The effects of habitat edges and trampling intensity on vegetation in urban forests

Although changes in urban forest vegetation have been documented in previous Finnish studies, the reasons for these changes have not been studied explicitly. Especially, the consequences of forest fragmentation, i.e. the fact that forest edges receive more solar radiation, wind and air-borne nutrients than interiors have been ignored. In order to limit the change in urban forest vegetation we need to know why it occurs. Therefore, the effects of edges and recreational use of urban forests on vegetation were investigated together in this thesis to reveal the relative strengths of these effects and to provide recommendations for forest management. Data were collected in the greater Helsinki area (in the cities of Helsinki, Vantaa and Espoo, and in the municipalities of Sipoo and Tuusula) and in the Lahti region (in the city of Lahti and in the municipality of Hollola) by means of systematic and randomized vegetation and soil sampling and tree measurements. Sample plots were placed from the forest edges to the interiors to investigate the effects of forest edges, and on paths of different levels of wear and off these paths to investigate the effects of trampling. The natural vegetation of mesic and sub-xeric forest site types studied was sensitive both to the effects of the edge and to trampling. The abundances of dwarf shrubs and bryophytes decreased, while light- and nitrogen-demanding herbs and grasses - and especially Sorbus aucuparia – were favoured at the edges and next to the paths. Results indicated that typical forest site types at the edges are changing toward more nitrophilic vegetation communities. Covers of the most abundant forest species decreased considerably – even tens of percentages – from interiors to the edges indicating strong edge effects. These effects penetrated at least up to 50 m from the forest edges into the interiors, especially at south to west facing open edges. The effects of trampling were pronounced on paths and even low levels of trampling decreased the abundances of certain species considerably. The effects of trampling extended up to 8 m from path edges. Results showed that the fragmentation of urban forest remnants into small and narrow patches should be avoided in order to maintain natural forest understorey vegetation in the urban setting. Thus, urban forest fragments left within urban development should be at least 3 ha in size, and as circular as possible. Where the preservation of representative original forest interior vegetation is a management aim, closed edges with conifers can act as an effective barrier against solar radiation, wind and urban load, thereby restricting the effects of the edge. Tree volume at the edge should be at least 225-250 m3 ha-1 and the proportion of conifers (especially spruce) 80% or more of the tree species composition. Closed, spruce-dominated edges may also prevent the excessive growth of S. aucuparia saplings at urban forest edges. In addition, closed edges may guide people’s movements to the maintained paths, thus preventing the spontaneous creation of dense path networks. In urban areas the effects of edges and trampling on biodiversity may be considerable, and are important to consider when the aim of management is to prevent the development of homogeneous herb-grass dominated vegetation communities, as was observed at the investigated edges.

Taajama-alueilla sijaitsevien metsien aluskasvillisuuden muuttumista on selitetty tähän asti lähinnä virkistyskäytön aiheuttamalla tallauksella. Kuitenkin auringonvalo, tuuli ja ilman epäpuhtaudet pääsevät helposti tunkeutumaan metsään reunojen kautta, mikä muuttaa metsälajiston elinympäristöä valoisammaksi, kuivemmaksi ja ravinteikkaammaksi. Tämän ilmiön vaikutuksia taajamametsien aluskasvillisuuteen ei ole tutkittu aiemmin Suomessa, vaikka taajamametsät ovat usein kooltaan pieniä ja reuna-alueiden osuus koko metsän pinta-alasta on suuri. Jotta laajamittaista taajamametsien kasvillisuuden muuttumista voitaisiin välttää, olisi tunnettava syyt, jotka muuttumista aiheuttavat. Tässä väitöskirjassa tutkittiin samanaikaisesti sekä reunan että tallauksen vaikutuksia, jotta saataisiin selville näiden tekijöiden suhteellinen merkitys aluskasvillisuuden muuttumisessa. Tutkimusaineisto kerättiin pääkaupunkiseudun taajamametsistä (Helsingistä, Vantaalta, Espoosta, Sipoosta ja Tuusulasta) sekä Lahden seudulta (Lahdesta ja Hollolasta) käyttäen systemaattista ja satunnaista otantaa kasvillisuuden, maaperän ja puuston tutkimiseksi. Näytealoja sijoitettiin metsien reunoilta sisäosiin (reunavaikutuksen tutkiminen) ja eriasteisesti kuluneille poluille ja polkujen ulkopuolelle (tallauksen vaikutusten tutkiminen). Tutkitut metsätyypit olivat mustikka- ja puolukkatyypin kankaita sekä lehtomaisia kankaita. Kasvillisuus oli herkkää sekä reunan että tallauksen vaikutuksille. Varvut ja sammalet vähenivät reunavaikutuksen ja tallauksen vuoksi, kun taas valosta ja typestä hyötyvät ruohot, heinät ja pihlaja menestyivät metsien ja polkujen reunoilla. Tulosten perusteella näyttää siltä, että tyypillinen metsäkasvilajisto on muuttumassa taajamametsien reunoilla ravinteisuutta paremmin sietäväksi. Todellisten metsälajien runsaudet olivat huomattavasti alhaisemmat reunoilla kuin metsien sisäosissa. Tämä vaikutus ulottui ainakin 50 metriä metsän sisään erityisesti avoimilla etelä-länsi reunoilla. Tallauksen vaikutukset metsäkasvillisuuteen olivat luonnollisesti voimakkaita poluilla. Jo 70-270 tallauskertaa vähensi tutkittujen kasvilajien runsauksia yli 50%. Myös pitkään tallattujen polkujen ulkopuolella havaittiin muutoksia kasvilajien runsauksissa. Nämä vaikutukset ulottuivat jopa kahdeksaan metriin asti polun reunasta. Tulokset osoittivat, että metsien pirstomista pieniksi ja kapeiksi metsiköiksi pitäisi välttää, jotta luontainen metsäkasvillisuus voisi säilyä taajama-alueilla. Metsien olisikin oltava kompakteja (lähinnä pyöreitä) ja vähintään kolmen hehtaarin kokoisia, jotta metsien sisään jäisi metsäkasvilajistolle sopivia elinympäristöjä. Suljetut havupuuvaltaiset reunat pystyvät lieventämään reunan aiheuttamia vaikutuksia aluskasvillisuuteen. Jos siis tavoitteena on metsäkasviyhteisöjen säilyttäminen, puuta pitäisi olla reunoilla 225–250 m3 ha-1 ja kuusen osuuden vähintään 80% tästä määrästä. Suljetut, kuusivaltaiset reunat saattavat hillitä myös liiallista pihlajantaimien runsastumista taajamametsien reunoilla sekä ohjata ulkoilijoiden liikkumista rakennetuille poluille, mikä puolestaan vähentää tiheän rakentamattoman polkuverkoston muodostumista. Polkujen välisen etäisyyden pitäisikin olla vähintään 20 metriä, jotta väliin jäisi alue, jonne polun vaikutukset eivät ulotu.