Optimizing continuous cover and rotation forestry in mixed-species boreal forests with Scots pine and silver birch
| Title: | Optimizing continuous cover and rotation forestry in mixed-species boreal forests with Scots pine and silver birch |
| Author(s): | Närhi, Lotta |
| Contributor: | University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry |
| Degree program: | Master´s Programme in Agricultural, Environmental and Rescource Economics) |
| Specialisation: | Environmental and Natural Resource Economics |
| Language: | English |
| Acceptance year: | 2022 |
| Abstract: |
Boreaalisen vyöhykkeen metsillä on lukuisia ekologisia, sosiaalisia ja taloudellisia merkityksiä modernissa yhteiskunnassa, minkä vuoksi niitä on pyrittävä hoitamaan parhaalla mahdollisella tavalla. Jaksollinen kasvatus on ollut Suomessa pitkään vallitseva metsänhoitomenetelmä, mutta suomalainen kansalaisaloite ja EU:n uusi metsästrategia 2030 ovat vastikään ekologisiin syihin vedoten vaatineet avohakkuiden vähentämistä sekä jatkuvapeitteiseen kasvatukseen siirtymistä. Vaikka optimaalisen metsänhoitomenetelmän valintaa pohjoismaisissa olosuhteissa sekä valintaan liittyviä taloudellisia näkökulmia on taloudellis-ekologisissa optimointitutkimuksissa alettu kuvata yhä enemmän, on ymmärrys kyseisestä aiheesta vielä vaillinaista. Tämä tutkielma tarkastelee taloudellisesti optimaalisen metsänhoitomenetelmän valintaa ja optimaalista puulajikoostumusta boreaalisissa sekametsissä. Tutkimuksen kohteena on metsämännyn (Pinus sylvestris L.) ja rauduskoivun (Betula pendula Roth) puulajiyhdistelmä, jota ei taloudellisesti optimaalisen metsänhoitomenetelmän kannalta ole aiemmin tarkasteltu.
Analyysi perustuu teoreettisesti johdonmukaiseen ja yleiseen taloudellis-ekologiseen malliin, jossa metsänhoidon tulojen nettonykyarvoa maksimoidaan metsikkötasolla. Tässä asetelmassa optimaalinen metsänhoitomenetelmä määrittyy mallin sisällä, kun kiertoaikaa sekä harvennusten ajoitusta ja intensiteettiä optimoidaan dynaamisesti. Mallin kaikki yksityiskohdat on estimoitu empiirisesti. Metsän kehitystä kuvataan Pukkalan tutkimusryhmineen (2011, 2013, 2021) estimoimilla kokoluokkarakenteisilla empiirisillä kasvumalleilla. Malleista uusinta ei aikaisemmin ole käytetty metsänhoidon dynaamiseen optimointiin.
Tutkielman tulokset osoittavat ensimmäistä kertaa empiirisesti, että taloudellisesti voi olla optimaalista tehdä melkein-avohakkuita ilman, että metsikköä niiden jälkeen uudistetaan keinollisesti. Melkein-avohakkuut luovat suotuisat olosuhteet korjaamatta jätetyn nuoren puuston ja pioneerilajien luontaisen uudistumisen hyödyntämiselle uuden puukohortin synnyttämisessä. Kyseinen metsänhoitostrategia sopii paitsi koivikoille, myös koivuvaltaisille mänty-koivusekametsille korkokannan ollessa 1 %. Sen sijaan 3 %:n korkokannalla jatkuvapeitteisestä kasvatuksesta tulee sekametsissä optimaalista. Tutkielman tulosten perusteella jatkuvapeitteinen kasvatus sopii männiköille paremmin kuin edeltävät optimointitutkimukset ovat esittäneet. Lisäksi tulokset osoittavat, että taloudelliselta kannalta koivun kannattaa antaa uusiutua mäntymetsikössä ja levitä jopa metsikön valtapuuksi, sillä tämän seurauksena metsikön luontainen uudistuminen voimistuu. Optimiratkaisuiden yksityiskohdat riippuvat optimoinnissa käytetyistä ekologisista kasvumalleista.
Tutkielmassa tarkasteltujen tapausten valossa ei voida sanoa jaksollisen tai jatkuvapeitteisen kasvatuksen olevan puuntuotannon tulojen kannalta kategorisesti toistaan parempi menetelmä. Monissa tapauksissa jatkuvapeitteisen kasvatuksen ja monimuotoisemman puulajivalikoiman hyödyntäminen ympäristöetujen saavuttamiseksi on optimaalista jo pelkästään hakkuutulojen maksimoinnin kannalta.
Boreal forests fulfil a myriad of ecological, social and economic functions in modern society, which is why it is crucial to manage them in the best way possible. The prevailing forest management strategy in Finland has been rotation forestry, but a Finnish citizens’ initiative and the new EU forest strategy for 2030 have for ecological reasons been calling for a reduction in clearcuts and a switch to continuous cover forestry. While a growing number of economic-ecological optimization studies illustrate the economic aspects of optimal management regime choice in Nordic conditions, the understanding remains incomplete. To contribute to this line of research, this thesis studies the economically optimal management regime and species composition of mixed-species boreal forests with a previously unexamined species combination: Scots pine (Pinus sylvestris L.) and silver birch (Betula pendula Roth).
The analysis is based on a theoretically sound and generalized stand-level economic-ecological model that maximizes the net present value of forestry income. In this setup, the optimal management regime is determined endogenously and flexibly, by dynamically optimizing both the rotation period and the timing and intensity of thinnings in a tri-level structure. All model details are empirically estimated. Forest stand development is described by size-structured empirical growth models by Pukkala et al. (2011, 2013) and by Pukkala et al. (2021), of which the latter has not been used in this line of analysis before.
The results of this thesis show, for the first time empirically, that it can be economically optimal to conduct near-clearcuts without investing in artificial regeneration afterwards. Near-clearcuts create favourable conditions for utilizing the unharvested young trees and natural regeneration of pioneer species in generating a new tree cohort. This management strategy is found to be suitable for birch-dominated pine–birch stands with a 1% interest rate, as well as pure birch stands. With a 3% interest rate, continuous cover forestry becomes optimal for mixed stands. A further outcome of this thesis is that continuous cover management of pure pine stands is found to be more viable than in previous optimization studies. Further, it is shown that it is economically beneficial to let birch regenerate in a pine stand and even dominate it, due to improvements in overall ingrowth. The characteristics of the optimal solutions are, however, dependent on the ecological growth model used.
In light of the cases studied in this thesis, neither rotation forestry nor continuous cover forestry is categorically superior in terms of timber income. There are demonstrably many cases where taking advantage of the environmental benefits of continuous cover forestry and higher tree species diversity is optimal also with respect solely to maximizing timber revenues.
|
| Keyword(s): | Forest management forest policy management regimes rotation forestry continuous cover forestry optimal harvesting optimal rotation dynamic optimization mixed-species stands Scots pine silver birch |
Files in this item
| Files | Size | Format | View |
|---|---|---|---|
| Narhi_Lotta_thesis_2022.pdf | 1.708Mb |