Search

This doctoral thesis aims to review methods which use high-resolution remote sensing (RS) to evaluate the changes in degraded and restored northern peatlands and to test and develop these topo-hydrological methods. A significant share of peatlands worldwide is degraded and encountered subsidence due to land use and drainage. Recently, activities have been directed increasingly to mitigating environmental impacts and to restoration. Understanding the state and characteristics of degradation, as well as monitoring restoration success, is important in the sustainable management of peatlands. Conventionally, the state of peatlands has been monitored using laborious field surveys that are poorly suited for monitoring larger areas. Monitoring the internal heterogeneity of the site or larger regional, national or international areas requires more applicable methods. This thesis reviews the available remote sensing methods to observe the land cover, water flow routes, and surface soil moisture on peatlands. In addition, the magnitude and impacts of topographical changes on peatland hydrology were demonstrated at eight sites. The analysis showed the subsidence of cultivated peatlands, which have caused a spread of annual river floods by 101–194% over the last 24–51 years. On forestry-drained peatlands, topographic flow accumulation and wetness indices showed that restoration increased the site wetness by 2.9–6.9% and decreased its deviation by 13–15% 1–10 months after the restoration. The methods used emphasized the determinative role of topography in the hydrological conditions of peatlands. RS is well applicable in peatland monitoring, providing advanced large-coverage and/or high-detail monitoring data. Each method, however, includes specific technical challenges and development needs, and field measurements will also be needed in the future to support the remote sensing data and analysis. The production of the data might be laborious and require adjunct resources. For many areas, open data, such as national aerial imageries and digital terrain models, can be utilized. The reviewed RS methods can be used to study the hydrological and topographical attributes specific to each peatland use. The results from the sites can be applied to guide agricultural land use management and develop restoration practices. Tiivistelmä Tämän väitöskirjan tarkoituksena on koota tarkan resolution kaukokartoitusmenetelmiä soiden kuivatuksesta ja ennallistamisesta aiheutuneiden muutosten arvioimiseen sekä testata ja kehittää valittuja topo-hydrologisia menetelmiä. Merkittävä osuus maailman soista on häiriintynyt, ja maa on painunut maankäytön ja kuivatuksen seurauksena. Toimintaa on alettu suunnata yhä enemmän ympäristövaikutusten lieventämiseen ja ennallistamiseen. Soiden muuttuneen hydrologian ymmärtäminen ja toisaalta toteutettujen toimenpiteiden onnistumisen arviointi ovat soiden tavoitteidenmukaisen ja kestävän käytön edellytys. Perinteisesti soita on seurattu työläillä kenttämenetelmillä. Suon sisäisen vaihtelun kattaviin sekä alueellisiin, kansallisiin ja kansainvälisiin seurantoihin tarvitaan soveltuvampia menetelmiä. Tässä väitöskirjassa kootaan kaukokartoitusmenetelmiä maanpinnan peitteen sekä veden kulkureittien ja suon pintakosteuden tarkastelemiseen. Lisäksi maanpinnan korkeusaseman muutosten vaikutuksia suon hydrologialle demonstroitiin kahdeksalla tutkimuskohteella. Turvepelloilla testattiin menetelmää, joka osoitti turvemaiden painumisen aiheuttaneen viereisen joen vuotuisen tulvan peittämän alueen laajentuneen 101–194 % kuluneiden 24–51 vuoden aikana. Metsätaloutta varten ojitetuilla soilla puolestaan todettiin topografisten virtauskertymien ja märkyysindeksien avulla ennallistamisen lisänneen tutkimusalueiden keskimääräistä märkyyttä 2.9–6.9 % sekä pienentäneen sen vaihteluväliä 13–15 % 1–10 kk aikana ennallistamisen jälkeen. Testatut menetelmät tähdensivät topografian merkitystä hydrologisten olosuhteiden määräytymisessä. Kaukokartoitus soveltuu hyvin soiden tilan seurantaan ja sillä saadaan tuotettua kattavia tarkan resoluution aineistoja. Kuhunkin menetelmään kuitenkin liittyy omat tekniset haasteensa ja kehitystarpeensa, ja kenttämittauksia tarvitaan myös jatkossa kaukokartoitusaineistojen ja -analyysien tukena. Aineistojen tuottaminen voi olla työlästä ja vaatia lisäresursseja. Monilla alueilla on mahdollista hyödyntää valmiita, avoimia aineistoja kuten kansallisia ilmakuvakokoelmia ja korkeusmalleja. Koottuja menetelmiä voidaan hyödyntää soiden erilaisiin käyttömuotoihin liittyvissä topografisissa ja hydrologisissa tutkimuksissa. Tutkimuskohteilta saatuja tuloksia voidaan käyttää ohjaamaan soiden maankäyttöä ja kehittämään ennallistamismenetelmiä.

Helmi-elinympäristöohjelma on EU:n biodiversiteettistrategiaan kytkeytyvä kansallinen luonnon monimuotoisuuden turvaamisen ohjelma, joka lisää merkittävästi Suomen luonnon ennallistamiseen, kunnostukseen ja hoitoon käytettäviä resursseja. Valtioneuvoston periaatepäätöstä varten toteutettua Helmi-elinympäristöohjelman vaikutusten arviointia käsitellään artikkelissa laajemmin työkaluna biodiversiteetin ja ekologisen siirtymän monitasohallinnoinnin ymmärtämiseen. Asiantuntijoiden tunnistamia taloudellisia, viranomais-, ympäristö- ja muita yhteiskunnallisia vaikutuksia tarkastellaan suhteessa eri valtion toimijoiden ajamiin tavoitteisiin sekä toimijoiden välisiin valtasuhteisiin. Helmi-elinympäristöohjelmalla on potentiaalia tehostaa valtionhallinnon toimijoiden toimintaa, mutta samalla se nostaa esiin jännitteitä liittyen luonnonvarojen käytön ja luonnon suojelun välisiin intressiristiriitoihin ja pyrkimyksiin häivyttää niitä, mittaamisen tapojen ja tietojärjestelmien kytkeytymisestä päätöksenteon legitimiteettiin, sekä eri toimijoiden rooleihin. Vaikka ennallistamis- ja kunnostamistoimet luovat edellytyksiä luontoarvojen palautumiselle luoden samalla yritystoimintaa, Helmi-elinympäristöohjelman vapaaehtoisuus ja talousvaikutusten arvioinnin korostuminen nähdään merkkinä luonnonsuojeludiskurssin alisteisuudesta talousdiskurssille, mikä asettaa reunaehtoja ohjelman vaikuttavuudelle, ja lisää myös arvioinnissa tunnistettuja epävarmuuksia. Ekologisen siirtymän edellyttämä kokonaisvaltaisempi hallintorakenteiden muutos vaatii toimijoiden roolien ja valtasuhteiden uudelleenmäärittymistä, ja näiden rakenteiden näkyväksi tekeminen muun muassa tutkimuksen keinoin edistää ekologisen siirtymän saavuttamista. Helmi-elinympäristöohjelman rooli monitasoisena ja hallinnonalojen rajat ylittävänä ohjelmana tuo esiin siihen liittyviä haasteita, mutta myös mahdollistaa muutosta hallinnon toimintatapoihin, monimuotoisuuden ympärillä käytävään diskurssiin, ja Suomen monimuotoisuuden tilaan., Helmi habitat programme is a national programme for the safeguarding of biodiversity, linked to the EU biodiversity strategy, and it increases the resources of ecological restoration and management in Finland. An impact assessment of the programme is analysed as a tool for understanding the multi-scalar governance of biodiversity and transformative change. The potential impacts recognised by experts are considered in relation to the varying interests pursued by governmental actors. The programme enhances the cooperation between governmental actors, but also highlights the tensions related to the extraction of natural resources and environmental protection, and the links between environmental data production and the legitimacy of decision-making. Restoration creates the conditions for the recovery of natural values, but the voluntary basis of the programme and an emphasis on evaluating the economic impact of the programme are seen as a sign of prioritising economic growth over environmental protection. An overhaul of the governmental structure is required to achieve transformative change, and this requires that the power relations between actors are redefined and made visible. The role of the programme as a multi-scalar programme crossing administrative boundaries enables change in the governmental operating principles, the discourse around biodiversity, and the state of biodiversity in Finland.

1. To prevent local species extinction and to counteract population declines, we must ensure species have access to resources they require for life. This can be done through ecological restoration where previously depleted resources are reintroduced. If the restoration is conducted as a one-off action in a large area, it resembles a natural resource pulse, which should lead to increased abundance of individuals, accompanied possibly by increased species richness. Species–energy relationship and underlying theory enable predictions about how different features of resource pulses affect species richness. 2. We conducted a large-scale, controlled, randomized and replicated field experiment to study the effect of a resource addition on polypore species richness in a previously managed boreal forest landscape in Finland. We manipulated the amount and distribution of dead wood and studied the effects on polypore assemblages on added and natural dead wood during nine years after manipulation (2004–2012). 3. By adding dead wood, species richness grew, mainly through increasing abundances: a large amount of dead wood resulted in higher abundance, higher number and faster accumulation of species than a small amount of dead wood. 4. For a given abundance, dead wood addition contained fewer species than natural dead wood. This is most probably because added dead wood was of low diversity and provided habitat only for a limited number of species. 5. Species richness on natural dead wood increased substantially during the study period, and this increase was not related to the resource manipulation. Thus, habitat improvement through natural succession can occur within a relatively short time period irrespective of human intervention. 6. Synthesis and applications. We demonstrate how the introduction of dead wood additions can strengthen polypore populations. The species taking advance of the introduced resource were primarily common species, instead of rare or red-listed species. Thus, we recommend ensuring the natural formation of dead wood while the populations of the common species supporting ecosystem functions can be increased by adding dead wood in the landscape. peerReviewed

Successional and other temporal habitat changes may also affect conservation areas and reduce their conservation value. Active management to promote vulnerable habitat features may be an effective, but controversial, solution. Old deciduous trees and deciduous dead wood in boreal forest reserves are examples of habitat features that may be lost during succession, yet several threatened species, including the white-backed woodpecker (Dendrocopos leucotos), are dependent on them. Encroaching spruce have been removed from white-backed woodpecker territories to promote the regeneration of deciduous trees and to preserve habitat quality, although the efficiency of this treatment is unclear. In this study, we measured the canopy tree potential (integrating the number, height and condition) of aspen, birch and spruce saplings, and the number and basal area of mature trees in control and treatment sites 2–12 years after spruce removal. The canopy tree potential of aspen saplings increased on treated sites, along with a decrease in the number of spruce saplings and mature spruce trees. We found no evidence that spruce removal would benefit birch saplings. For both aspen and birch saplings, the abundance of mature trees of the same species increased their canopy tree potential more than spruce removal. Overall, our results indicate that spruce removal facilitates aspen regeneration, particularly in areas where large mature aspen trees are present. The lack of birch regeneration, however, indicates that maintaining a full array of important habitat characteristics in white-backed woodpecker territories may require a more comprehensive set of management tools than simply removal of spruce. peerReviewed

Drainage is known to affect peatland natural hydrology and water quality, but peatland restoration is considered to ameliorate peatland degradation. Using a replicated BACIPS (Before-After-Control-Impact Paired Series) design, we investigated 24 peatlands, all drained for forestry and subsequently restored, and 19 pristine control boreal peatlands with high temporal and spatial resolution data on hydroclimate and pore water quality. In drained conditions, total nitrogen (Ntot), total phosphorus (Ptot), and dissolved organic carbon (DOC) in pore water were several-fold higher than observed at pristine control sites, highlighting the impacts of long-term drainage on pore water quality. In general, pore water DOC and Ntot decreased after restoration measures but still remained significantly higher than at pristine control sites, indicating long time lags in restoration effects. Different peatland classes and trophic levels (vegetation gradient) responded differently to restoration, primarily due to altered hydrology and varying acidity levels. Sites that were hydrologically overrestored (inundated) showed higher Ptot, Ntot, and DOC than well-restored or insufficiently restored sites, indicating the need to optimize natural-like hydrological regimes when restoring peatlands drained for forestry. Rich fens (median pH 6.2–6.6) showed lower pore water Ptot, Ntot, and DOC than intermediate and poor peats (pH 4.0–4.6) both before and after restoration. Nutrients and DOC in pore water increased in the first year postrestoration but decreased thereafter. The most important variables related to pore water quality were trophic level, peatland class, water table level, and soil and air temperature., published version, peerReviewed

Verkostonäkökulma korostuu vahvasti luonnonsuojelun suunnittelussa Suomessa ja maailmalla. Suojelualueita ei voi nähdä yksittäisinä eristyneinä alueina, vaan luonnonsuojelualueiden verkosto ja koko ympäröivä maisema ylläpitävät yhdessä tietyn alueen eliölajistoa. Parhaiden alueiden kytkeytyvyyden varmistamista ja verkostojen ylläpitämistä on myös ehdotettu ratkaisuksi biodiversiteetin säilyttämiselle, kun ilmastonmuutos pakottaa lajeja siirtymään uusille asuinalueille. Verkostonäkökulma kannattaa huomioida myös ennallistamiskohteiden valinnassa – mikä ei kuitenkaan ole yksiselitteistä ja helppoa. nonPeerReviewed

nonPeerReviewed

nonPeerReviewed