| Summary: | Fennoskandian vanhat pohjoisboreaaliset kuusivaltaiset kangasmetsät ovat rakenteeltaan avoimia ja mosaiikkimaisesti vaihtelevia. Tutkimustietoa näiden metsien luontaisesta spatiaalisesta rakenteesta on vasta vähän. Fennoskandian metsäluonto on muuttunut voimakkaasti ihmisen toiminnan seurauksena, ja sitä myötä suuri joukko metsälajeja on uhanalaistunut. Tieto luonnonmetsien rakenteista auttaa kehittämään paremmin luonnon monimuotoisuuden turvaavia metsien hoito- ja ennallistamismenetelmiä. Tässä työssä kuvataan puiden kasvutilan vaihtelua ja puuston spatiaalista rakennetta suurella (8,8 ha) puustoltaan tarkasti kartoitetulla koealalla vanhassa pohjoisboreaalisessa kuusimetsässä Värriön luonnonpuistossa Itä-Lapissa. Erikokoisten ja -lajisten puiden kasvutiloja ja keskinäistä sijoittumista kuvataan koko koealalta keskimäärin (globaalisti) ja koealan sisäisen vaihtelun kautta (lokaalisti). Puuston yleistä rakennetta kuvataan puustotunnuksin ja läpimittajakaumin. Puiden kasvutilaa ja sen vaihtelevuutta puun läpimitan ja lajin mukaan arvioidaan Voronoi-monikulmioilla. Erikokoisten ja -lajisten puiden keskinäistä sijoittumista kuvataan globaalisti läpimittaluokittaisilla L-funktioilla, läpimitan variogrammilla ja puulajin merkkiyhteysfunktioilla. Puiden kasvutilan, läpimitan ja lajin lokaalia vaihtelua kuvataan paikallisilla autokorrelaatioindekseillä. Metsä oli tyypillinen avoin rakenteeltaan mosaiikkimaisesti vaihteleva vanha pohjoisboreaalinen kuusimetsä. Puilla oli keskimäärin 17,5 m² kasvutilaa, ja kasvutilan määrä vaihteli välillä 0,18–111 m². Puiden keskimääräinen kasvutila kasvoi noin kaksinkertaiseksi puiden läpimittaluokan kasvaessa pienimmästä (0-5 cm) suurimpaan (yli 25 cm). Koivuilla oli kaikissa läpimittaluokissa keskimäärin 5–10 neliömetriä enemmän kasvutilaa kuin kuusilla. Sekä puiden läpimitta että laji olivat positiivisesti spatiaalisesti autokorreloituneita, varsinkin lyhyillä alle 5 metrin etäisyyksillä ja heikosti jopa 50 metriin asti. Puuston lokaalissa rakenteessa oli sekä pienen että suuren mittakaavan vaihtelua. Erityisesti koealan suoalue ympäristöineen erottui laajana puustoltaan poikkeavana alueena, joka näkyi puiden läpimitan ja lajin pitkän matkan autokorrelaationa ja lisäsi puuston yleistä ryhmittyneisyyttä. Myös koealan voimakkaan kuusivaltainen itäosa ja koealan pohjois-keskiosan avoin alue olivat laajoja puustoltaan poikkeavia alueita. Pienessä mittakaavassa metsässä vaihtelivat läpimitaltaan suhteellisen samankokoisten sekä samanlajisten puiden keskittymät ja läpimitaltaan ja kuusi-koivusuhteeltaan vaihtelevammat alueet. Työn tulokset täydentävät aiempaa vähäistä spatiaalista rakennetietoa Fennoskandian vanhoista pohjoisboreaalisista kuusimetsistä. Erityisesti puiden kasvutilojen ja puuston lokaalin vaihtelun kuvaus laajemmassa mittakaavassa ovat ensimmäisiä Fennoskandiassa. Tässä kuvattu metsä tarjoaa yhden vertailuekosysteemin, jonka olennaisista globaaleista ja lokaaleista rakennepiirteistä voidaan ottaa mallia metsän monimuotoisuuden huomioon ottavassa metsänhoidossa ja metsien ennallistamisessa. Rakenteessa olennaista oli monessa mittakaavassa tapahtuva vaihtelu puiden kasvutiloissa ja erikokoisten ja - lajisten puiden keskinäisessä sijoittumisessa. Vastaavanlaista vaihtelua ja kuvatunkaltaisia spatiaalisia rakenteita voidaan talousmetsissä jäljitellä vaihtelevilla osittaisilla hakkuilla ja jatkuvalla metsänkasvatuksella metsän luontaisen vaihteluvälin jäljittelyperiaatteen mukaisesti. Ennallistettavissa metsissä rakenteen vaihtelevuutta voidaan lisätä pienaukotusmenetelmillä. Tulosten perusteella esimerkiksi puuston tiheyden voidaan antaa vaihdella pienempien ja laajempien tiheämpien ja avoimempien alueiden välillä. Samoin voidaan jättää lokaalia vaihtelua kuusten ja koivujen suhteelliseen osuuteen, puiden keskiläpimittaan ja siihen, kuinka samankokoisia lähekkäiset puut ovat. The old-growth spruce-dominated forests in northern boreal Fennoscandia are structurally diverse mosaics characterised by trees of different sizes and species, and by a sparse and open canopy structure. However, little research has been done on the natural spatial structure of these forests, e.g. size- and species-specific spatial patterns and variation in the amount of space within the forest. Fennoscandian forests have changed drastically due to human influence. Consequently, a large number of forest-dwelling species have become endangered. Developing biodiversity-oriented methods for forest management and restoration requires understanding the natural variability of forest structures. This thesis describes the variability in tree growing space and stand spatial structure in a large (8.8 ha) fully-mapped study plot in a pristine old-growth spruce-dominated forest in Eastern Lapland, Finland. Growing space and spatial patterns of trees of different sizes and species are studied both globally and locally. General stand structure is described by aspatial statistics and diameter distributions. Variation in tree growing space by tree species and diameter is studied by using Voronoi polygons. Spatial patterns in tree diameter and species are studied globally with diameter-specific L functions, variogram analysis and mark connection functions. Local stand structure is mapped by using local indicators of spatial association (LISA) calculated for tree growing space, diameter and species. The forest was a typical northern-boreal Fennoscandian old-growth spruce-dominated forest, a mosaic of trees of different sizes and species, and variable amounts of space around the trees. The trees had on average 17.5 m² growing space and the amount of growing space varied between 0.18 and 111 m². Mean tree growing space roughly doubled from the smallest diameter class (0–5 cm) to the largest (> 25 cm). Within each diameter class, birch trees had on average 5–10 m² more growing space than spruce trees. Both tree diameter and species were positively spatially autocorrelated, especially at short distances (< 5 m), but weakly up to 50 metres. Locally, the stand structure was variable both in small and large scale. Especially, the paludified sub-area within the plot constituted a large-scale deviation from the overall stand structure. This local deviation was seen globally as large-scale spatial autocorrelation in tree diameter and species, as well as increased clustering of the trees. In addition, the strongly sprucedominated eastern part of the plot, as well as the low-density northern-central part of the plot deviated in a large scale from the overall stand structure. In a smaller scale, the stand structure varied from groups of trees of the same species and similar size to areas where tree diameter and species composition were more variable. The results of this thesis add to the understanding of the spatial structure of Fennoscandian northern boreal old-growth spruce forests. Particularly, the variation in tree growing space and local stand structure within a large study plot are described for the first time in Fennoscandia. The multiscale variation and spatial patterns observed in this study can be mimicked in managed forests by using variable partial cuttings and continuous cover forestry. Correspondingly, cutting and damaging trees can be used to diversify stand structures in forests under restoration. The results suggest, for example, that tree density can be allowed to vary between smaller and larger areas with varying density. In addition, the proportion of spruce to birch, as well as mean diameter and variability in tree diameter can be allowed to exhibit small- and large-scale variation within the forest.
|
|---|