Maximizing peatland forest regeneration success at lowest cost to the atmosphere : Effects of soil preparation on Scots pine seedling vitality and GHG emissions

This dissertation investigated the impacts of soil preparation after clearcutting Scots pine (Pinus sylvestris L.) forest on thick-peated soil from silvicultural and climatic standpoints. Three growing seasons after outplanting, mounding most effectively secured seedling survival, growth, and vitality through improved soil aeration of the planting spot. However, other presumed benefits of mounding to seedlings such as warmer soil temperatures and faster organic matter decomposition were not confirmed here. Regeneration in scalps was unsuccessful due to waterlogged soil. Importantly when scalping, only the humus layer should be scraped off without creating depressions in the peat. Seedling tolerance to desiccated as well as waterlogged peat soil over one growing season was remarkable in controlled conditions. The impact of drought, however, was more immediate and severe as root and shoot growth, fractional colonization of ectomycorrhizal fungi, and root hydraulic conductance were reduced. Nevertheless, maintenance of rather high photochemical efficiency (expressed as variable to maximal chlorophyll fluorescence, Fv/Fm) especially in current-year needles despite harsh drought seemed to indicate a potential for seedling recovery. Polyamine analysis also revealed that new needles are preferred in protecting the different parts of the seedlings against drought stress. Wet-stressed seedlings, on the other hand, exhibited few signs of suffering. It was also demonstrated how the experimental environment a controlled versus field setting influences seedling tolerance to stress. The differing moisture levels within comparable microsites dry vs. wet scalps and ditch vs. inverted mounds had little influence on seedling growth and condition although physiological upset (i.e., Fv/Fm) was evident within scalps. Namely, the wetter the soil was, the lower Fv/Fm was. The fear of soil preparation accelerating GHG emissions, particularly CO2, from peat into the atmosphere appears unwarranted at least on nutrient-poor, boreal forestry-drained peatland sites. The overall climatic impact of soil preparation, in the forms of mounding and scalping, three years after application expressed in terms of CO2 equivalents (100-year GWP), was neutral compared to leaving soil unprepared. The core findings of this research support mounding as the best alternative on nutrient-poor, drained peatland sites when the goal is to maximize the regeneration success of Scots pine after clearcutting with minimal impact on soil GHG emissions. In the future, development of soil preparation methodology is particularly deserving of further attention. While it may not be the sexiest research topic in the worldwide rat race of the modern day, it is nonetheless of substantial importance in a country highly specialized not only in the utilization but also the rejuvenation of wood resources on drained peatlands. Keywords: forestry-drained peat soil, clearcutting, mounding, scalping, CO2, CH4, and N2O fluxes, drought and waterlogging stressTutkimuksessa selvitettiin avohakkuun jälkeen tapahtuvan maanmuokkauksen vaikutuksia sekä männyn uudistamisen onnistumiseen että kasvualustan kasvihuonekaasupäästöihin paksuturpeisilla, mäntyvaltaisilla turvekankailla. Kolmen istutusta seuranneen kasvukauden havaintojen perusteella mätästys johti parhaaseen taimien eloonjääntiin, kasvuun ja elinvoimaisuuteen pääosin turvemaan parantuneen ilmavuuden vuoksi. Sitä vastoin mättäissä ei voitu havaita korkeampia maanlämpötiloja eikä nopeampaa hajotusta laikutukseen ja muokkaamattomaan käsittelyyn verrattuna, mikä on vastoin yleistä käsitystä mätästyksen hyödyistä. Uudistaminen laikuissa epäonnistui täysin viljelykohdan liiallisen märkyyden takia. Laikutettaessa on erityisen tärkeää kuoria humuskerros pois ilman että turvemaanpintaan syntyy kuoppia. Tavoitteena on aikaansaada mahdollisimman tasainen, paljastunut turvepinta. Kontrolloiduissa oloissa turvekasvualustassa yhden kasvukauden ajan kasvaneet männyntaimet osoittivat erinomaista sekä veden niukkuuden että liiallisen märkyyden sietokykyä, sillä kuolleisuus jäi alhaiseksi. Kuivuusstressin vaikutus voitiin kuitenkin havaita taimissa juurten ja versojen heikentyneenä kasvuna, mykorritsallisten juurenkärkien määrän vähenemisenä ja juurten hydraulisen johtavuuden huononemisena. Ankarasta kuivuudesta huolimatta varsinkin uusien neulasten fotokemiallinen tehokkuus (Fv/Fm) pysyi korkealla tasolla. Tämän voidaan katsoa edistävän toipumista, jos veden saatavuus kasvualustasta myöhemmin paranee. Polyamiinianalyysin perusteella uudet neulaset osoittautuivat myös suojautuneemmiksi juuriin ja versoihin verrattuina kuivuusstressiä vastaan. Kasvualustan liialliselle märkyydelle altistetut taimet taas eivät juurikaan osoittaneet merkkejä stressistä. Voitiin myös havaita, että koeympäristö- ja olosuhteet kasvihuone tai maasto vaikuttivat männyntaimien stressinsietokykyyn. Toisin kuin kontrolloiduissa oloissa maastossa taimien Fv/Fm oli sitä alhaisempi, mitä märempi kasvualusta oli, ja alhaisinta se oli laikuissa. Samantyyppisissä muokkauspinnoissa, eli kuiva laikku verrattuna märkään laikkuun ja naveromätäs verrattuna kääntömättääseen, maankosteuden ei kuitenkaan voitu havaita vaikuttaneen taimien kasvuun tai elinvoimaisuuteen. Kummankaan tutkitun maanmuokkausmenetelmän kokonaisilmastovaikutukset eivät kolmen seurantavuoden jaksolla poikenneet muokkaamatta jätetystä. Siten pelko siitä, että maanmuokkaus lisäisi kasvihuonekaasujen päästöjä on aiheeton ainakin suhteellisen niukkaravinteisilla, mäntyvaltaisilla ojitusalueilla