Metsa süsinikuringe

Metsa süsinikuringe on metsaökosüsteemis toimuv süsiniku liikumine atmosfääri ja metsaelustiku vahel. 
Metsaökosüsteemi süsinikuringe toimib pidevalt tänu fotosünteesile ja mullahingamisele. 
Fotosünteesi käigus tarbib kasvav mets atmosfääris olevat süsihappegaasi, seob selle ning talletab. Puidu lagunemisel või ka põlemisel vabaneb aga sama kogus süsihappegaasi tagasi atmosfääri. Et hoida süsinikku seotuna, tuleb katkestada selle looduslik ringlus. Metsa puhul võib katkestajaks olla inimese teadlik metsamajanduslik tegevus, mille käigus kasutatakse puitu näiteks ehitusmaterjalina, pikendades sel viisil puidu loomulikku lagunemistsüklit.

Süsiniku sidumine

Metsad on ühed olulisemad süsihappegaasi siduvad maismaa ökosüsteemid, mis mõjutavad kogu süsinikuringet. Erinevatel hinnangutel võivad metsad siduda 8–33% fossiilkütuste põletamisel tekkinud süsinikust. Noored metsad osalevad sidumisprotsessis aktiivsemalt kui vanemad puistud, mis talitlevad pigem süsinikutalletajana.

Süsinikuvarud

Hinnanguliselt on kogu maailma metsade süsinikuvarusid 861 Pg (1 petagramm = 10¹⁵ grammi), millest 44% sisaldub mullas, 42% elusas biomassis (maapealses ja -aluses), 8% surnud puudes ja 5% varises. Nendest süsinikuvarudest leidub 55% troopilistes, 32% boreaalsetes ning 13% parasvöötme metsades. 
Metsa kasvu ja arengu vältel seotakse süsinikku nii puude biomassis kui ka mullas. Erinevatele laiuskraadidele jäävate metsade süsinikuvarude talletamine võib olla aga väga erineva struktuuriga. Näiteks boreaalsetes metsades võib mullas ja kõdus olla ligikaudu 85% kogu metsaökosüsteemi süsinikuvarust ning vaid ülejäänud ligikaudu 15% on seotud puude maapealses biomassis. Soojema kliimaga aladel jagunevad need näitajad aga enam-vähem võrdselt.

Süsihappegaasi mõju metsa arengule

Atmosfääri koostis võib mõjutada metsa kasvu ning seega ka metsa süsinikuringet olulisel määral. Metsade kasvu ja produktsiooni (biomassi juurdekasv ajaühikus) seisukohalt on kõige olulisemaks komponendiks atmosfääris süsihappegaas (CO₂), mis moodustab kogu Maad ümbritsevast õhukihist 0,0397% . Süsihappegaasi kättesaadavus mõjutab otseselt taimede fotosünteesi intensiivsust metsas – mida rohkem on õhus süsihappegaasi, seda kiirem on taimede kasv ning suurem metsa produktiivsus. Süsinik moodustab puidu kuivmassist umbes poole (puitunud taimedel 50% ja rohttaimedel 40%). Atmosfäärset süsinikku seotakse puu biomassis puidu juurdekasvu käigus, kus uus puit ladestub olemasolevatele kihtidele ning seeläbi suurenevad kasvava puu mõõtmed.

Süsiniku emissioon

Süsinikuringes orgaanilise aine (varis, kõdu, mullaorgaanika) lagunemise käigus eraldub atmosfääri süsihappegaasi ehk toimub mullahingamine. Üldiselt talitlevad metsad süsiniku sidujatena, kuid teatud juhtudel võib aastane süsihappegaasi emissioon osutuda suuremaks kui puude poolt seotud süsihappegaasi kogus.  Süsiniku emissiooni õhku suurendavad erinevad maakasutuse muutused (nt metsade hävitamine, metsapõlengud, alepõllundus), mille käigus pääseb aegade jooksul kogunenud süsinik süsihappegaasi kujul tagasi atmosfääri .
Süsihappegaasi peetakse kasvuhoonegaasiks, mis tingib 55% globaalse soojenemise mahust . Et hinnata, mil määral metsad süsihappegaasi emiteerivad või seovad, on metsade kasvatamisel oluline mõõta ja kontrollida süsiniku eraldumist nii mullast kui ka taimkattest . Peamiseks metsanduslikuks abinõuks, mis aitaks piirata süsiniku heidet ning pidurdada võimalikke kliimamuutusi, on peatada metsade hävitamine ja maakasutuse muutused troopilistes maades. Veelgi parem oleks aga metsade ulatuslik taastamine ning hiiglaslike metsatulekahjude ärahoidmine arengumaades.  Lisaks nendele süsinikuallikatele tuleb arvesse võtta ka metsatööde ja masinatega seotud fossiilkütuste tarvitust ja sellest tulenevat süsihappegaasi emissiooni .

Süsinikubilanss

Süsinikubilanss määrab seda, kas metsaökosüsteemis on ülekaalus süsiniku sidumine atmosfäärist või hoopiski selle emiteerimine atmosfääri. Nii on võimalik kindlaks teha, millised süsinikuringes osalevad elemendid käituvad kui emiteerijad või kui sidujad. Positiivse süsinikubilansiga on tegemist siis, kui ülekaalus on süsiniku emissioon õhku mullahingamise käigus, ning negatiivse bilansiga, kui ülekaalus on süsihappegaasi sidumine fotosünteesi käigus. Juhul, kui mõlemad näitajad on võrdsed, on tegemist tasakaalulise bilansiga.

Süsinikubilansi mõjutamine

Puistute süsinikubilanssi on võimalik mõjutada õigete metsamajandamisvõtetega. Et metsad tarbiksid rohkem süsihappegaasi, tuleb puistud raiuda siis, kui need on saavutanud ettenähtud küpsusvanuse. Küpsed puud ei seo enam väga hästi süsihappegaasi ning oleks praktilisem ruumi teha uutele taimedele. Ka metsade väetamine aitab kiirendada süsiniku tarbimist, kuna selle järel kiireneb puistu juurdekasv. Lisaks väheneb seeläbi süsinikdioksiidi emiteeriv mullahingamine. 
Kuigi väetamine küll parendab süsiniku sidumist, võivad sellega kaasneda jällegi teised keskkonnaohud (nt veekogude ja põhjavee saastumine ). Seetõttu on Eestis kehtiva metsaseaduse kohaselt majandatavate metsade (v.a metsataimlad) väetamine mineraalväetistega keelatud . Samas on Skandinaavia maades metsade väetamisega tegeletud juba aastakümneid . 
Põhjamaade metsi majandatakse valdavalt ühevanustena. Raieringi jooksul tehtavad tähtsamad metsamajandusvõtted, mis mõjutavad metsa süsinikuringet ja bilanssi on: lageraie, lageraie-eelne puhastamine alusmetsast, maapinna ettevalmistus uue metsa tekkeks või kultiveerimiseks loodusliku külvi teel, uue metsa istutamine või külv, valgustusraie ja harvendusraie.

Metsaõhu süsihappegaasisisaldus

Metsaõhus on süsihappegaasisisaldus kõige suurem maapinnalähedastes õhukihtides, väiksem aga võrade piirkonnas. Mida suurem on mikroorganismide aktiivsus mullas, seda kiiremini orgaaniline aine laguneb ning seda intensiivsemalt eraldub ka süsihappegaasi mullaõhku. Mikroorganismide aktiivsus ning metsaõhu süsihappegaasisisaldus sõltub mullatüübist, ilmastikust, aastaajast, kellaajast, puistu koosseisust, vanusest, boniteedist ja liitusest. 
Süsihappegaasisisaldus lehtmetsade maapinnalähedastes õhukihtides on suurem kui okasmetsades, kuna lehtpuud kasvavad enamasti viljakamatel aladel. Tihedamates puistutes sisaldab metsaalune õhk rohkem süsihappegaasi, kuna õhk ei liigu nii hästi kui hõredamates metsades. 
Vegetatsiooniperioodil on süsihappegaasisisaldus öösel suurem ja päeval väiksem. Seda seetõttu, et öösel ei saa valguse puudumise tõttu taimed fotosünteesida ega tarbida süsinikku, kuid lagunemine ning süsiniku emiteerimine õhku toimub pidevalt. 
Võrreldes aastast süsihappegaasi sisaldust metsaõhus, siis on see suur kevadel ja sügisel ning väike suvel ja talvel.

Olukord Eestis

Eesti asub parasvöötme segametsade vööndi äärmises põhjaosas , kus inimtegevusest puutumata metsa on säilinud väga vähe . Metsamaad on Eestis 2,209 mln ha, mis moodustab 50,5% Eesti maismaa pindalast. Sellest 47,6% on kaetud metsaga ning 2,9% on ilma metsata. 
Viimase poole sajandi jooksul on metsad nii Eestis kui ka mujal Euroopas hakanud kiiremini kasvama (keskmine aastane juurdekasv on suurenenud). Selle põhjuseks võib lugeda süsihappegaasisisalduse suurenemist atmosfääris, kuid mitte ainult. Eesti metsade keskmine puidu juurdekasv on 5,5 m³/ha aastas ja selle käigus seotud süsiniku kogus ulatub keskmiselt 1,4 t/ha aastas. 
Eestis on metsade puidutagavara suur ning sellest tulenevalt on puittoodetes ladestunud süsiniku osakaal väiksem kui mujal Euroopa piirkondades. Eesti puittoodetes salvestatud süsiniku koguseks võib lugeda umbes 100 miljonit tonni. Süsiniku hoiustamise kestus puittoodetes oleneb toodete liigist ning võib ehitustoodetes sees olla ligikaudu üle poole sajandi. Juhul kui puitehitised jõuavad elutsükli lõppu, saab järele jäänud puitmaterjale kas taaskasutada või tarvitada kütusena ilma oluliste energiakulutusteta.  
Nii süsinikuvoogude kui ka maakasutuse muutuste hindamiseks kasutatakse statistilise metsainventeerimise (SMI) käigus saadud andmeid ja tulemusi. Kuna Eestis puuduvad siinsetele ökoloogilistele tingimustele vastavad biomassi ja süsinikuvoogude hindamise mudelid, pole sel teel saadud hinnangud kõige täpsemad. Lisaks konkreetse mudeli puudumisele, ei ole ka metsaseire käigus tehtava mullaseire ulatus piisav. Süsinikuvoogude muutusi metsamullas on raske hinnata, kuna seiresamm on liiga pikk (10–15 aastat) ning olemasolevaid vaatluspunkte on vähe, kattes ainult umbes 45% Eesti muldade kaardistamisüksustest.