Metsäpalot ovat häiriötekijöitä, jotka vaikuttavat merkittävästi metsiin, erityisesti Välimeren alueella. Perinteinen metsänhoito ja -suunnittelu tähtää usein tavoitteisiin, joissa ei välttämättä huomioida metsäpalojen ehkäisyä tai niihin sopeutumista, kuten metsien vastustuskyvyn ja palautumiskyvyn vahvistamista. Tämä väitöskirja esittelee työkaluja, joilla metsäpalojen ehkäisy ja niihin sopeutuminen voidaan integroida strategiseen metsäsuunnitteluun. Erityisesti voidaan ottaa huomioon metsäpalojen lisääntyneet vaikutukset ja pyrkiä vähentämään ja ehkäisemään niiden haitallisia seurauksia metsäekosysteemeille. Ensimmäinen tutkimus tarkastelee palojen syttymisen taustalla olevien tekijöiden kokoeroja Välimeren maisemissa ja antaa suosituksia siitä, millaisia ehkäisytoimenpiteitä tulisi toteuttaa alueilla, joilla on vaihteleva todennäköisyys pienten, keskisuurten tai suurten palojen syttymiseen. Toinen tutkimus keskittyy palojen toistuvuuden kartoittamiseen ja arviointiin sekä tutkii tekijöitä, jotka vaikuttavat uudelleen palaneisiin alueisiin, huomioiden analyysissä palon jälkeisen kasvillisuuden ja ensimmäisen palon ajoituksen roolin. Viimeinen tutkimus tarkastelee palon jälkeisiä kuolleisuusmalleja yksilajisissa- ja sekametsissä, keskittyen Espanjan metsien palonkestävyydessä eri lajiyhdistelmiin, niiden sekoitustasoon sekä paloihin liittyvien ominaisuuksien ja strategioiden vaikutuksiin. Kehitetyt menetelmät perustuvat mallinnuksen ja ekologisten lähestymistapojen yhdistämiseen, hyödyntäen spatiaalista analyysiä paloriskin arvioinnissa. Tutkimuksissa esitetään vaiheittainen lähestymistapa paloriskin arvioimiseksi, perustuen palaneen alan todennäköisyyden laskentaan ja tämän jälkeen arvioon tulipalon aiheuttamista vahingoista paloherkissä metsissä. Valitut mallinnusmuuttujat sekä esiintymisen, toistumisen että vahinkojen suhteen ovat keskeisiä paloriskin huomioimisessa strategisessa metsäsuunnittelussa. Kehitetyt mallit ja tutkimustulokset tarjoavat tärkeitä työkaluja palontorjunta- ja sopeutumisstrategioiden ohjeistamiseen tulevaisuudessa.
Suomen metsäteollisuus kohtaa vuosittain merkittäviä haasteita tuoreen raakapuun saatavuuden turvaamisessa, mikä johtuu metsämaaston ja metsäteiden kantavuuden kausittaisesta heikkenemisestä. Maaston kantavuus määräytyy pitkälti maaperän fysikaalisten ominaisuuksien perusteella, mikä vaikuttaa ratkaisevasti mekaanisesti toteutettujen metsätaloustoimenpiteiden kustannustehokkuuteen ja työn laatuun. Nykyisin saatavilla olevan kulkukelpoisuustiedon tarkkuus ei kuitenkaan ei ole riittävän tarkkaa kuviokohtaisten reittisuunnitelmien tuottamiseksi. Vastaavasti ympärivuotisesti raskaalle kalustolle soveltuvien metsäteiden määrä on rajallinen, ja tienkunnon manuaalinen arviointi on resursseja vaativaa. Näin ollen tarvitaan mallipohjaisia menetelmiä, jotka hyödyntävät olemassa olevaa dataa metsäkoneiden reittisuunnittelussa sekä tienhoitotoimien kohdentamisessa. Tämän väitöskirjan tavoitteena on tarkastella menetelmiä maaston kulkukelpoisuuden ja metsäteiden kantavuuden ennustamiseksi, hyödyntäen erityisesti gammaspektrometriaa.
Väitöskirja koostuu kolmesta osatutkimuksesta, joissa hyödynnettiin Itä-Suomen alueelta kerättyä maaperä- ja metsätietietoa sekä gammasäteilyaineistoa. Ensimmäisessä ja kolmannessa osatutkimuksessa mallinnettiin pienipiirteisiä maaperän ominaisuuksia (kivisyys, maakerroksen paksuus, turpeen paksuus) käyttäen sekä ilmasta että maastosta tehtyjä gammaspektrometrisia mittauksia. Kolmannessa osatutkimuksessa tarkasteltiin lisäksi näiden kahden mittausmenetelmän tuottamien aineistojen välistä korrelaatiota. Analyysimenetelminä käytettiin ordinaaliregressiota ja lineaarista diskriminanttianalyysiä. Toinen osatutkimus keskittyi metsäteiden kantavuuden mallintamiseen helposti mitattavien tie- ja maasto-ominaisuuksien avulla käyttäen lineaarisia sekamalleja.
Kolmannen osatutkimuksen perusteella ilmasta ja maastosta mitattujen gammaspektrometristen aineistojen välinen korrelaatio oli heikko. Ensimmäinen ja kolmas osatutkimus tuottivat lupaavia tuloksia maaperäominaisuuksien ennustamisessa, saavuttaen jopa 70 % tarkkuuden kivisyyden ja maakerroksen paksuuden osalta. Toinen osatutkimus saavutti kohtalaisen tason kantavuuden ennustamisessa (tarkkuus 34 %, RMSE% 36 %). Tulokset osoittavat gammaspektrometrian potentiaalin metsätalouden kannalta keskeisten maaperän ominaisuuksien sekä metsäautoteiden kantavuuden ennustamisessa.
Ravinnon lähteestä energian saantiin, metsät ovat elintärkeitä niin ihmisille kuin niille 8,7 miljoonalle muulle lajille, jotka asuttavat maapalloa. Metsäpolitiikka, jonka kautta pyritään hallinnoimaan metsiä erilaisia käyttötarkoituksia varten, heijastelee aina erinäisten eturyhmien tavoitteita ja pyrkimyksiä sekä sitä historiallista ajanjaksoa, jossa se tapahtuu. Metsät ovat luonnostaan poliittisia, ja niin on myös se prosessi, jonka kautta tietoa tuotetaan ja suodatetaan poliittiseen päätöksentekoon. Tässä prosessissa jotkin mahdollisuudet suljetaan pois, toisin sanoen vaiennetaan. Erehdykset ovat inhimillisiä, mutta erehdyksessä eläminen on pirullista. Aikana, jossa ihmisten kunnianhimoinen resurssien kulutus on sytyttänyt metsät ympäri maailmaa palamaan, on ratkaisevan tärkeää – ellei jopa eettisesti välttämätöntä – tarkastella tarkemmin kyseisten politiikkatoimien taustalla olevia perusolettamuksia. Koska tekemisen tavat juontuvat tietämisen tavoista, aiempien virheiden ymmärtäminen ja niistä irtautuminen edellyttävät ontologista muutosta. Tämän tutkimuksen taustalla on pyrkimys ymmärtää miten länsimaiset tieteelliset ja poliittiset käytännöt ovat puhetta ja ääntä (Logos) etuoikeuttamalla tuottaneet erilaisten näkökulmien vaientamista, täten estäneet niitä tulemasta kuulluksi ja hidastaen vaihtoehtoisten kehityskulkujen toteutumista.
Tämä tutkimus analysoi ympäristöön liittyvän tietopolitiikan epistemologisia ja ontologisia perusteita tarkastelemalla metsäpolitiikkaa Ruotsissa, Kamerunissa ja Kongon demokraattisessa tasavallassa. Tutkimus tarkastelee metsien hallintaa ja puukauppaa moniteoreettisen linssin läpi, joka koostuu uusmaterialistisesta lähestymistavasta tietoon, ekstraktivistisesta lähestymistavasta luonnonvarojen hallintaan sekä foucault’laisesta lähestymistavasta diskurssiin ja alistamiseen. Väitöskirjan tutkimusmenetelmät yhdistävät arkistotutkimusta, kenttätyötä, puolistrukturoituja haastatteluja ja kriittistä diskurssianalyysiä metsäpolitiikkaan vaikuttavien perusoletusten ja valtadynamiikan paljastamiseksi.
Tutkimuksen keskiössä on poliittisen diskurssin tarkastelu sen sulautuessa niihin tiedon muotoihin, joista se ammentaa legitimiteettinsä. Koska politiikka usein ”luo” ensin ne ongelmat, joita se pyrkii ratkaisemaan, tutkimuksessani analysoin ensin, miten ongelmien esitystavat vaikuttavat metsäpolitiikan muotoiluun Ruotsissa, Kamerunissa ja Kongon demokraattisessa tasavallassa. Tämän jälkeen tarkastelen kriittisesti kyseisten problematisointien taustalla vaikuttavaa tietoa, keskittyen siihen, miten vallitsevien tietämisen muotojen valinta ja muiden tiedon muotojen marginalisointi ovat muokanneet ja ylläpitäneet vallitsevaa politiikkaa.
Vaikeneminen kertoo paljon – sekä politiikan problematisoinnin kohdalla että sen perustana olevasta tiedosta. Tutkimukseni keskeiset havainnot osoittavat, että sukupuolten epätasa-arvo Ruotsin metsäsektorilla on muotoiltu ensisijaisesti edustuksen ongelmaksi, politiikan keskittyessä naisten osallistumisen lisäämiseen ilman syvällisempää puuttumista systeemisiin ongelmiin, samaistaen samalla metsäsektorin puuteollisuuteen. Kongon altaan alueen kontekstissa ”isännättömän joutomaan” käsitteen avulla on historiallisesti oikeutettu metsävarojen haltuunotto ja alkuperäiskansojen tietämyksen ja käytäntöjen syrjäyttäminen. Hiilimarkkinoiden kasvavan spekulatiivisen paineen keskellä, tämä tutkimus tuo esiin käsitteen ”intraction”, joka kuvaa luonnonvarojen immobilisoimista hiilihyvitysten saamiseksi. Käsite myös korostaa historiallisten ekstraktivististen toimintatapojen ja nykyisten suojelupyrkimysten välisiä yhtäläisyyksiä, joihin molempiin liittyy paikallisten käyttötapojen vaientaminen. Lopuksi tutkimuksessa tarkastellaan kriittisesti, miten toiminnan läpinäkyvyys on problematisoitu puutavaran arvoketjuissa. Tämä tarkastelu havainnollistaa, miten prosessien läpinäkyvyyden samaistaminen datan saatavaksi tekemiseksi, voi peittää alleen taustalla olevaa vastarintaa ja tiedon suvereniteetteja, samalla hyödyttäen olemassa olevia tiedonvälittäjiä ja vahvistaen vallitsevia valta-asetelmia. Metsäpoliittisia diskursseja ja niiden taustalla olevaa tietoa tutkimalla tämä väitöskirjatutkimus osoittaa, miten valikoivaa politiikka on. Tässä tutkimuksessa kehitän hiljaisuuksia ja vaientamista koskevaa tutkimusalaa ja osoitan, että hiljaisuus voi toimia alistamisena tai hyväksymisenä, mutta myös vastarintana tai vapautumisena. Kehitän lisäksi teoreettisia ja metodologisia lähestymistapoja hiljaisuuksien ja vaientamisen ymmärtämiseen vallankäytön, tiedon rakentamisen ja havaitsemisen rajallisuuden prisman läpi. Hiljaisuuksien ymmärtäminen edellyttää sekä epistemologisten että ontologisten näkökulmien muuttamista. Tätä kautta voidaan kehittää osallistavampia ja tehokkaampia hallinnan malleja.
Tämän tutkimuksen johtopäätös on, että hiljaisuuden kuunteleminen herkällä korvalla voi tuoda paremmin esiin sen, mitä politiikasta puuttuu. Koska uudet toimintatavat edellyttävät uusia ajattelutapoja, tämä väitöskirja peräänkuuluttaa tarvetta ”more-than-representational” (ei-vain-edustuksellisille) -lähestymistavoille tulevassa tutkimustyössä.
Metsillä on erityinen rooli luonnon monimuotoisuuteen liittyvässä päätöksenteossa, sillä ne kattavat noin 80 % maaekosysteemien monimuotoisuudesta maailmanlaajuisesti. Metsäkasvillisuuden rakenne ja sen moninaisuus vaikuttavat paikalliseen monimuotoisuuteen muokkaamalla mikroilmastollisia olosuhteita, tarjoamalla suojaa ja lisääntymispaikkoja, sekä vaikuttamalla resurssien ja ekologisten lokeroiden jakautumiseen ja saatavuuteen. Metsien kasvillisuuden rakenteen arvioinnissa kaukokartoitusdataa, kuten lentolaserkeilausdataa (ALS; Airborne Laser Scanning) ja optista dataa (esim. ilma- ja satelliittikuvat), hyödynnetään laajalti. Tämän väitöskirjan tavoitteena oli tarkastella ALS-datan käyttömahdollisuuksia metsien biologisen ja rakenteellisen monimuotoisuuden arvioinnissa.
Ensiksi tehtiin katsaus ALS-datan hyödyntämisestä metsien biologisen ja rakenteellisen monimuotoisuuden arvioinnissa. Katsauksessa raportoitiin yleisimmin tutkitut aiheet ja yleisimmät tutkimusalueiden maantieteelliset sijainnit, sekä listattiin kaikista eniten käytetyt ja hyödyllisimmät ALS-metriikat. Toiseksi arvioitiin ALS-datan ja ilmakuvien yhteiskäyttöä ekologisesti arvokkaiden metsähaapojen tunnistuksessa. Haavan ekologista tärkeyttä alleviivaa se, että lukuisat haavasta riippuvat lajit ovat Punaisen listan lajeja. Kaukokartoitukseen perustuva haavan kartoitus on tunnetusti haastavaa, sillä haavat sekoittuvat eniten muiden lehtipuiden kanssa, mutta myös siksi, että haapoja esiintyy vain harvakseltaan. Haapojen harvalukuisuus otettiin huomioon tasapainottamalla opetusaineistoa niin kutsutulla SMOTE-menetelmällä (Synthetic Minority Oversampling TEchnique). Kolmanneksi arvioitiin ALS-datan ja Sentinel 2-satelliittikuvien yhteiskäyttöä metsikkökoealojen iän ennustamisessa. Kaukokartoitusmuuttujien lisäksi laskettiin maastoaineistosta kategorisia selittäjiä, joilla kuvattiin koealan kasvuolosuhteista. Koealojen iän ennustamisessa verrattiin lineaarista sekamallia (LME) ja tehostettua päätöspuumenetelmää, joka hyödyntää satunnaisvaikutuksia (GPBoost). Joillakin koealoilla oli edellisen puusukupolven niin kutsuttuja ylispuita (siemen- ja jättöpuita), jotka vaikeuttivat iän ennustamista näillä koealoilla. Ylispuut otettiin huomioon testaamalla vaihtoehtoista ennustusmenetelmää, joka sisälsi ylispuukoealojen luokituksen ennen iän ennustamista.
Tulokset osoittivat, että suurin osa ALS-perustaisesta metsien biologisen ja rakenteellisen monimuotisuuden tutkimisesta on tähän saakka tapahtunut Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa. Eläinekologia, kuollut puusto ja puulajien monimuotoisuusindeksit olivat eniten tutkittuja aihealueita. ALS-dataa käytettiin usein yhdessä muiden kaukokartoitusaineistojen, kuten ilma- ja satelliittikuvien kanssa, mikä oli erityisen hyödyllistä, kun puulajeja käsiteltiin suorasti tai epäsuorasti. Katsauksen perusteella ei löydetty yhtä selvää ALS-selittäjää, joka olisi hyödyllinen kaikenlaisessa metsien biologisen ja rakenteellisen monimuotoisuuden arvioinnissa. Kasvillisuuden korkeuden keskihajonta, keskiarvo ja variaatiokerroin olivat eniten hyödynnettyjä ja useimmiten hyödyllisiksi osoittautuneita ALS-selittäjiä.
Kookkaiden haapojen puu- ja koealatasojen luokittelutarkkuus parani, kun SMOTE-menetelmää hyödynnettiin harvinaisten haapahavaintojen augmentoinnissa. Ilmakuvaselittäjät osoittautuivat ALS-selittäjiä tärkeämmiksi kookkaiden haapojen tunnistamisessa. Eritoten lähi-infrakanava ja sen suhteet muiden ilmakuvakanavien kanssa olivat tärkeitä selittäjiä. Tulokset osoittavat, että kookkaiden haapojen tunnistaminen aidoissa populaatioissa on edelleen haasteellista.
Koealatason iän ennustamisessa GPBoost-menetelmä oli LME-menetelmää parempi, ja luokka-asteikollisten selittäjien mukaan ottaminen satunnaisvaikutuksina johti selvään ennustevirheen pienentymiseen. Ennustevirheen pieneneminen oli LME-malleissa suurempaa kuin GPBoost-malleissa. Kaikista parhaat tulokset saatiin, kun ylispuukoealojen luokitus tehtiin ennen iän ennustamista.
Tämä väitöskirja osoitti, että ALS-data tarjoaa arvokasta informaatiota metsäluonnon monimuotoisuuden arviointiin niin pienessä kuin suuressakin mittakaavassa. Se myös osoitti, että on tärkeää arvioida menetelmän tehokkuutta aineistolla, joka antaa realistisimman kuvan tarkasteltavasta populaatiosta. Tulevaisuudessa tarvitaan enemmän tutkimusta vähemmän tutkituista aiheista, kuten funktionaalisesta monimuotoisuudesta. Lisäksi GPBoost-menetelmää tulisi testata myös muiden metsää kuvaavien ominaisuuksien kuin iän ennustamisessa.
Hienojuurten tuotos ja hajotus ovat keskeisiä prosesseja, jotka vaikuttavat ravinteiden kiertoon ja hiilitaseeseen boreaalisilla soilla. Tämän väitöskirjan tavoitteena oli määrittää hienojuurten tuotos suometsissä, tarkastella tuotoksen vaihtelun syitä ja kehittää tilastollisia malleja tuotoksen ennustamiseen puuston, kasvupaikan ja ilmastotekijöiden perusteella (I). Toisena tavoitteena oli määrittää hienojuurten hajotusnopeus erityyppisissä ojitetuissa suometsissä ja verrata juurten hajotusnopeutta ojitetuissa suometsissä ja kivennäismaametsissä (II).
Hienojuurten tuotos (I) mitattiin juurisukilla 0–50 cm maakerroksessa yhteensä 28 ojitetulla suometsäkohteella Suomessa. Hienojuurten koealakohtainen tuotos oli kuivamassana 30–473 g m–2 vuodessa, keskiarvon ollessa 120 g m–2 vuodessa. Tuotoksesta 76–95 % oli 0–20 cm maakerroksessa. Tuotos vaihteli merkittävästi kasvupaikkatyypin mukaan ja väheni kasvupaikan karuuntuessa. Lisäksi tuotos oli sitä suurempi, mitä syvemmällä pohjavedenpinta oli. Puuston pohjapinta-ala oli paras yksittäinen tuotosta ennustava muuttuja, ja se selitti 16 % tuotoksen vaihtelusta. Malli, jossa selittäjinä olivat pohjapinta-ala ja kasvupaikkatyyppi, selitti 47 % hienojuurten tuotoksen vaihtelusta.
Hienojuurten hajotusnopeutta (II) tutkittiin karikepusseilla, jotka sisälsivät kolmen vallitsevan puulajin (mänty, kuusi, hieskoivu) ja metsäalvejuuren juuria. Näytteet sijoitettiin 0–30 cm maakerrokseen kuudella ojitetulla suometsäkohteella ja neljällä kivennäismaametsäkohteella Suomessa. Hajotusnopeus vaihteli merkittävästi maalajin ja kasvupaikkatyypin mukaan. Karuilla kasvupaikoilla hienojuurten hajotus oli hitaampaa suometsissä kuin vastaavissa kivennäismaakohteissa, kun taas rehevillä kohteilla hajotus oli hitaampaa kivennäismaakohteissa. Nopeinta hajotus oli rehevissä suometsissä. Näytteenottosyvyys ja juurten läpimitta vaikuttivat myös hajotusnopeuteen, joka oli hitaampi syvemmällä maassa ja paksummilla juurilla. Puulajeista kuusen juurilla oli hitain hajotusnopeus.
Yhteenvetona hienojuurten tuotos vaihteli merkittävästi kasvupaikkatyypin mukaan, ja tuotos oli suurempi syvemmällä pohjavedenpinnalla ja ravinteikkaissa olosuhteissa. Puuston pohjapinta-ala osoittautui tärkeäksi tuotoksen ennustajaksi. Hienojuurten hajotusnopeuteen vaikuttivat maalaji ja kasvupaikan ravinteisuustaso, juurten läpimitta ja näytteenottosyvyys. Hajotus oli nopeinta ravinteikkailla turvemailla ja hitainta syvemmissä maakerroksissa ja paksummilla juurilla. Tulokset tarjoavat arvokasta tietoa hienojuurten dynamiikan ja kasvupaikkatekijöiden välisistä suhteista ja lisäävät ymmärrystä hiilen kierrosta ojitetuissa suometsissä.
Tuhohyönteisten aiheuttamat häiriöt ovat lisääntyneet boreaalisissa metsissä viime vuosina. Nämä häiriöt johtuvat ensisijaisesti ihmisen aiheuttamasta monimuotoisuuden vähenemisestä, metsien heterogeenisyydestä sekä ilmastonmuutoksen aiheuttamista lämpötilan ja sademäärien muutoksista. Suomessa metsätuhohyönteisten esiintymistiheys on lisääntynyt ja tuhohyönteislajit ovat levinneet yhä pohjoisemmaksi. Lisätietoa tarvitaan, jotta voidaan ymmärtää mitkä tekijät altistavat metsiköt hyönteistuhoille.
Tämän väitöskirjan tavoitteena oli tutkia metsätuholaisten dynamiikkaa tarkastelemalla bioottisten ja abioottisten tekijöiden välisiä vuorovaikutuksia sekä niiden ekologisia ja taloudellisia vaikutuksia. Väitöskirjassa keskityttiin kahteen taloudellisesti merkittävään hyönteistuholaislajiin: pilkkumäntypistiäiseen (Diprion pini L.) ja kirjanpainajaan (Ips typographus L.). Tavoitteena oli tutkia ympäristötekijöitä, jotka altistavat metsiä hyönteisten aiheuttamille häiriöille sekä eri bioottisten ja abioottisten tekijöiden välisiä vuorovaikutuksia.
Ensimmäisessä tutkimuksessa selvitettiin miten luontaiset viholliset vaikuttavat pilkkumäntypistiäisen kotelokoppakuolemiin pitkittyneen massaesiintymän aikana. Metsän ominaisuudet, erityisesti kasvupaikan niukkaravinteisuus, näyttävät heikentävän luonnollisten vihollisten tehokkuutta. Toisessa tutkimuksessa selvitettiin mitkä puusto- ja maaperä- sekä metsikön topografiaa kuvaavat tekijät selittävät pilkkumäntypistiäisen aiheuttaman männyn (Pinus sylvestris L.) neulaskadon voimakkuutta. Vakavimmat tuhot esiintyvät maanpinnanmuodoiltaan tasaisimmilla ja maaperätekijöiltään korkeampaan ravinteikkuuteen viittaavilla kasvupaikoilla. Kolmannessa tutkimuksessa mitattiin pilkkumäntypistiäisen massaesiintymän vaikutukset männyn läpimitan kasvuun ja arvioitiin siihen liittyvät taloudelliset menetykset. Selvisi, että pitkittynyt neulaskato aiheuttaa merkittäviäkin kasvutappioita ja tappiot kasvavat neulaskadon voimistuessa. Lisäksi vakavasta neulaskadosta kärsineet puut eivät toipuneet 10 vuoden tutkimusjakson aikana. Neljäs tutkimus keskittyi ympäristötekijöihin, jotka altistavat kuusikot (Picea abies (L.) Karst.) kirjanpainajalle. Suurimmat todennäköisyydet voimakkaille kirjanpainajan aiheuttamille puusto-oireille löytyvät kasvupaikoiltaan ravinteikkailta itään päin avautuvilta ja kohtalaisen jyrkiltä rinteiltä, ohuen maakerroksen tai maaperän korkean hiili/typpi -suhteen omaavilta alueilta.
Metsän eri abioottiset ja bioottiset tekijät säätelevät tuholaisten dynamiikkaa ja lisäävät alttiutta tuhohyönteisten aiheuttamille häiriöille metsässä. Väitöskirjani keskeiset havainnot tulisi ottaa huomioon metsänhoitokäytännöissä, jotta tilanteeseen voidaan sopeutua sekä hillitä hyönteisten aiheuttamien häiriöiden vaikutuksia tulevaisuudessa.