimatförändringar, för vilket underlaget som används i modellerna kan variera i komplexitet. En beskrivning av vilken klimatdata som använts är viktig för att kunna jämföra resultat mellan olika studier. Ensemblesstudier, där effektmodellen drivits av data från flera olika klimatmodeller, ger vanligen ett mer tillförlitligt beslutsunderlag än om endast data från en klimatmodell använts. 2.2 Luftföroreningar och nedfall Halten av kolodioxid i luften spelar stor roll för tillväxt i skogsekosystem. Kvävenedfall kan påverka tillväxt och nedbrytning. Nedfall av svavel försurar mark och ytvatten, och förändringen i surhetsgrad påverkar de flesta processer. Även kväve kan bidra påtagligt till försurningen i områden med god kvävetillgång. Höga halter av ozon i luften kan leda till skador på skogen, vilket i sin tur kan påverka tillväxt, risken för kväveutlakning, mm. Precis som för klimatet kan man se luftföroreningar och nedfall som en omvärldsfaktor som påverkar, men som vi i stort inte kan påverka tillbaka (givet en lokal/regional skala), och nedfallet blir därmed också ett randvillkor. Dagens och historiskt nedfall tas från mätningar, modelleringar eller en kombination av mätningar och modelleringar. Arbete pågår kontinuerligt för att förbättra detta underlag. Vid modellering av nedfall används med fördel samma meteorologi som i klimatprojektionerna. Modellering av framtida 4

5 nedfall görs med spridningsmodeller som kräver framtida emissioner enligt valda utsläppsscenarier. För modellering av nedfall i Sverige krävs data på Europanivå. 2.3 Skogsskötsel Skogsskötsel har givetvis stor betydelse för hur skogen utvecklas, och skötselfrågor är ofta centrala i skogliga modelleringsstudier. Medan nedfalls- och klimatscenarier oftast tas in i samarbete med nedfalls- och klimatmodellerare, är skogsskötselstrategier oftast något som ekosystemmodelleraren själv måste hantera. Skogsskötselstrategierna visar oftast på olika handlingsalternativ. Vilka strategier som väljs styrs helt av frågeställningen, och kan baseras på olika typer av underlag, till exempel gällande rekommendationer och certifieringsregler, nationella sammanställningar som t ex SKA-VB 08 samt diskussioner med representanter från skogsnäring, skogsforskning och myndigheter. I Figur 2 kategoriseras skötselstrategier i tre olika nivåer. Från dessa kan skötselstrategier väljas för nya studier med specifika frågeställningar. Strukturen kan även användas för att förtydliga kommunikationen med avseende på studiens omfattning och avgränsningar. Två olika geografiska skalor bör beaktas, bestånds- och landskapsskalan. Landskapsskalan är viktig för alla tre nivåer, medan beståndsskalan främst behövs för nivå 3. Nivå 1: Markanvändning Uppdelningen i landskapet av markanvändning på åker- och betesmark, produktionsskog och skog avsatt för naturvård beror på naturliga förutsättningar, men påverkas också av omvärldsfaktorer som ekonomi och styrmedel. Andel produktionsskog och skog avsatt för naturvård i landskapet regleras genom certifiering (FSC eller PEFC), frivillig avsättning och olika styrmedel (t ex bildande av skyddade områden som naturreservat). Ur modelleringsperspektiv är landsskapsskalan är den skala som är mest relevant för denna nivå. Nivå 2: Övergripande skötselstrategi Fördelningen av skogsmark med olika övergripande skötselstrategier styrs av bland annat ägarstrukturer, naturförutsättningar, certifiering och värderingar. Tre olika huvudtyper av övergripande skötselstrategier används här; konventionellt skogsbruk, kontinuitetsskogsbruk och intensivskogsbruk. Med konventionellt skogsbruk menas här trakthyggesbruk, som är den vanligaste brukningsformen i Sverige idag. Med kontinuitetsskogsbruk avses ett hyggesfritt skogsbruk. Intensivskogsbruk innefattar skötselmodeller som ger betydande tillväxtökningar men som enligt nuvarande lagstiftning eller myndigheters rekommendationer begränsas, till exempel behovsanpassad gödsling (BAG), användning av grankloner och odling av snabbväxande trädslag som contortatall och hybridasp. Indelningen i tre övergripande strategier är en förenkling, då det i verkligheten är en glidande skala. Landskapsskalan är högst relevant även för denna nivå vid modelleringar, men den kopplar också nära till beståndsskalan, genom att ramarna för de faktiska åtgärderna på beståndsskalan (nivå 3) sätts av den övergripande skogsskötselstrategin (nivå 2). Nivå 3: Detaljerad skötselstrategi (Faktiska åtgärder) Detaljerade skötselstrategier avser faktiska åtgärder som trädslagsval, röjning, gallring, tidpunkt för slutavverkning, uttag av biomassa (stam, grot och stubbar), dikesrensning och näringstillförsel. Det som styr är Skogsvårdslagen, som ger stora friheter inom ganska vida ramar och rekommendationer från Skogsstyrelsen. Detaljerade skötselstrategier är viktiga att beakta både vid modellering på landskapsnivå och på beståndsnivå. På landskapsnivån handlar det om hur stor andel av bestånden 5

6 där en specifik åtgärd utförs, t ex gödsling. På beståndsnivån handlar det om detaljer om den specifika åtgärden i ett bestånd, till exempel storlek på gödselgiva. Figur 2. Skötselstrategier på olika nivåer. 2.4 Olika mål för val av skogsskötsel Inom skoglig planering används ofta begreppet uthållighet. Tre olika sorters uthållighet har definerats; social uthållighet, ekonomisk uthållighet och uthållighet ur miljöperspektiv (UNCED, 1992). Produktion av biomassa är en viktig del av den ekonomiska uthålligheten, och här görs uppdelningen mellan ekologisk uthållighet, sociala värden och produktion av biomassa. En fjärde aspekt är tillagd, klimatnytta, eftersom skogen har fått en tydlig roll i klimatarbetet, både som potentiell kolsänka och som producent av förnybar energi. Produktion av biomassa, ekologisk uthållighet, klimatnytta och sociala värden kan ses som fyra olika mål inom skogsbruket. De överlappar i viss mån varandra och det finns potentiella konflikter mellan dem. Exempelvis kan inte målen produktion av biomassa och biologisk mångfald (en del av den ekologiska uthålligheten) optimeras på samma plats. Miljömålsuppföljning och värdering av ekosystemtjänster kan användas vid avvägningar mellan de olika målen. 6

7 3 Exempel Studie Risk för skador (studie inom Mistra-SWECIA) Fråga: Påverkar klimatförändring risken för stormskador med efterföljande angrepp av granbarkborre? Metod: Ekosystemmodellering (LPJ-GUESS) Skala: Klimatdata med spatial upplösning 50x50 km, tidssteg 24h, tidsperiod Ekosystemmodellstudierna omfattar simulering av enskilda bestånd (150 per gridcell), med summering av resultat till landskapsnivå i Sverige. Klimatdata: RCA3_ERA40, RCA3_ECHAM5 (scenario A1B) Luftföroreningar: Ökad CO 2 halt (påverkar trädens tillväxt) Beaktade skogsbruksmål Berör alla aspekter av uthålligt skogbruk Skogsskötselstrategi nivå 1 utgår från nuvarande markanvändning Skogsskötselstrategi nivå 2 nuvarande skötselstrategi (landskapsnivå), förkortad omloppstid, storskalig implementering av certifiering map lövandel inom bestånd, kontinuitetsskogsbruk (med olika uttagsintensitet) Skogsskötselstrategi nivå 3 Motåtgärder: upparbetning av stormskador, sökochplock av angripna träd, Riskhantering (aktiv/reaktiv) Det som modelleras: Trädtillväxt, kolinlagring (funktion av klimat och skötsel) Skogsskötsel: plantering, gallring, slutavverkning, biodiversitet, ekonomi Stormskador: vindbelastning, exponering inom gridcell mellan bestånd, beståndhöjd (funktion av trädens årliga tillväxt), rotstabilitet (funktion av gallring), tjäle (funktion av marktemperatur) Barkborrar: voltinism och populationsdynamik (funktion av tillgång på yngelmaterial & migration mellan bestånd), diapaus (daglängd/temperatur, inkl. evolutionspotential) Tillgång på yngelmaterial: stormskadade träd, levande träd (funktion av torkstress) 7

8 Studie: Fråga: Metod: Skala Klimatdata: Luftföroreningar: Beaktade skogsbruksmål Klimat- och skogsbrukseffekter på försurning och övergödning av ytvatten (projekt i CLEO-programmet) Hur påverkar intensifierat skogsbruk och klimatförändringen de svenska miljökvalitetsmålen Bara naturlig försurning och Ingen övergödning? Ensemble modellering (MAGIC, PROFILE, COUP, HYPE och empiriska modeller) Spatial skala: Beståndsnivå samt landskapsnivå (delavrinningsområden i Sverige) Tidsskala: varierande (dygn, månad, år) Tidsserier från SMHI från två globala klimatmodeller (ECHAM5 A1B-r3 and HadCM3 A1B-ref) nedskalade med RCA3- modellen och därefter skalade mot observerade data med DBSmetoden Distribution Based Scaling (DBS) Tidsserier från SMHI för nedfall av S och N från MATCH-modellering där Eurpeiska emissioner följer RCP4.5 scenarierna, styrt av meteorologi från de två olika modellerna ovan. Tidsserier från EMEP för nedfall av S och N. Ekologisk uthållighet, Klimatnytta, Produktion av biomassa Skogsskötselstrategi nivå 1 Produktionsskog Skogsskötselstrategi nivå 2 Konventionellt skogsbruk och en form av intensivskogsbruk (BAG) Skogsskötselstrategi nivå 3 Näringstillförsel och uttagsstrategi är de centrala. Avverkningsstrategi och markåtgärder finns med i viss mån. Det som modelleras: Processer: Trädtillväxt, nedbrytning, vittring, jonbyte, kol- och kväve-processer i marken Variabler: kväve, kol, ph och andra försurningsparametrar i mark och ytvatten Läs mer: Mistra-SWECIA: BECC: CLEO: 8