Agricultural University of IcelandÁsa L. Aradóttir, Agricultural University of Iceland; Kristín Svavarsdóttir, Land and Forest Iceland; Þóra Ellen Þórhallsdóttir, University of IcelandBehrend, Anna Mariager2025-11-052025-11-050022-10-25Behrend, A. M. (2025). Patterns and processes of birch establishment in space and time; Implications for large-scale woodland restoration. PhD thesis, Agricultural University of Iceland, 76 pages. ISBN 978-9935-512-61-1.978-9935-512-61-1https://hdl.handle.net/20.500.11815/5653The continuous global ecosystem loss and degradation calls for extensive ecological restoration. Iceland has lost more than 95% of its original native mountain birch (Betula pubescens ssp. tortuosa) woodlands since the country’s settlement in the 9th century CE. This has prompted an ambitious pledge for their restoration by the Icelandic government with the acceptance of the Bonn Challenge, aiming to increase the native birch woodland cover from 1.5 to 5%. This is only going to be possible through passive and low-intensity restoration strategies, and such strategies must be grounded in an in-depth knowledge of colonization processes of the targeted woodland species. The overall aim of this thesis was to improve knowledge on the patterns, processes and drivers of mountain birch woodland expansion through natural processes in order to guide their restoration. The thesis encompasses studies at different scales, including field surveys, seeding experiments and remote sensing, based on ten study areas covering most lowland areas of Iceland. Analysis of aerial photos from different years showed that the studied birch woodlands expanded on average by 1,5% annually over a period of 38-65 years. Areas that had been protected from grazing generally had higher expansion rates than those open for grazing, and the area with the highest expansion rate had also undergone revegetation. This expansion has mainly happened through natural colonization, as revealed by surveys of colonization patterns: a process mainly limited by local environmental factors at the early seedling establishment phase. This includes microsite availability, wind and soil type, and disturbance in the form of presence of domestic grazers. Seedling densities were greatest within 20 m of the woodland edge, indicating dispersal limitation, with varying patterns among areas. However, most areas had densities of more than 100 seedlings m-2 out to at least 100 m from the woodland edge. The results also show a positive effect of greater woodland heights on the effective colonization range of birch, and on the morphology of saplings growing at the woodland edge. Seeding experiments confirmed the importance of favourable microsites (safe sites) for recruitment. Recruitment of mountain birch was furthermore highly variable among different land classification types (habitat types), dependent on safe site availability and partly on origin of the seed source used. These are factors that can be controlled in restoration to improve conditions for birch establishment and survival. The results show the feasibility of upscaling mountain birch woodland restoration by applying knowledge on natural processes to promote natural colonization and regeneration. The increased knowledge on birch colonization processes supports more targeted guidance on how natural recovery processes can be enhanced by limited interventions.Hnignun og tap vistkerfa jarðar kallar á víðtæka vistheimt. Þetta á einnig við á Íslandi, sem hefur glatað yfir 95% af upprunalegu birkiskógum sínum frá landnámi. Íslensk stjórnvöld hafa sett sér metnaðarfull markmið um endurheimt birkiskóganna og hyggjast auka útbreiðslu þeirra úr 1,5% í 5%. Svo stórfelld vistheimt er aðeins raunhæf með lágmarksinngripum þar sem treyst er á sjálfgræðslu en þá verður að vera fyrir hendi þekking á landnámsferlum birkis og takmarkandi þáttum. Megintilgangur þessarar rannsóknar var að auka þekkingu á mynstrum, ferlum og helstu drifkröftum aukinnar útbreiðslu birkiskóga með sjálfgræðslu. Rannsóknirnar byggðu bæði á tilraunum og samanburðarathugunum og spönnuðu breiðan kvarða í rúmi, allt frá næsta umhverfi kímplantna og upp í samanburð á tíu birkiskógum á Vesturlandi, Vestfjörðum, Norðurlandi, Austurlandi, Suðausturlandi og Suðurlandi. Í tíma spanna rannsóknirnar frá lifun og vexti kímplantna upp í áratuga ferli þar sem byggt var á samanburði á loftmyndum. Greining á loftmyndum sýndi að birkiskógarnir höfðu að meðaltali stækkað útbreiðslusvæði sitt um 2% á ári yfir 38–65 ára tímabil. Útbreiðsluhraði var alla jafna meiri á svæðum sem höfðu verið friðuð fyrir beit en á beittu landi. Hröðust var útbreiðslan á friðuðu landi sem hafði verið örfoka en þar sem uppgræðsla hafði verið stunduð. Þessi stækkun birkiskóganna skýrist að mestu af sjálfgræðslu eins og kom skýrt fram í vettvangsrannsóknum við skógarjaðra. Þær sýndu ennfremur að landnám birkis takmarkaðist einkum af staðbundnum umhverfisþáttum á fyrstu stigum landnáms, svo sem framboði á öruggum setum, vindafari og jarðvegsskilyrðum, auk rasks vegna búfjárbeitar. Þéttleiki birkiplantna var mestur innan við 20 m frá skógarjaðri, sem bendir til þess að fræframboð hafi verið takmarkandi þáttur. Landnámsmynstur voru breytileg á milli svæða en á flestum var þéttleiki birkis yfir 100 plöntur á m² í a.m.k. 100 m fjarlægð frá skógarjaðri. Niðurstöðurnar sýndu einnig jákvætt samband á milli hæðar trjánna og stærðar landnámssvæða og jafnframt á milli hæðar skóga og vaxtarlags ungplantna við jaðrana. Sáingartilraunir staðfestu mikilvægi hagstæðra öruggra seta fyrir landnám birkis. Landnám var enn fremur afar breytilegt eftir vistgerðum, framboði á öruggum setum og að hluta til einnig eftir uppruna fræsins sem var notað. Þessum þáttum má stýra í vistheimt til að bæta aðstæður fyrir landnám og lifun birkis. Niðurstöður ritgerðarinnar sýna að sjálfgræðsla birkis er áhrifarík leið til að auka umfang birkiskóga. Aukin þekking á landnámsferlum birkis og öðrum þáttum er hafa áhrif á útbreiðslu birkiskóganna styðja einnig markvissari leiðsögn um hvernig hægt sé að auka nýliðun og sjálfgræðslu birkis með takmörkuðum inngripum og þannig stuðla að endurheimt birkskóganna.eninfo:eu-repo/semantics/openAccessBetula pubescens ssp. tortuosa, birch woodlands, mountain birch, natural colonization, recruitment niche, restoration ecology, spatiotemporal ecosystem expansionBetula pubescens ssp. tortuosa, birkiskógur, ilmbjörk, sjálfgræðsla, nýliðun, endurheimt vistkerfa, útbreiðsla vistkerfa í tíma og rúmiinfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis