Plant invasions in boreal agricultural habitats : the effects of environmental conditions, species traits and the impact on native diversity

Plant invasions cause a serious threat to native biodiversity. Agricultural habitats are highly disturbed and often invaded by the alien plant species. Generally, the success of a plant invader depends on the abiotic (e.g. climate, habitat properties) and biotic factors (e.g. the characteristics of the invader and interaction with the resident species). In this thesis, I determined the invasion level of alien plant species in Finnish agricultural habitats. In addition, I assessed the environmental conditions and species characteristics affecting plant invasions, and the alien species impact on native species richness and diversity. The invasion level of alien plant species varied between different types of semi-natural agricultural habitats, geographical regions and study years. Generally, more frequently disturbed and more intensively managed habitats (e.g. field and road verges) were more often invaded by alien plants than infrequently disturbed and managed habitats (e.g. grassland). However, the effect of disturbance regime tended to depend on residence time of the alien plant species, and vary among the alien plant species. The invasion level decreased towards north with decreasing temperature and increased towards east with increasing continentality. The geographical trends may be explained by climate, migration history and land-use intensity. In addition, alien plant species diversity increased with higher native plant species diversity. Thus, the results suggest that species interactions, especially competition, with resident plant species do not limit plant invasions in semi-natural agricultural habitats. The positive relationship between native and alien species may be caused by both suitable environmental conditions and spatial heterogeneity in environmental conditions partly created by disturbance of agricultural habitats. The species traits of alien plant species are habitat-specific and strongly related environmental conditions. I did not find evidence that alien plants species cause a severe threat to native plant diversity in Finnish semi-natural habitats. The most harmful invasive plant species are still rare in Finnish agricultural landscape. In the future, the pressure of establishment and spread of alien species can be assumed to increase. Thus, regular monitoring is needed for early detection of new species and detection of the changes in the distribution and the spread of established alien species. The fact that plant invasions are species-specific and depended on environmental characteristics calls for habitat- and species-specific studies on the impacts of alien species and on the determinants of plant invasion at multiple spatial scales.Vieraslajit voivat aiheuttaa vakavan uhan alkuperäisen lajiston monimuotoisuudelle. Maatalous on luonut vieraskasvilajeille suotuisia elinympäristöjä. Vieraskasvilajien menestymiseen vaikuttavat sekä lajin että kasvupaikan ominaisuudet, kuten ilmasto ja elinympäristön ominaisuudet. Tässä väitöskirjatutkimuksessa selvitettiin vieraskasvilajien esiintymistä sekä niiden runsauteen vaikuttavia ympäristötekijöitä puoliluonnontilaisissa maatalousympäristöissä. Lisäksi tutkittiin vieraskasvilajien vaikutusta alkuperäisten lajien runsauteen ja monimuotoisuuteen. Vieraskasvilajien runsaus ja lajimäärä vaihtelivat riippuen elinympäristötyypistä, maantieteellisestä alueesta ja tutkimusvuodesta. Vieraskasvilajeja esiintyi enemmän voimakkaimmin häirityissä ja hoidetuissa elinympäristöissä, kuten pellon- ja tienpientareilla, kuin satunnaisesti häirityissä ja hoidetuissa elinympäristöissä, kuten niityillä. Häiriöiden vaikutus riippui kuitenkin siitä, milloin vieraslaji oli saapunut Suomeen. Myöhemmin saapuneiden vieraslajien lajimäärä kasvoi paljaan maan alan kasvaessa, kun taas aiemmin saapuneiden muinaistulokkaiden lajimäärää lisäsi myös niitto. Vieraskasvien runsaus ja lajimäärä kasvoivat kohti itää ja pienenivät siirryttäessä kohti pohjoista lämpötilan ja kasvukauden pituuden laskiessa. Lajirikkaat kasviyhteisöt eivät rajoittaneet vieraskasvien esiintymistä, vaan niiden monimuotoisuus kasvoi alkuperäisten lajien lajimäärän kasvaessa. Tämä viittaa siihen, että molemmat lajiryhmät hyötyivät samoista suotuisista ympäristöolosuhteista. Menestyvien vieraslajien ominaisuudet olivat lajikohtaisia ja ympäristöolosuhteista riippuvaisia. Niinpä onkin mahdotonta määritellä vieraskasvilajien menestyksen taustalla olevia lajipiirteitä, jotka kattaisivat kaikki ympäristöolosuhteet. Tutkimustulosten perusteella vieraskasvilajit eivät aiheuta vakavaa uhkaa alkuperäisten kasvilajien monimuotoisuudelle suomalaisissa puoliluonnontilaisissa maatalousympäristöissä. Haitallisimmat vieraskasvilajit olivat edelleen harvinaisia maatalousmaisemassa. Tulevaisuudessa riski vieraskasvilajien vakiintumiselle ja leviämiselle voi kuitenkin kasvaa. Näin ollen säännöllinen seuranta on tarpeen, jotta niin uudet vieraskasvilajit kuin myös muutokset jo vakiintuneiden lajien levinneisyydessä ja runsaudessa voitaisiin havaita ajoissa. Koska vieraskasvilajien menestyminen riippuu kyseessä olevasta lajista sekä ympäristön ominaisuuksista, ei ole olemassa yhtä yksinkertaista ratkaisua vieraslajien hallitsemiseksi. Näin ollen arviot vieraslajien haitallisuudesta sekä niiden torjunnasta pitäisi tehdä lajikohtaisesti huomioiden lajin ominaispiirteet ja ympäristön ominaisuudet