Soil hydrological properties and conditions, site preparation, and the long-term performance of planted Scots pine (Pinus sylvestris L.) on upland forest sites in Finnish Lapland

Scots pine (Pinus sylvestris L.) and Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.) forests dominate in Finnish Lapland. The need to study the effect of both soil factors and site preparation on the performance of planted Scots pine has increased due to the problems encountered in reforestation, especially on mesic and moist, formerly spruce-dominated sites. The present thesis examines soil hydrological properties and conditions, and effect of site preparation on them on 10 pine- and 10 spruce-dominated upland forest sites. Finally, the effects of both the site preparation and reforestation methods, and soil hydrology on the long-term performance of planted Scots pine are summarized. The results showed that pine and spruce sites differ significantly in their soil physical properties. Under field capacity or wetter soil moisture conditions, planted pines presumably suffer from excessive soil water and poor soil aeration on most of the originally spruce sites, but not on the pine sites. The results also suggested that site preparation affects the soil-water regime and thus prerequisites for forest growth over two decades after site preparation. High variation in the survival and mean height of planted pine was found. The study suggested that on spruce sites, pine survival is the lowest on sites that dry out slowly after rainfall events, and that height growth is the fastest on soils that reach favourable aeration conditions for root growth soon after saturation, and/or where the average air-filled porosity near field capacity is large enough for good root growth. Survival, but not mean height can be enhanced by employing intensive site preparation methods on spruce sites. On coarser-textured pine sites, site preparation methods don t affect survival, but methods affecting soil fertility, such as prescribed burning and ploughing, seem to enhance the height growth of planted Scots pines over several decades. The use of soil water content in situ as the sole criterion for sites suitable for pine reforestation was tested and found to be a relatively uncertain parameter. The thesis identified new potential soil variables, which should be tested using other data in the future.

Mänty- ja kuusivaltaiset metsät ovat vallitsevia Lapissa. Männynviljelyssä on ajoittain koettu pahoja epäonnistumisia etenkin luontaisesti syntyneitä kuusivaltaisia metsiköitä uudistettaessa. Tässä väitöskirjatutkimuksessa tutkitaan kivennäismaan vesitalouteen liittyviä maan ominaisuus- ja olosuhdetekijöitä, ja maankäsittelyn vaikutusta näihin tekijöihin kymmenellä mäntyvaltaisella ja kymmenellä kuusivaltaisella kangasmaan kasvupaikalla. Lopuksi selvitellään eri maankäsittely- ja metsänviljelymenetelmien sekä maan vesitalouden vaikutusta männyn viljelytaimien menestymiseen aina 25 vuoteen asti viljelystä. Tulokset osoittivat, mänty- ja kuusivaltaiset kasvupaikat eroavat toisistaan maan fysikaalisilta ominaisuuksiltaan. Männyn viljelytaimet kärsivät todennäköisesti liiallisesta maan kosteudesta ja liian pienestä maan ilmatilasta kenttäkapasiteetin vesipitoisuudessa tai sitä kosteammissa olosuhteissa suurimmalla osalla kasvupaikoista, jotka ovat olleet ennen avohakkuuta kuusivaltaisia. Aiemmin mäntyä kasvaneilla kasvupaikoilla tätä ilmiötä ei juurikaan esiinny. Tutkimuksessa osoitettiin edelleen, että maankäsittely voi vaikuttaa maan vesitalouteen ja siten myös taimien kasvuedellytyksiin yli kahden vuosikymmenen ajan maankäsittelyn jälkeen. Männyn taimien elossaolossa ja keskipituudessa havaittiin suurta vaihtelua. Tulokset viittasivat siihen, että männyn viljelytaimien kuolleisuus on suurin niillä aiemmin kuusta kasvaneilla kasvupaikoilla, joilla maa kuivuu hitaasti voimakkaiden sadejaksojen ja lumen sulamisen jälkeen. Toisaalta männyn viljelytaimien pituuskasvu näyttää olevan paras niillä kuusivaltaisilla kasvupaikoilla, joilla saavutetaan taimien juurtenkasvulle suotuisa ilmatila pintamaassa pian kyllästysvesipitoisuuden jälkeen maan kuivuessa ja/tai joilla maan keskimääräinen ilmatila on kasvukauden aikana riittävän suuri hyvälle juurtenkasvulle. Voimakkaalla maankäsittelyllä, kuten aurauksella, pystytään tämän tutkimuksen mukaan kohentamaan taimien elossapysymistä muttei pituuskasvua entisillä kuusivaltaisilla alueilla. Maan raekoostumukseltaan karkeammilla, aiemmin mäntyä kasvaneilla kasvupaikoilla ei maankäsittelyllä voida vaikuttaa männyn viljelytaimien elossapysymiseen. Sen sijaan tutkimuksessa osoitettiin, että käytettävissä olevien ravinteiden määrään vaikuttavilla maankäsittelymenetelmillä, kuten kulotuksella ja aurauksella, voidaan edistää männyn viljelytaimien pituuskasvua usean vuosikymmenen ajan näillä luontaiselta puustoltaan mäntyvaltaisilla kasvupaikoilla. Maan vesipitoisuusmittausten käyttöä männylle sopivien kasvupaikkojen määrittämiseksi kokeiltiin, mutta tämä menetelmä yksin käytettynä osoittautui melko epävarmaksi. Tässä väitöskirjatutkimuksessa löydettiin kuitenkin eräitä maanperätekijöitä, jotka näyttävät vaikuttavan joko männyn viljelytaimien pitkäaikaiseen elossapysymiseen tai pituuskasvuun. Näiden tekijöiden käyttöä puulajivalinnan apukeinona pitää kuitenkin vielä testata muiden aineistojen avulla, ennenkuin niitä voidaan hyödyntää käytännön metsätaloudessa.