Stand structural dynamics on pristine and managed boreal peatlands

The objectives of this study were to investigate the stand structure and succession dynamics in Scots pine (Pinus sylvestris L.) stands on pristine peatlands and in Scots pine and Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.) dominated stands on drained peatlands. Furthermore, my focus was on characterising how the inherent and environmental factors and the intermediate thinnings modify the stand structure and succession. For pristine peatlands, the study was based on inventorial stand data, while for drained peatlands, longitudinal data from repeatedly measured stands were utilised. The studied sites covered the most common peatland site types in Finland. They were classified into two categories according to the ecohydrological properties related to microsite variation and nutrient levels within sites. Tree DBH and age distributions in relation to climate and site type were used to study the stand dynamics on pristine sites. On drained sites, the Weibull function was used to parameterise the DBH distributions and mixed linear models were constructed to characterise the impacts of different ecological factors on stand dynamics. On pristine peatlands, both climate and the ecohydrology of the site proved to be crucial factors determining the stand structure and its dynamics. Irrespective of the vegetation succession, enhanced site productivity and increased stand stocking they significantly affected the stand dynamics also on drained sites. On the most stocked sites on pristine peatlands the inter-tree competition seemed to also be a significant factor modifying stand dynamics. Tree age and size diversity increased with stand age, but levelled out in the long term. After drainage, the stand structural unevenness increased due to the regeneration and/or ingrowth of the trees. This increase was more pronounced on sparsely forested composite sites than on more fully stocked genuine forested sites in Scots pine stands, which further undergo the formation of birch and spruce undergrowth beneath the overstory as succession proceeds. At 20-30 years after drainage the structural heterogeneity started to decrease, indicating increased inter-tree competition, which increased the mortality of suppressed trees within stand. Peatland stands are more dynamic than anticipated and are generally not characterized by a balanced, self-perpetuating structure. On pristine sites, various successional pathways are possible, whereas on drained sites the succession has more uniform trend. Typically, stand succession proceeds without any distinct developmental stages on pristine peatlands, whereas on drained peatlands, at least three distinct stages could be identified. Thinnings had only little impact on the stand succession. The new information on stand dynamics may be utilised, e.g. in forest management planning to facilitate the allocation of the growth resources to the desired crop component by appropriate silvicultural treatments, as well as assist in assessing the effects of the climate change on the forested boreal peatlands.

Suot ja suometsät ovat Suomen luonnolle merkittävä ekologinen ominaispiirre. Ojitetut suometsät, joita on maassamme vajaat 5 milj. ha, muodostavat merkittävän puuraaka-aineen varannon. Toisaalta taas luonnontilaisten soiden metsät ovat tärkeitä luonnontilaisenkaltaisten metsien alueita. Suometsien puuston rakenne ja sen pitkäaikainen kehitys ovat kuitenkin olleet huonosti tunnettuja. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää metsien rakenne ja sukkessiodynamiikka toisaalta luonnontilaisten soiden ja toisaalta ojitettujen soiden metsissä. Tutkimuksessa selvitettiin lisäksi miten metsikön sisäiset ja ulkoiset tekijät sekä metsänkäsittely vaikuttavat puuston rakenteeseen ja kehitykseen mänty ja kuusivaltaisissa metsiköissä. Luonnontilaisten suopuustojen tutkimuksessa hyödynnettiin inventointipohjaista metsikkökoeala-aineistoa, kun taas ojitetuista suometsistä oli käytössä pitkäaikaiseen seurantaan perustuva metsikköaikasarja-aineisto. Aineistot kattoivat keskeisimmät turvemaiden kasvupaikkatyypit Suomessa. Metsikön rakennetta ja sukkessiota tutkittiin luonnontilaisten suometsien puustoissa tarkastelemalla läpimitta- ja ikäjakaumien ominaisuuksia ja vertaamalla niitä suhteessa ilmastollisiin alueisiin ja kasvupaikkatyyppeihin. Ojitettujen soiden puustojen rakenteeseen vaikuttavia tekijöitä selvitettiin tilastollisen mallintamisen avulla. Tulokset osoittivat, että luonnontilaisilla soilla sekä ilmasto että kasvupaikan ekohydrologiset ominaisuudet ovat hyvin tärkeitä puuston rakennetta muovaavia ja sukkessiota ohjaavia tekijöitä. Ne vaikuttavat merkittävästi metsikön dynamiikkaan vielä suon kuivumisen jälkeenkin huolimatta kuivatuksen aiheuttamasta pintakasvillisuuden muutoksesta sekä puuston lisääntyneestä kasvusta ja järeytymisestä. Runsaspuustoisilla soilla puiden välinen kilpailu on kuitenkin merkittävä puuston kehitystä muovaava tekijä. Luonnontilaisilla soilla puiden ikä- ja kokovaihtelu kasvavat metsikön iän kasvaessa, mutta tämä suuntaus tasoittuu vähitellen metsikön keski-iän ylittäessä 100 vuotta. Ojituksen jälkeen metsikön erikokoisrakenteisuus aluksi äärevöityy lisääntyneen aukkopaikkojen taimettumisen vuoksi. Tämä rakenteen muutos on suurempaa alkuaan ns. sekatyyppiä edustavilla mäntyvaltaisilla soilla, joita on n. 30 % ojitusalueista, kuin aidoilla puustoisilla kasvupaikoilla. Toisaalta sekatyypin kasvupaikoille on lisäksi ominaista valtapuuston alle ajanmittaan muodostuva hieskoivu-kuusialikasvos. Puuston kokovaihtelu alkaa pienentyä 20-30 vuoden kuluttua ojituksesta mm. lisääntyneen kilpailun aiheuttaman pienten puiden kuolemisen vuoksi, ja puuston rakenne tasoittuu 40-50 vuoden kuluttua ojituksesta. Yli 60 vuotta vanhoilla ojitusalueilla metsien rakenne alkaa puolestaan saada jo vanhojen metsien piirteitä. Suometsät osoittautuivat dynaamisemmiksi puupopulaatioiksi kuin aiemmin on arveltu. Luonnontilaisilla soilla puuston kehityksellä voi olla useita erilaisia suuntia ja metsikön kehityksessä ei voida erottaa selviä kehitysvaiheita. Ojitusalueilla puustot taas kehittyvät yhdenmukaisemmin tasarakenteiseen suuntaan ja niiden sukkessiossa voidaan erottaa vähintään kolme kehitysvaihetta. Harvennukset vaikuttavat vain vähän metsikön kehityksen suuntaan. Tutkimuksessa saatua tietoa voidaan hyödyntää esim. metsäsuunnittelussa ja suometsien metsänhoidollisten menetelmien valinnassa sekä arvioitaessa mm. ilmastonmuutoksen vaikutuksia pohjoisiin metsäisiin soihin.