Metsaökosüsteemi õhuniiskusega manipuleerimise eksperiment

(Metsaökosüsteemi) õhuniiskusega manipuleerimise eksperiment (ingl. k. Free Air Humidity Manipulation, lühend FAHM) on Tartu Ülikooli ökofüsioloogia ja rakendusökoloogia töörühma laiaulatuslik välieksperiment, mille käigus uuritakse puude ja metsaökosüsteemi talitlust ja kohanemist suurenenud õhuniiskusel.
Idee rajada FAHM katseala pärineb prof. Olevi Kullilt. Eksperiment põhineb FACE (Free Air Carbon dioxide Enrichment experiment) tehnoloogia analoogial ja selle kavandas Jaak Sõber (üks Michigan FACEi konstrueerijatest).

Üldine taust

Ehkki globaalsete kliimamuutuste alased uurimused said alguse juba kaks aastakümmet tagasi, on tegemist endiselt vägagi aktuaalse teemaga nii teaduse kui laiema avalikkuse jaoks tervikuna. Õhutemperatuuri ja atmosfääri süsihappegaasi (CO2) kontsentratsiooni tõusu mõju puittaimedele ja metsaökosüsteemile on juba laialdaselt dokumenteeritud, samas kliimamuutustega kaasneva õhuniiskuse suurenemise mõju on väga vähe uuritud. Tulevikukliima mudelid prognoosivad niiskemaid tingimusi kõrgematel laiuskraadidel, sh. suurenevat sademetehulka Põhja-Euroopas (IPPC 2013). Sademete ja ilmastikumustrite muutused mõjutavad paratamatult laialehiste puude kasvu ja metsaökosüsteemide toimimist. Seetõttu esineb tugev sotsiaalne ja majanduslik huvi säilitamaks ökoloogiliselt stabiilsed ja produktiivsed metsad tulevaste kliimatingimuste raames, et jätkuvalt võimaldada ühiskonnale erinevaid tooteid ja teenuseid.

Katseala loomine ja kirjeldus

FAHM katseala paikneb Rõka külas (58°14′N, 27°18′E), Meeksi vallas, Tartumaal – SA Järvselja Õppe- ja Katsemetskonna maadel. Katseala rajati 2006-2007 a. söötis põllumaale. Katseala suurus on 2,7 ha ja sinna on paigutatud 9 väiksemat (diameeter 14 m) eksperimendiala e. “katseringi”. Igas katseringis kasvab 196 puud, neist pooled on hübriidhaavad (Populus tremula × P. tremuloides Michx.) ja pooled arukased (Betula pendula Roth). Puude vahekaugus eksperimendi alal on 1 m. Igas katseringis kasvab kahte erinevat tüüpi alustaimestikku (lihtne ja keeruline). Lihtne alustaimestik koosneb peamiselt timutist ja teistest kõrrelistest, olles küllalt liigivaene. Keeruline alustaimestik on liigirikkam, sisaldades eeskätt niidu- ja mätastena istutatud metsataimi. Katseringe ümbritseb puhvertsoon, kus 2 m vahedega kasvab peamiselt hübriidhaab.
Õhuniiskuse kunstlik suurendamine (ümbritseva välisõhu suhtes) toimus algselt neljas katseringis (H1, H2, H3, H4). Ülejäänud neli katseringi (C1, C2, C3, C4) moodustasid kontrollalad, kus õhuniiskusega ei manipuleeritud. Lisaks oli ka üks prototüüp-katsering, kus katsetati erinevaid töötlusemeetodeid. Alates 2018. aastast kasutatakse ühte C, ühte H ja prototüüp-katseringi mullaniisutuse töötlusenda: katseringid ujutatakse veega üle, vee mahuks on 20% eelmise nädala sademetehulgast. Suhtelise õhuniiskuse suurendamiseks katseringide sees kasutatakse ventilaatori, õhujaotustorustiku, kõrgsurvepumba ja veedüüside süsteemi. Vesi pihustatakse läbi peente düüside udulaadseteks sademeteks (veepiisa diameeter ~10 µm) ning kantakse loodusliku tuule ja ventilaatori abil läbi kogu katseringi. Niisutatud õhu liikumine katseringide sisse toimub selleks loodud arvutiprogrammi vahendusel. Viimane juhib õhujaotusklappide tööd sõltuvalt tuule suunast, kiirusest ning “välisõhu” niiskuse sisaldusest. Selline tehnoloogia võimaldab tõsta õhu suhtelist niiskust kuni 18% (keskmiselt 7%) kõrgemaks ümbritseva õhu tasemest. Niisutusega alustati 2008. aastal ja toimub tänini terve kasvuhooaja perioodil maist oktoobrini.
Alates 2006. a. töötab Rõka katsealal automaatne ilmajaam. Põhiparameetrid, mida eksperimendi katseringides vegetatsiooniperioodi kestel pidevalt mõõdetakse ja registreeritakse, on järgmised: 
1.      Suhteline õhuniiskus 
2.      Õhutemperatuur 
3.      Tuule suund ja kiirus 
4.      Mulla veepotentsiaal (15 ja 30 cm sügavusel) 
5.      Mulla temperatuur (15 ja 30 cm sügavusel) 
6.      Fotosünteetiliselt aktiivne kiirgus 
7.      Sademed 
8.      Puude ksüleemivool
Esimene puude põlvkond katseringides raiuti 2011. a lõpus (arukask) ja 2012. aastal (hübriidhaab). Teine arukaskede põlvkond istutati 2012. a., hübriidhaab uuenes looduslikult kännuvõsudest.