Tutkimusalueen yleiskuvaus

Kuhasalo eli Kukkosensaari (62°34'55"N, 29°44'00"E)

Sijaitsee noin viiden kilometrin päästä Joensuun ydinkeskustasta, Penttilän kaupunginosan tuntumassa. Alue toimii ihmisille hyvänä virkistysalueena ja sen helppokulkuisen maaston ansiosta se soveltuu myös lapsiperheille. Alueella järjestetään myös ohjattuja vaelluksia ja siellä on mahdollista hyödyntää mm. lenkkipolkuja, nuotiopaikkoja sekä kotia. 

 
Kuhasalo on alkujaan ollut saari, josta maan nousu on tehnyt nykyisen niemen. Niemi on Pyhäselän ympäröimä ja kivikkoisesta rannasta huolimatta sieltä löytyy monipuolisesti rantakasvillisuutta. Kuhasalo on kosteaa aluetta, mikä mahdollistaa rehevän ja runsaan kasvillisuuden myös niemen varjoisilla alueilla. Metsään on aikanaan istutettu vieraita puulajeja ja lisäksi sieltä voi löytää meille kotoiset kasvilajimme. Puulajeista etenkin kuusi valtaa alueen sisäosat, mutta rannan tuntumassa voi nähdä myös meille tavallisia lehtipuitamme. 

 
Hyvän tutkimus –ja virkistysalueen lisäksi Kuhasalo on myös historiallinen kohde. Aikaisemmin siellä on ollut ortodoksinen erämaaluostari,  jonka tilalla on nykyisin ikonikatos. Myös Kuhasalon Kalmanniemi on toiminut keskiajalla kalmistona. 

Kuva 1 Kuhasalo eli Kukkosensaari

Lähteet:  

http://www.vaellus.info/reitit/kuhasalon-luontopolku/

http://www.ikkunasuomenluontoon.fi/node/19341

http://wikimapia.org/25883561/fi/Kuhasalo-eli-Kukkosensaari

Tutkimusalueen abioottiset (elottomat) tekijät

Valo

Ympäristön valoisuus, lämpötila, maaperä sekä veden määrä vaikuttavat siihen, minkälaisia kasveja paikalla kasvaa. Kuhasalon alueen valoisuutta tutkittiin pahviputki-menetelmällä. Ryhmät saivat tyhjät wc-paperirullat, joiden läpi tarkasteltiin puukerroksen latvojen peittävyyttä. Tuloksista laskettiin keskiarvo ja alueen valoisuus ilmaistiin valoisuusprosentilla. Tutkimusalueen valoisuuden mittauksessa tulokseksi saatiin 30% (huom: tarkastetaan koko ryhmän valoisuusprosentti!) Kuhasalon puuston valtapuulajina ovat vanhat kuuset. Tämän takia latvuspeittävyys on melko suuri. Mitä suurempi latvuspeittävyys on, sitä vähemmän valoa alempien kasvillisuuskerrosten kasvit saavat. Tästä johtuu se, että varjokasvit menestyvät. Kasvien rakenne kertoo niiden sopeutumisesta valonmäärään. Valoisissa paikoissa kasvavien kasvien lehtien erilaiset rakenteet (mm. vahapeite ja karvat) ehkäisevät haihtumista. Lehdet ovat myös pieniä kooltaan ja kasvavat maanrajassa. Varjokasvien lehdet ovat puolestaan suuria ja ohuita. Ne eivät siedä voimakasta valoa. Tällaisilta lehdiltä vesi haihtuu helposti. Lehdet sijaitsevat varren yläosassa mahdollistaen näin maksimaalisen valon saannin. Kuvia valo- ja varjokasveista!!

Kuva 2 Latvojen peittävyys

Kuva 3 Varjokasvi, Oravanmarja

Kuva 4 Valokasvi, Puolukka

Lämpötila

Alueen lämpötilaa mitattiin digitaalisella lämpömittarilla useaan otteeseen. Mittauspaikkoina olivat Pyhäselän ranta sekä rantaviiva. Lisäksi sisämaasta, metsän suojasta, otettiin useita mittauspisteitä. Koko ryhmä lämpötilojen keskiarvoksi saimme 18,5 astetta. Lämpötilojen vaihtelua voidaan selittää erilaisilla mittauspaikoilla. Mittaukset tapahtuivat ajallisesti niin lähekkäin, ettei vuorokaudenajalla ollut merkitystä. Rantaviivalla auringonpaiste kompensoi tuulen vaikutusta. Metsän suojassa tuulen merkitys ei ollut suuri, mutta mittauspaikan valoisuudella oli vaikutusta. Pinnanmuodot vaikuttavat tuulisuuteen. Kasvillisuus suojaa tuulelta ja hidastaa tuulen vaikutusta. Myös kasvipeitteen runsaus nostaa lämpötilaa.

Maaperä

Suomen maaperä on luontaisesti hapan. Se pystyy vastustamaan huonosti happamoittavia tekijöitä. Runsaat sateet aiheuttavat kalkin ja ravinteiden huuhtoutumista. Myös fossiilisten polttoaineen poltolla on ollut vaikutusta. Kuhasalon maaperän tutkimus toteutettiin kaivamalla noin puolen metrin syvyinen ja 30 senttimetrin levyinen maakuoppa, josta otettiin maanäytteitä muovipusseihin myöhempää analysointia varten. Kuopan reunoilta voitiin todeta, ettei maa ole kauttaaltaan samanlaista. Maannoksen määritykseksi saatiin podsolimaannos. Maannokselle on tyypillistä happamuus, karuus ja vähäravinteisuus. Podsoloituminen muuttaa maaperää kasvien kannalta suotuisammaksi. Heti kasvillisuuden jälkeen maassa on vaaleanharmaa huuhtoutumiskerros. Nimi johtuu sadeveden alumiinia ja rautaa huuhtovasta vaikutuksesta. Huuhtoutumiskerroksen alapuolella on oranssinpunainen rikastumiskerros. Tämä kerros on edellistä paksumpi. Rikastumiskerros on koostumukseltaan tiivis ja se hidastaa veden valumista kasvien ulottumattomiin. Tähän kerrokseen huuhtoutumiskerroksen mineraalit jäävät. Rikastumiskerroksen alapuolella on pohjamaa ja edelleen kallioperä.

Maannoskerrosten happamuuden tutkimisessa ilmeni muutoksia pinnalta pohjaan päin mentäessä. Tutkimus toteutettiin pH-mittarin avulla. Maannoksen kasvillisuuskerroksissa happamuus oli suurempi kuin alemmissa kerroksissa. Tätä selittänee esimerkiksi havupuiden neulasten happamoittava vaikutus.

Kuva 5 Maaperän happamuusarvot

Alueen huokoisuuden tutkiminen toteutettiin huokoisuusprosentin laskemisella. Keskiarvoksi saatiin 56,8%. Tuloksista voitiin päätellä suurirakeisen moreenin olevan ilmavaa. Vedenpidätyskyky on huono, päinvastoin kuin pienirakeisilla maalajeilla. Ilmavuus on tärkeää, koska happamaan maahan ei muodostu mururakennetta. Tällaisessa maassa esimerkiksi lierojen määrä on vähäistä.

Maan veden pidätyskykyä tutkittiin suodattamalla pohjamaata. Maanäytteen pidätysprosentin keskiarvoksi saatiin 28,4%. Tulosten perusteella veden pidätyskyky oli huono. Esimerkiksi hieta ja moreeni pidättävät vettä huonosti, sen sijaan turve ja hiesu hyvin. Runsas kasvillisuus ja haihtuminen laskevat pohjaveden tasoa.

Maalajin määritys tehtiin seulomalla punnittu maanäyte. Sen jälkeen laskettiin jokaiselle seulalle jäänyt maan %-osuus ja läpäisyosuus. Viimeiseksi piirrettiin diagrammi. Näiden tulosten pohjalta saatiin varmistus maalajimääritykselle: hietamoreeni. Moreeni tarkoittaa jäätikön synnyttämää lajittumatonta maalajia. Se on Suomen yleisin maalaji.

Kuva 6 Maakerrokset

Lähteet:

http://www.helsinki.fi/biosci/biopop/virtuaalimetsa/index.html

http://www.slideshare.net/greentourismfinland/podsoli-harjun-synty-harjujen-kasvillisuutta-ympristkasvatus-luontokoulu-luontopolku-pivi-yuva

Tutkimusalueen bioottiset (elolliset) tekijät

Kasviruutuanalyysin tulokset

Tutkimme Kuhasalon kasvillisuutta ruutuanalyysin avulla. Rajasimme langalla maasta 1m x 1m kokoisen alueen, jonka avulla tutkimme lähinnä kenttä –ja pohjakerroksen kasvillisuutta.  Kasviruutuanalyysin avulla saa hyvin selville aluskasvillisuuden, mutta pensas –ja puukerroksen tutkimiseen tämä soveltuu huonosti.  Tutkimusprosessin alussa näytti siltä, että maasto on täynnä sammalta sekä puolukan –ja mustikanvarpuja, mutta kasviruutuanalyysin avulla huomasi miten runsas kasvillisuus Kuhasalossa onkaan.

Kasviruutuanalyysin tuloksissa käytämme koko ryhmän tuloksia ja niistä muodostunuttapeittävyyskeskiarvoa

  

Kuva 7 Kasviruutu

Pohjakerros

Kuhasalon pohjakerroksesta löytyi yhteensä neljää erilaista sammalta, josta kerrossammal oli yleisin (peittävyyskeskiarvo 47%).  Karhunsammaleen sekä seinäsammaleen kasvu oli myös melkein yhtä runsasta, mutta sulkasammalta löytyi vain yhdestä kasviruudusta. Sulkasammal kasvoi yksittäisinä pieninä alueina, joten sen erottaminen muiden sammaleiden seasta oli vaikeaa. 

Kuva 8 Pohjakerroksen kasvit (% yksiköitä)

Kenttäkerros

  
Kenttäkerroksessa oli runsaasti tutkittavaa, sillä sieltä löytyi 17 erilaista kasvilajia. Luku havainnollistaa hyvin Kuhasalon kasvien monipuolisuuden. Alueen varjoisesta olemuksesta huolimatta kasvit viihtyvät siellä hyvin, koska ravinteita ja vettä on runsaasti saatavilla.  Diagrammista saa selville , että alueella viihtyy sekaisin niin ”kuivan alueen kasvit” (esimerkiksi puolukka) kuin ”kostean alueen kasvit” (esimerkiksi lillukka). 

Kuhasalon aluskasvillisuudesta runsaimmin edustettuna löytyi jokaiselle suomalaiselle tutut lajit: Vanamo (16,22%), puolukka (17%), mustikka (25%) ja ketunleipä (12,8%).

Kuva 9 Kenttäkerroksen kasvit (% yksiköitä)

Puun korkeuden määrittäminen

Määritimme puuston korkeutta käyttämällä kahta eri menetelmää, keppimenetelmää sekä kaatomenetelmää.  Keppimenetelmällä mitattuna ryhmien mittausten keskiarvo oli 27,8 metriä, kun taas kaatomenetelmällä puiden korkeuksien keskiarvo oli 27 metriä. Tulosten keskiarvot olivat siis molemmilla menetelmillä mitattuina melko lähellä toisiaan, joskin yksittäisten ryhmien tuloksissa oli melko suurtakin vaihtelua eri menetelmillä saatujen tulosten välillä.

Nämä menetelmät puun korkeuden määrittämiseen ovat karkeita, eivätkä anna tarkkaa tulosta. Virhettä tulokseen voi aiheuttaa muun muassa se, että askelilla mitattuna metrin mitta ei ole tarkka.

Puuston metsätaloudellinen tarkastelu

Puista mitattiin niiden läpimitta mittaamalla ympärysmitta ja jakamalla se kolmella. Ryhmien keskiarvoksi tuli 51,3.

Puun tilavuus määritettiin käyttämällä mittauksia puun pituudesta ja läpimitasta. Apuna käytettiin tilavuustaulukkoa. Ryhmien keskiarvoksi tuli 2,7 m³. Tuloksia vääristää hieman pituuden mittauksen vääristyneet tulokset ja se, että kaikki ryhmät eivät olleet ehtineet tehdä mittauksia ollenkaan.

Puuston pohjapinta-alaa mitattiin relaskoopin avulla. Ryhmien keskiarvoksi saatiin 24 m². Myös tämä menetelmä on melko karkea, ja tulokset voivat vääristyä, jos ei esimerkiksi muista huomioida jokaista puuta.

Metsätyyppi

Tutkimuksiemme mukaan Kuhasalo on tyypillinen tuore kangasmetsä. Tuore kangasmetsä on lajistoltaan runsaampi kuin kuiva kangasmetsä, mutta niukempi kuin lehto.

Kuhasalon maalaji on moreeni, ja tuore kangasmetsä kasvaa yleisesti moreenisella alueella. Moreeni on ravinteikkaampaa kuin esimerkiksi hiekkamaa, ja se sitoo kosteutta melko hyvin. Moreeni luo siis hyvän kasvuympäristön melko monille lajeille. Tuoreen kangasmetsän eloperäinen maa-aines on turvetta, joka syntyy kun sammal ja pudonneet puiden neulaset lahoavat.

Tuoreen kangasmetsän yleisin puulaji on kuusi, joka oli myös Kuhasalon valtapuulaji. Kuusi viihtyy hyvin tuoreessa kangasmetsässä, sillä sen juuret ottavat ravinteet läheltä pintaa. Kuhasalosta löysimme myös muun muassa mäntyä, pihlajaa ja harmaaleppää.

Tuoreen kankaan kenttäkerrokselle tyypillisiä lajeja ovat esimerkiksi mustikka, oravanmarja, käenkaali, vanamo ja metsälauha. Näitä kaikkia löytyi myös Kuhasalosta.

Tuoreen kangasmetsän pohjakerroksessa viihtyvät hyvin erilaiset sammalet. Mekin löysimme paljon kerrossammalta, seinäsammalta ja sulkasammalta Kuhasalosta. Sammalet estävät maaperän kulkeutumisen sadeveden mukana ja sitovat itseensä vettä. Näin ne auttavat muiden kasvien vedensaantia kuivina aikoina.

Selkärangattomat

Kuhasalon selkärangattomia tutkimme haavintamismenetelmällä, eli pyydystimme haavilla selkärangattomia. Myöhemmin tutkimme ja määritimme löytämämme lajit. Apuna käytimme muun muassa luuppia, mikroskooppia ja selkärangattomien määritysopasta. 


Eniten ryhmämme löysi Hämähäkkejä ja hyppyhäntäisiä. Myös kärpäsiä ja kotiloita löytyi melko paljon. Lisäksi löytyi muutamia yksilöitä pihtihäntäisiä, loispistiäisiä, lyhytsiipiäisiä, luteita ja nivelkärsäisiä ja punkkeja.

Kuva 10 Selkärangattomat

Kuhasalon selkärangattomista löytyi sekä petoja, että kasvissyöjiä. Petoja ovat hämähäkki, osa kärpäsistä ja punkeista, ja esimerkiksi loispistiäisen toukat. Kasvissyöjiä taas ovat esimerkiksi kotilot, suuri osa kärpäsistä, pihtihäntäiset ja hyppyhäntäiset.Ryhmämme näytteissä kasvissyöjien määrä oli runsaampi kuin petojen. Ekosysteemissä ylempiä kuluttajia on vähemmän kuin alempia. Tällöin luonto pysyy tasapainossa, kun ylemmillä trofiatasoilla riittää ravintoa kaikille yksilöille.

Kuva 11 Pedot ja kasvissyöjät, kärpäset ovat laskettu kasvissyöjiin. HUOM! Kaaviossa pylväät ovat väärinpäin

Lähteet:

Rolf Jonsson: Selkärangattomien määritysopas 1 http://www.tampere.fi/ytoteto/yva/ymparistoverkko/bl_mt_tuoreenkankaanpohjakerros.html

Metsäekosysteemin toiminta ja rakenne

Ravintoketju ja - verkkomalli

Kuva 12 Ravintoketju

Kuva 13 Verkkomalli

Aineen ja energian kulku

Ravintoketjulla saadaan kuvattua eliöyhteisömme aineen ja energian siirtymistä paikasta toiseen. Ravintoketjua voidaan kuvata ravintoverkon sekä ravintopyramidin avulla, jossa jokainen taso nimetään trofiatasoksi (yleensä 5 kappaletta). Ravintopyramidin portaat kuvaavat eliöyhteisössä elävien jäsenten määrää, joka pienenee mitä ylemmäksi pyramidia edetään. 1. trofiataso on suurin ja kuvaa tuottajia, lehtivihreitä kasvejamme, jotka yhteyttävät ja näin hyödyntävät auringon energiaa. Seuraavat tasot (2,3,4 ja 5 tasot) kuvaavat kuluttajia, joissa 2 tasolla elävät kasvinsyöjät, 3 –ja 5 tasoilla saalistajat ja petoeläimet. Pyramidin huipulla voi huomata, että 5. taso on kaikista niukin ja petoeläimiä on suhteessa paljon vähemmän kuin alempien tasojen edustajia.  Ravintoketjussa aina ylemmällä tasolla elävä eliö käyttää ravinnokseen alemman tason eliöitä, esimerkiksi ylimmällä tasolla (5. taso) oleva petoeläin käyttää ravinnokseen muita kuluttajia.

Ravintoverkko auttaa havainnollistamaan tarkemmin aineen ja energian kulkua ravintoverkossa. Ravintoketjut voivat olla joskus hyvin monimutkaisia, koska yksi laji voi olla tärkeä osa perustuotantoa ja sitä käyttävät ravinnokseen useat eliöt. Ravintoverkon nuolimenetelmä havainnollistaa aineen sekä energian siirtymistä ravintoketjussa yksittäisiä trofiatasoja paremmin.  Kuitenkaan ravintoketju ei pullistu loputtomiin ja  5 trofiatason yli päästään harvoin. Kuitenkin on hyvä ottaa huomioon, että yleensä pyramidissa ja verkostossa ei ole otettu huomioon hajoittajia, ketjun viimeistä osaa.

Mitä ylemmäksi trofiatasoille mennään, esimerkiksi petoeläimiin, sitä herkempiä ne ovat erilaisille häiriöille. Esimerkiksi ne liikkuvat hyvin laajoilla alueilla löytääkseen tarpeeksi ravintoa ja vaativat selviytyäkseen laajempia elinympäristöjä kuin niiden saaliiden.  Yksi haitta on myös luonnossa hajoamattomat yhdisteet, kuten esimerkiksi dioksiinit sekä raskasmetallit. Kun nämä hajoamattomat myrkyt pääsevät ympäristöön ja liikkuvat ympäri ravintoketjun, niiden pitoisuudet kasvavat yhä suuremmiksi.

Ravintoketjun toimivuuden kannalta on tärkeää, että jokainen trofiataso tulee yhteisössämme edustetuksi, sillä jokaisella tasolla on oma tehtävänsä. Kasvinsyöjät syövät kasveja ja näin siirtävät energiaa ravintoketjussa eteenpäin.  Kuluttajat ja pedot pitävät huolen ettei mikään laji pääse kasvamaan liian suureksi ja näin ravintoa riittää tarpeeksi kaikille. Hajottajat viimeistelevät ja palauttavat kuolleissa eliöissä sisältämät orgaaniset yhdisteet epäorgaaniseen muotoon. Jos esimerkiksi pedot (taso 5) puuttuisivat kokonaan, muiden kuluttajien populaatio kertyisi liian suureksi, niiden ravinto loppuisi aikanaan ja myös nämä trofiatasot kuihtuisivat pois. Yksittäisten lajien puuttuminen ei aiheuta ravintoketjussa suuria muutoksia, vaan jokin toinen laji korvaisi puuttuvan.

Ekosysteemin monimuotoisuus ja muutos

Ekosysteemillä tarkoitetaan tietyssä paikassa olevaa luonnonjärjestelmää. Tähän järjestelmään kuuluu niin eloton luonto (maaperä, ilmasto) kuin elollinen luonto (eliöt, mikrobit). Tutkimusalueen tuore kangasmetsä on esimerkki metsäekosysteemistä. Metsäekosysteemin vallitsevia tuottajia ovat puut. Lisäksi voidaan luetella ruohoja, sammalia ja jäkäliä.

Alueella elää tuoreelle kangasmetsälle tyypillisiä kasvi- ja eliölajeja. Biodiversiteetti (monimuotoisuus) on runsas. Kaupungin omistama alue on tarkoituksella jätetty virkistyskäyttöön, jolloin se on välttynyt metsänhoidon toimenpiteiltä. Metsä on vanhaa ja metsän kiertokulku (sukkessio) on saavuttanut pääte- eli kliimaksivaiheen useassa osassa Kuhasaloa. Kuusi on valtaosin syrjäyttänyt muut puulajit. Metsän ikääntynyt puusto alkaa kuolemaan ja lahoamaan. Yksittäisiä puita kaatuu tai katkeaa myrskyissä. Kuolleella eloperäisellä materiaalilla elää suuri joukko hajottajia. Kuhasalon lahopuiden määrä kertoo hajottajille suotuisasta elinympäristöstä. Metsän luonnonmukainen kiertokulku alkaa pienimuotoisesti uudelleen. Metsän kiertokulkuun vaikuttavista tekijöistä ihmisen vaikutus on yleensä suurin. Myös luonnonmullistukset (esimerkiksi metsäpalot) ja tulokaslajit voivat horjuttaa biodiversiteetin tasapainoa.

Lähteet:

http://virtuoosi.pkky.fi/metsaverkko/metsaekologia/ekologia1.htm

http://virtuoosi.pkky.fi/metsaverkko/metsaekologia/sukkessio.htm