Ecological restoration of forests in Fennoscandia : Defining reference stand structures and immediate effects of restoration.

The first aim of this thesis was to explore the structural characteristics of near-natural forests and to quantify how human utilization has changed them. For this, we examined the stand characteristics in Norway spruce Picea abies (L.) Karst-dominated old-growth stands in northwestern Russia and in old Scots pine Pinus sylvestris L.-dominated stands in three regions from southern Finland to northwestern Russia. In the second study, we also compared stands with different degrees of human impact, from near-natural stands and stands selectively cut in the past to managed stands. Secondly, we used an experimental approach to study the short-term effects of different restorative treatments on forest structure and regeneration in managed Picea abies stands in southern Finland. Restorative treatments consisted of a partial cut combined with three levels of coarse woody debris retention, and a fire/no-fire treatment. In addition, we examined burned and unburned reference stands without cutting treatments. Results from near-natural Picea abies forests emphasize the dynamic character of old-growth forests, the variety of late-successional forest structures, and the fact that extended time periods are needed to attain certain late-successional stages with specific structural and habitat attributes, such as large-diameter deciduous trees and a variety of deadwood. The results from old Pinus sylvestris-dominated forests showed that human impact in the form of forest utilization and fire exclusion has strongly modified and reduced the structural complexity of stands. Consequently, small protected forest fragments in Finland may not serve as valid natural reference areas for forest restoration. However, results from the restoration experiment showed that early-successional natural stand characteristics can be restored to structurally impoverished managed Picea abies stands, despite a significant portion of wood volume being harvested. A variety of restoration methods is needed, due to differences in the condition of the forest when restoration is initiated and the variety of successional stages of forest structures after anthropogenic and natural disturbances. Keywords: dead wood, disturbance dynamic, fire, near-natural stand, rehabilitation, succession

Metsien ennallistamisessa tarvitaan monipuolisia menetelmiä, jossa huomioidaan ennallistamisen lähtötilanne, metsien eri sukkessiovaiheiden rakenteelliset erot ja erilaisten luonnollisten häiriöiden jäljitteleminen. Metsien ennallistamisen tavoitteena on talousmetsän rakenteiden muuttaminen siten, että sinne palautetaan luonnontilaiselle metsälle tyypillisiä rakenteita ja prosesseja. Monien metsälajien uhanalaistumiskehitys on johtanut siihen, että on alettu harjoittaa metsien ennallistamistoimintaa. Metsien ennallistaminen alkoi Suomessa kokeiluluontoisesti jo vuonna 1989, mutta laajemmin vasta vuonna 2002. Metsiä oli vuoden 2005 loppuun ennallistettu lähes 6 000 ha, lähinnä suojelualueilla. Saara Liljan väitöstutkimuksessa selvitettiin ennallistamisen tavoitetta tutkimalla luonnontilaisten kaltaisten metsien rakennepiirteitä ja ihmisvaikutuksen merkitystä metsän rakenteelle. Metsikön rakennepiirteitä tutkittiin yli 90-vuotiaissa mäntyvaltaisissa talousmetsissä, poimintahakatuissa metsissä ja luonnontilaisen kaltaisissa metsissä, Hämeessä, Kuhmossa ja Venäjällä Vienansalossa yhteensä 116 metsikössä. Lisäksi tutkittiin kuusivaltaista luonnontilaisen kaltaisia metsiä Paanajärvellä Venäjällä, jossa oli 20 näytealaa. Lisäksi työssä tutkittiin metsien erilaisten ennallistamiskäsittelyjen lyhyen aikavälin tuloksia elävän ja kuolleen puuston rakennepiirteisiin ja taimien syntyyn. Ennallistamiskoejärjestely tehtiin 24 varttuneeseen talousmetsäkuusikkoon Evolla ja Vesijaolla. Ennallistamiskäsittelyt toteutettiin suojuspuuhakkuin, joissa osa puustosta jätettiin pystyyn (50m3/ha), osa kaadettiin maahan lahopuuksi (5, 30 tai 60m3/ha) ja osa puustosta vietiin tehtaalle. Koejärjestelyyn kuului myös metsiköitä, joihin ei tehty hakkuita. Puolet metsiköistä poltettiin vuonna 2002. Tutkimus osoitti, että lähes luonnontilaisen kuusimetsän dynamiikka on pitkä ja metsän rakenne vaihtelee huomattavasti vielä vanhassakin 110- 300-vuotiaassa kuusimetsässä. Tämän vuoksi myös metsien ennallistamisessa on tärkeää turvata vanhojen sukkessiovaiheiden kirjo, jossa suuriläpimittaisten lehti- ja havupuiden esiintyminen sekä lahopuujakauman vaihtelevuus säilytetään. Vanhojen mäntyvaltaisten metsien tutkiminen osoitti, että ihmistoiminta ja metsäpalojen puuttuminen ovat vähentäneet metsien rakenteellista kompleksisuutta. Näyttääkin siltä, että pienet suojelualueet eivät voi toimia mallina metsien ennallistamiselle, koska niissä on vähän lehtipuita ja ne ovat kuusettuneet voimakkaasti metsäpalojen puuttumisen vuoksi. Aktiivisilla ennallistamismenetelmillä on mahdollista saada aikaan nopeasti luonnontilaisen kaltaisia sukkession alkuvaiheen metsikkörakenteita, joissa on eri määriä elävää ja kuollutta puuta sekä erilaisia mikrohabitaatteja. Tulokset osoittavat, että metsien ennallistamisessa on otettava huomioon metsien vanhojen sukkessiovaiheiden säilyttäminen eli ns. passiivinen ennallistaminen, mutta lisäksi metsiin on ennallistettava runsaslahopuustoisia nuoria sukkessiovaiheita.