Effects of recreational use and fragmentation on the understorey vegetation and soil microbial communities of urban forests in southern Finland

The impacts of fragmentation and recreational use on the hemiboreal urban forest understorey vegetation and the microbial community of the humus layer (the phospholipid fatty acid (PLFA) pattern, microbial biomass and microbial activity, measured as basal respiration) were examined in the greater Helsinki area, southern Finland. Trampling tolerance of 1) herb-rich OMT, 2) mesic MT, and 3) sub-xeric VT forests (in decreasing order of fertility) was studied by comparing relative understorey vegetation cover (urban/untrampled reference ratio) of the three forest types. The trampling tolerance of forest vegetation increased with the productivity of the site (sub-xeric < mesic < herb-rich). Wear of understorey vegetation correlated positively with the number of residents (i.e., recreational pressure) around the forest patch. An increase of 15000 residents within a radius of 1 km around a forest patch was associated with ca. 30% decrease in the relative understorey vegetation cover. The cover of dwarf shrub Vaccinium myrtillus in particular decreased with increasing levels of wear. The cover of mosses in urban forests was less than half of that in untrampled reference areas. Cover of tree saplings, mainly Sorbus aucuparia, and some resilient herbs was higher than in the reference areas. In small urban forest fragments, broad-leaved trees, grasses and herbs were more abundant and mosses were scarcer than in larger urban forest areas. Thus, due to trampling and edge effects, resilient herb and grass species are replacing sensitive dwarf shrubs, mosses and lichens in urban forests. Differences in the soil microbial community structure were found between paths and untrampled areas and the effects of paths extended more than one meter from the paths. Paths supported approximately 25-30% higher microbial biomass with a transition zone of at least 1 m from the path edge. However, microbial activity per unit of biomass was lower on paths than in untrampled areas. Furthermore, microbial biomass and activity were 30-45% lower at the first 20 m into the forest fragments, due to low moisture content of humus near the edge. The decreased microbial activity detected at forest edges and paths implies decreased litter decomposition rates, and thus, a change in nutrient cycling. Changes in the decomposition and nutrient supply may in turn affect the diversity and function of plant communities in urban forests. Keywords: boreal forest vegetation, edge effects, phospholipid fatty acids, trampling, urban woodlands, wearTässä tutkimuksessa selvitettiin virkistyskäytön ja pirstoutumisen vaikutuksia kaupunkimetsien aluskasvillisuuteen ja maaperän mikrobiyhteisöön pääkaupunkiseudulla. Lisäksi vertailtiin kolmen yleisimmän metsätyypin, puolukka- (VT), mustikka- (MT) ja käenkaali-mustikkatyypin (OMT), aluskasvillisuuden kulutuskestävyyttä. Työssä havaittiin, että kasvupaikan ravinteisuuden lisääntyessä myös kulutuskestävyys lisääntyi. Tutkituista metsätyypeistä herkin oli puolukkatyypin kuivahko kangas (VT) ja kestävin käenkaali-mustikkatyypin lehtomainen kangas (OMT). Aluskasvillisuus oli kuluneinta metsiköissä, joiden ympärillä asukasmäärä oli suurin. Kun asukasmäärä kilometrin säteellä metsiköstä kasvoi 15000 asukkaalla, aluskasvillisuuden suhteellinen peittävyys väheni noin 30%. Erityisesti mustikan peittävyys väheni kulutuksen lisääntyessä. Sammalten peittävyys kaupunkimetsissä oli vain alle puolet sammalten peittävyydestä tallaamattomilla vertailualueilla. Sitä vastoin puiden taimien, erityisesti pihlajan, sekä joidenkin kestävien ruohovartisten kasvien peittävyydet olivat kaupunkimetsissä suuremmat kuin vertailualueilla. Pienissä metsäpirstaleissa lehtipuut, heinät ja ruohot olivat runsaita ja sammalet vähäisiä. Lisääntyvä virkistyskäyttö ja pirstoutuminen muuttavat siis kaupunkimetsien kasvillisuutta lehtipuu, ruoho- ja heinävaltaisemmaksi sammalten ja varpujen kustannuksella. Tutkimuksessa havaittiin, että tallauksen aiheuttama kulutus muuttaa mikrobiyhteisön rakennetta paitsi poluilla myös polkujen ympäristössä. Vaikutus ulottui yli metrin päähän poluista. Mikrobibiomassa oli 25-30% suurempi poluilla kuin tallaamattomilla alueilla. Kuitenkin mikrobiaktiivisuus biomassayksikköä kohti oli alhaisempi poluilla kuin yli metrin etäisyydellä poluista. Metsien pirstoutumisen aiheuttama reunavaikutuksen kasvu vaikuttaa mikrobiyhteisöön osin saman suuntaisesti. Metsien reuna-alueet ovat paahteisempia, tuulisempia ja kuivempia kuin metsien sisäosat. Nämä reunavaikutukset aiheuttavat suoria muutoksia sekä kasvillisuudessa että maaperän mikrobistossa. Sekä mikrobibiomassa että -aktiivisuus olivat 30-45% alhaisempia metsien reunoissa kuin metsien sisäosissa, sillä noin kahdenkymmenen metrin levyisellä reunavyöhykkeellä maaperä oli liian kuivaa kosteutta vaativille mikrobeille. Alentunut mikrobiaktiivisuus poluilla ja metsien reunoissa voi hidastaa karikkeen hajoamista ja aiheuttaa muutoksia maaperän ravinnekierrossa. Tällöin kasvien ravinteiden saanti voi heikentyä. Kaupunkimetsien alkuperäisen kasvillisuuden säilymisen ja maaperän mikrobiston normaalin toiminnan kannalta on tärkeää säilyttää riittävän suuria yhtenäisiä metsäalueita kaupungeissa. Koon lisäksi metsän muoto on tärkeä, sillä alle 40 metriä leveät metsäsuikaleet ovat kokonaan muuttunutta reunavyöhykettä. Sen sijaan esimerkiksi pyöreän, kolmen hehtaarin kokoisen metsikön pinta-alasta vähintään neljännes on reunavaikutuksen tavoittamattomissa olevaa metsän sisäosaa. Virkistyskäyttöön tarkoitettujen kaupunkimetsien suunnittelussa tulisi ottaa huomioon metsien riittävä koko sekä niiden määrä suhteessa asukaslukuun. Kulun ohjaaminen hyvin suunnitellun polkuverkoston avulla on vättämätöntä kasvillisuudeltaan herkkien alueiden suojelemiseksi. Asiasanat: boreaalinen metsäkasvillisuus, kuluminen, reunavaikutus, taajamametsät, tallau