Modelling ecological values in heterogeneous and dynamic landscapes with geospatial data

Our surrounding landscape is in a constantly dynamic state, but recently the rate of changes and their effects on the environment have considerably increased. In terms of the impact on nature, this development has not been entirely positive, but has rather caused a decline in valuable species, habitats, and general biodiversity. Regardless of recognizing the problem and its high importance, plans and actions of how to stop the detrimental development are largely lacking. This partly originates from a lack of genuine will, but is also due to difficulties in detecting many valuable landscape components and their consequent neglect. To support knowledge extraction, various digital environmental data sources may be of substantial help, but only if all the relevant background factors are known and the data is processed in a suitable way. This dissertation concentrates on detecting ecologically valuable landscape components by using geospatial data sources, and applies this knowledge to support spatial planning and management activities. In other words, the focus is on observing regionally valuable species, habitats, and biotopes with GIS and remote sensing data, using suitable methods for their analysis. Primary emphasis is given to the hemiboreal vegetation zone and the drastic decline in its semi-natural grasslands, which were created by a long trajectory of traditional grazing and management activities. However, the applied perspective is largely methodological, and allows for the application of the obtained results in various contexts. Models based on statistical dependencies and correlations of multiple variables, which are able to extract desired properties from a large mass of initial data, are emphasized in the dissertation. In addition, the papers included combine several data sets from different sources and dates together, with the aim of detecting a wider range of environmental characteristics, as well as pointing out their temporal dynamics. The results of the dissertation emphasise the multidimensionality and dynamics of landscapes, which need to be understood in order to be able to recognise their ecologically valuable components. This not only requires knowledge about the emergence of these components and an understanding of the used data, but also the need to focus the observations on minute details that are able to indicate the existence of fragmented and partly overlapping landscape targets. In addition, this pinpoints the fact that most of the existing classifications are too generalised as such to provide all the required details, but they can be utilized at various steps along a longer processing chain. The dissertation also emphases the importance of landscape history as an important factor, which both creates and preserves ecological values, and which sets an essential standpoint for understanding the present landscape characteristics. The obtained results are significant both in terms of preserving semi-natural grasslands, as well as general methodological development, giving support to science-based framework in order to evaluate ecological values and guide spatial planning.

Ympäröivä maisemamme on alati muuttuvassa tilassa, mutta viime aikoina muutosten nopeus ja niiden vaikutukset ympäristöön ovat kasvaneet. Luontoarvojen kannalta kehitys ei ole ollut pelkästään myönteistä, vaan monin paikoin lajistollisesti arvokkaat elinympäristöt ovat vähentyneet ja yleinen luonnon monimuotoisuus on kaventunut. Vaikka ongelma ja sen laajuus on yleisesti tunnistettu, ovat suunnitelmat ja toimet negatiivisen kehityksen pysäyttämiseksi paljolti keskeneräisiä. Osaltaan tämä johtuu tahtotilan puutteesta, mutta myös siitä että monet arvokkaista maisemakomponenteista ovat hankalasti havaittavia ja puutteellisesti tunnettuja, jolloin niihin ei osata kohdistaa tarvittavaa huomiota. Tässä yhteydessä erilaiset ympäristöön liittyvät digitaaliset tietolähteet voivat auttaa tiedon kartuttamisessa mutta vain, jos tarvittavat taustatekijät tunnetaan ja aineistoja osataan käsitellä soveltuvalla tavalla. Tässä väitöskirjassa keskitytään ekologisesti arvokkaiden maiseman ominaisuuksien tunnistamiseen geospatiaalisten aineistojen avulla, ja suositellaan käyttämään tätä tietoa aluesuunnittelun ja luonnonhoidon tarpeisiin. Tällä tarkoitetaan alueellisesti arvokkaiden lajien ja niiden elinympäristöjen havainnointia paikkatieto- ja kaukokartoitusaineistoja käyttäen, sekä tarkoitukseen sopivien analysointimenetelmien kehittämistä. Tutkimuksen kohteena on lounaissuomalainen maisema hemiboraalisessa kasvillisuusvyöhykkeessä, ja etenkin alueella esiintyvät arvokkaat perinnemaisemat, joilla pitkäkestoinen laidunnus ja hoitotoimenpiteet ovat luoneet monimuotoisen eliölajiston. Tutkimuksessa kehitetään yleistettäviä menetelmiä, ja saatuja tuloksia voidaan soveltaa myös laajempiin käyttötarkoituksiin. Tärkeässä osassa ovat erilaiset tilastollisiin tekijöihin ja muuttujien yhteisvaihteluun perustuvat mallinnusmenetelmät, joilla suuresta määrästä alkuperäisaineistoja erotetaan halutut ominaisuudet. Mallinnukset tehdään yhdistämällä useita maiseman ajallisia ja alueellisia muutoksia kuvaavia paikkatietoaineistoja. Väitöskirjan tulokset osoittavat, että maiseman dynamiikan ymmärtäminen ja muutosten tulkinta on olennaista luontoarvoiltaan tärkeiden kohteiden löytämiseksi. Tämä vaatii tietoa tutkitun ilmiön syntymekanismeista ja tehtävään käytetyistä aineistoista, mutta usein myös havainnoinnin kohdistamista riittävän yksityiskohtaiseen vaihteluun jonka avulla pirstoutuneita ja osin päällekkäisiä maisemakomponentteja voidaan tunnistaa. Näiden syiden takia valmiiksi luokitellut aineistot ovat usein liian yleistettyjä soveltuakseen sellaisenaan pienialaisten maisemakohteiden löytämiseen, mutta niitä voidaan kuitenkin hyödyntää osana pidempää työketjua. Tutkimuksen tulokset tukevat sitä tulkintaa, että maiseman nykytilaa edeltävät muutokset ovat olennaisia ekologisia arvoja maisemassa säilyttäviä tekijöitä.Tästä syystä on erityisen tarpeellista tuntea maiseman menneisyys osana nykyistä maisemarakennetta. Saadut tulokset ovat merkittäviä niin perinnemaisemien säilyttämisen kuin maisemaekologisen tutkimuksen menetelmäkehityksenkin kannalta, ja ne tukevat paikkatietoon ja tieteelliseen tutkimukseen perustuvaa luonnonsuojelua ja aluesuunnittelua.