Methods and workflow for spatial conservation prioritization using Zonation

Spatial conservation prioritization concerns the effective allocation of conservation action. Its stages include development of an ecologically based model of conservation value, data pre-processing, spatial prioritization analysis, and interpretation of results for conservation action. Here we investigate the details of each stage for analyses done using the Zonation prioritization framework. While there is much literature about analytical methods implemented in Zonation, there is only scattered information available about what happens before and after the computational analysis. Here we fill this information gap by summarizing the pre-analysis and post-analysis stages of the Zonation framework. Concerning the entire process, we summarize the full workflow and list examples of operational best-case, worst- case, and typical scenarios for each analysis stage. We discuss resources needed in different analysis stages. We also discuss benefits, disadvantages, and risks involved in the application of spatial prioriti- zation from the perspective of different stakeholders. Concerning pre-analysis stages, we explain the development of the ecological model and discuss the setting of priority weights and connectivity re- sponses. We also explain practical aspects of data pre-processing and the post-processing interpretation of results for different conservation objectives. This work facilitates well-informed design and application of Zonation analyses for the purpose of spatial conservation planning. It should be useful for both sci- entists working on conservation related research as well as for practitioners looking for useful tools for conservation resource allocationPeer reviewe

Spatiaalinen suojelupriorisointi Suomalaisessa metsienhoidossa

Kilpailevien intressien ja kasvavien maankäyttöpaineiden maailmassa, luonnonsuojeluun kohdennettavat voimavarat tulee käyttää järkevästi. Spatiaalinen suojelupriorisointi koskee luonnonsuojeluun sopivien alueiden kustannustehokasta ja monipuolista tunnistamista, sekä vaihtoehtoisen suojelutoimenpiteiden ajallista ja alueellista kohdentamista. Suomi on Euroopan metsäisin maa, mutta yli 90 prosenttia Suomen metsistä on talouskäytössä. Laajan ja verrattain voimaperäisen metsänkäytön historian takia monet Suomalaiset metsälajit ja -elinympäristöt ovat nykyisin uhanalaisia. Samalla Suomen suojelualueverkosto on jakautunut maan yli epätasaisesti niin, että suojeluaste on suurin pohjoisessa, missä lajiston monimuotoisuus in matalinta. Tämän hetken kiireellisin suojelutoimenpide onkin suojelualueverkoston ekologisesti perusteltu laajentaminen Etelä-Suomessa. Väitöskirjallani on kolme tarkempaa tavoitetta. Ensiksi, tarkastelen Suomalaisten metsävaratietojen soveltuvuutta tarkan spatiaalisen priorisoinnin lähtöaineistoksi. Toisekseen, tutkin millaisia vaikutuksia valitulla mittakaavalla ja kytkeytyvyydellä on spatiaalisen suojelupriorisoinnin tuloksiin alueellisella ja valtakunnallisella tasolla. Kolmanneksi, osoitan Zonation-ohjelmistoa käyttäen, kuinka spatiaalista suojelupriorisointia voidaan hyödyntää käytännön suojelusuunnittelutyössä. Työssäni osoitan, että metsävaratietoon ja asiantuntijatyöhön perustuvat suojeluarvoa kuvaavat indeksit voivat toimia informatiivisen suojelupriorisoinnin pohjana. Tapaustutkimusten kautta osoitan myös, kuinka spatiaalisen suojelupriorisoinnin tuloksia voidaan soveltaa kansallisen suojeluohjelman, METSO:n, puitteissa sekä yksityis- että valtionmailla. Käytettävän aineiston resoluution tulisi kuitenkin olla mahdollisimman hyvin linjassa suojeluongelman sekä siihen liittyvien ekologisten prosessien kanssa. Aineiston yksityiskohtaisuus ja rakenne määrittävät lisäksi pitkälti, kuinka hyvin analyysien on mahdollista huomioida pienipiirteisiä metsäelinympäristöjä. Suojelualueiden välillä sijaitsevien metsäalueiden määrä ja laatu ovat tärkeitä tekijöitä monien metsälajien kannalta. Ekologisen kytkeytyvyyden huomioiminen tuottaa alueellisesti keskittyneempiä suojeluprioriteetteja. Paikallisen laatuun ja kytkeytyvyyteen saattaa kuitenkin liittyä valintatilanne. Kytkeytyvyyden korostaminen alueellisesti saattaa laskea paikallisesti korkealaatuisten, mutta huonosti kytkeytyneiden alueiden suhteellista arvoa. Kytkeytyvyyden ja paikallisen laadun tasapainoinen huomioimien suojelupriorisoinnissa vaatii siten harkintaa. Väitöskirjani käsittelee lisäksi useita tärkeitä tekijöitä, jotka on syytä huomioida toteutukseen tähtäävässä suojelupriorisoinnissa. Aineiston saatavuus rajoittaa usein sitä, millaisia suojelupriorisointianalyyseja on mahdollista tehdä. Siksi pitkäjänteinen ja avoimeen tietoon perustuva aineistopolitiikka on tarpeen. Priorisointiprosessiin liittyvän käsitteellisen mallin luominen auttaa muotoilemaan päätöksentekoon liittyvät kysymykset oikein, valitsemaan tehtävään sopivat työkalut sekä arvioimaan työhön liittyvät kustannukset ja hyödyt. Lopuksi on syytä myös huomioida, että menestyksestä suojelupriorisointia ei ole mahdollista tehdä ilman laajaa asiantuntija- ja sidosryhmäyhteistyötä. Väitöskirjassani esittelemäni analyysit, työvuot ja visualisointitavat voivat toimia pohjana muille vastaaville sovelluksille ja siten tukea paikallisten, alueellisten ja globaalien suojelutavoitteiden toteutumista.In a world of competing interests and increasing land use pressures, the allocation of limited resources for biodiversity conservation need to be prioritized. Spatial conservation prioritization deals with the cost-efficient and well-balanced identification of priority areas for biodiversity, as well as with the allocation and scheduling of alternative conservation actions. Finland is the most forested country in Europe, but more than 90 percents of Finland s forests are under commercial management. A history of widespread and relatively intensive forest management has led to many specialist species and habitats becoming threatened. At the same time, the protected area network is unequally distributed over the country, with largest areas in the north where species diversity is lowest. Consequently, the current main priority for conservation action for forest habitats is expanding the protected area network in the southern parts of the country in an ecologically justified way. In this thesis, I have three specific objectives. First, I examine the suitability of commonly available forest inventory data for informative high-resolution spatial conservation prioritization. Second, I clarify the effects of spatial scale and connectivity on spatial conservation prioritization at regional and national extents. Finally, I develop, demonstrate, and implement a practical workflow for regional- and national-scale forest conservation management planning in Finland, using the Zonation framework and software for spatial prioritization. I show how habitat quality indices based on forest inventory data and expert knowledge can be used as a basis of conservation prioritization. Comparison against validation datasets reveals that the analyses do indeed produce informative priorities. Case studies involving the expansion of the national protected area network both on public and private land demonstrate how the results can be applied in the context of a national forest conservation program, METSO. The spatial resolution of input data should closely match those of the planning objectives and the ecological processes involved. Furthermore, the level of detail in the forest inventory data defines how well the prioritization is able to identify small occurrences of important forest types and key habitats. The quality and the quantity of suitable habitat between protected areas are important for many forest species. Accounting for connectivity in the prioritization analyses produces spatially more aggregated priority patterns. However, emphasizing connectivity will lower the relative value of locally high quality, but poorly connected sites. Therefore, the balance between connectivity and local habitat quality merits careful consideration in spatial prioritization. The thesis highlights important factors. First, data availability often restricts the types of prioritization analyses that can be undertaken. Therefore, long-term development of high-quality open access data is crucial for making best use of spatial prioritization approaches. Second, establishing a conceptual model for the prioritization process can help formulate the right questions, to select the most suitable tools, and to estimate the costs and benefits involved. Finally, a successful conservation prioritization requires participation of experts and stakeholders. Methods, analyses, workflows and visualization techniques summarized in this thesis can serve as starting points for other similar applications elsewhere and support meeting local, regional and global conservation goals

Monimuotoisuudelle tärkeät metsäalueet Suomessa - Puustoisten elinympäristöjen monimuotoisuusarvojen Zonation-analyysien loppuraportti

Muutos aineistojen avoimuudessa 11.5.2018 alkaen: Tässä raportissa esitellyt metsien monimuotoisuudesta kertovat valtakunnalliset paikkatietoaineistot ovat avointa tietoa myös valtion talousmetsien osalta Metsähallitus Metsätalous Oy:n annettua niille julkaisuluvan 11.5.2018. Tätä raporttia kirjoittaessa nämä aineistot oli luokiteltu salatuiksi, minkä vuoksi alueet on peitetty raportin tuloskartoissa. Lisäksi aineistojen käyttöoikeudet koskien lopullisia tulosaineistoja (ei lähtöaineistoja) raportin taulukossa 1 (s. 20 – 21) eivät ole ajan tasalla.Puustoisten elinympäristöjen monimuotoisuusarvojen Zonation-analyysit olivat yksi osaprojekti ympäristöministeriön rahoittamassa Ekologiset päätösanalyysit yhteiskunnallisen päätöksenteon tukena -hankkeessa (2015–2019). Osaprojektin tavoitteena oli tuottaa puustoisten elinympäristöjen luontoarvoja kuvaavia karttoja asiantuntijakäyttöön METSOn eli Etelä-Suomen metsien monimuotoisuuden toimintaohjelman toteuttamisen tueksi. Monimuotoisuudelle tärkeiden metsäalueiden Zonation-analyysit tehtiin valtakunnallisesti sekä elinkeino-, liikenne ja ympäristökeskusalueittain. Analyysien tavoitteena oli tunnistaa metsiä, joissa on paljon erilaista lahopuuta ja jotka ovat kytkeytyneet muihin laadukkaisiin metsäalueisiin ja suojelualueisiin. Hankkeessa tuotettuja metsien monimuotoisuusarvoja kuvaavia prioriteettikarttoja tullaan käyttämään vuosien 2015–2025 aikana sekä maastokuvio-, tila-, alue- että valtakunnallisen tason suunnittelun ja arvioinnin tukena esimerkiksi luonnonhoitohankkeiden ja suojelualueverkoston tarkastelun yhteydessä. Analyysiin valittiin metsien monimuotoisuutta kuvaaviksi muuttujiksi kasvillisuusluokka, puulaji, puuston keskiläpimitta ja tilavuus puusto-ositteittain, sekä punaisen listan metsälajien esiintymät. Kasvillisuusluokan ja puustotunnusten perusteella laskettiin koko Suomeen kaikille puuta kasvaville alueille kohteiden lahopuupotentiaali MOTTI-ohjelman (puuston kehitysennusteita kasvu- ja tuotosmallien avulla tuottava ohjelma) avulla. Analyysien pääaineiston muodostivat näistä lahopuupotentiaaleista muodostetut 20 kasvillisuusluokka/puulaji -syöttöaineistoa. Zonation-ohjelmistolla tehtiin kuusi erilaista analyysiversiota. Ensimmäisessä versiossa käytetyt syöttöaineistot olivat mukana myös kaikissa seuraavissa versioissa. Näin pystyttiin tarkastelemaan kahden peräkkäisen version muutoksia ja ymmärtämään paremmin miten tulokset ovat syntyneet. Analyyseissä edettiin paikallisen tason tarkastelusta suuremman alueellisen mittakaavan, kuten esimerkiksi maakunnan, metsien monimuotoisuusarvojen tarkasteluun. Lähtötilanteessa tarkasteltiin metsien monimuotoisuusarvoja paikallisesti puustorakenteesta johdettuun lahopuupotentiaaliin perustuen. Lisäksi analyyseissä alennettiin sellaisten alueiden arvoa, joilla oli tehty luonnon monimuotoisuutta tai luonnontilaa heikentäviä toimenpiteitä. Kehittyneemmissä analyysien versioissa otettiin huomioon kytkeytyvyys eri tavoin: ensiksi tarkasteltiin lähekkäin sijaitsevien metsiköiden pirstoutuneisuutta ja hyvää kytkeytyvyyttä, huomioitiin kytkeytyvyys Metsälain 10 §:ssä määritettyihin erityisen arvokkaisiin elinympäristöihin ja pysyviin suojelualueisiin. Lisäksi otettiin huomioon tiedossa olevat punaisen listan metsälajien esiintymät

What Data to Use for Forest Conservation Planning? A Comparison of Coarse Open and Detailed Proprietary Forest Inventory Data in Finland

The boreal region is facing intensifying resource extraction pressure, but the lack of comprehensive biodiversity data makes operative forest conservation planning difficult. Many countries have implemented forest inventory schemes and are making extensive and up-to-date forest databases increasingly available. Some of the more detailed inventory databases, however, remain proprietary and unavailable for conservation planning. Here, we investigate how well different open and proprietary forest inventory data sets suit the purpose of conservation prioritization in Finland. We also explore how much priorities are affected by using the less accurate but open data. First, we construct a set of indices for forest conservation value based on quantitative information commonly found in forest inventories. These include the maturity of the trees, tree species composition, and site fertility. Secondly, using these data and accounting for connectivity between forest types, we investigate the patterns in conservation priority. For prioritization, we use Zonation, a method and software for spatial conservation prioritization. We then validate the prioritizations by comparing them to known areas of high conservation value. We show that the overall priority patterns are relatively consistent across different data sources and analysis options. However, the coarse data cannot be used to accurately identify the high-priority areas as it misses much of the fine-scale variation in forest structures. We conclude that, while inventory data collected for forestry purposes may be useful for forest conservation purposes, it needs to be detailed enough to be able to account for more fine-scaled features of high conservation value. These results underline the importance of making detailed inventory data publicly available. Finally, we discuss how the prioritization methodology we used could be integrated into operative forest management, especially in countries in the boreal zone.Peer reviewe

Running a Zonation Planning Project

Zonation is decision support software for land use planning, including uses such as traditional design of conservation area networks or spatial impact avoidance. It is capable of data rich, large scale, high-resolution spatial prioritization. Whether using Zonation for scientific research or in real-life planning, running a successful project involves several project stages that often proceed in a somewhat iterative fashion. This document provides an overview of what those stages are, and what types of issues should be considered when planning to use Zonation. This information is intended for any individual or organization that is considering making use of Zonation. The topics addressed here are those encountered before and after the Zonation prioritization analysis itself: - Budgeting for time and resources - Setting objectives and planning how to meet them - Building a model for spatial prioritization - Data requirements and pre-processing - Setting up and organizing Zonation input files - Visualizing and interpreting the results - Creating planning products Zonation projects are also demonstrated through a set of case-studies that range from national to global scales

A quick introduction to Zonation

Peer reviewe

Green Infrastructure Design Based on Spatial Conservation Prioritization and Modeling of Biodiversity Features and Ecosystem Services

There is high-level political support for the use of green infrastructure (GI) across Europe, to maintain viable populations and to provide ecosystem services (ES). Even though GI is inherently a spatial concept, the modern tools for spatial planning have not been recognized, such as in the recent European Environment Agency (EEA) report. We outline a toolbox of methods useful for GI design that explicitly accounts for biodiversity and ES. Data on species occurrence, habitats, and environmental variables are increasingly available via open-access internet platforms. Such data can be synthesized by statistical species distri- bution modeling, producing maps of biodiversity features. These, together with maps of ES, can form the basis for GI design. We argue that spatial conservation prioritization (SCP) methods are effective tools for GI design, as the overall SCP goal is cost-effective allocation of conservation efforts. Corridors are currently promoted by the EEA as the means for implementing GI design, but they typically target the needs of only a subset of the regional species pool. SCP methods would help to ensure that GI provides a balanced solution for the requirements of many biodiversity features (e.g., species, habitat types) and ES simultaneously in a cost- effective manner. Such tools are necessary to make GI into an operational concept for combating biodiversity loss and promoting ES.Peer reviewe

Complementarity and Area-Efficiency in the Prioritization of the Global Protected Area Network

Complementarity and cost-efficiency are widely used principles for protected area network design. Despite the wide use and robust theoretical underpinnings, their effects on the performance and patterns of priority areas are rarely studied in detail. Here we compare two approaches for identifying the management priority areas inside the global protected area network: 1) a scoring-based approach, used in recently published analysis and 2) a spatial prioritization method, which accounts for complementarity and area-efficiency. Using the same IUCN species distribution data the complementarity method found an equal-area set of priority areas with double the mean species ranges covered compared to the scoringbased approach. The complementarity set also had 72% more species with full ranges covered, and lacked any coverage only for half of the species compared to the scoring approach. Protected areas in our complementarity-based solution were on average smaller and geographically more scattered. The large difference between the two solutions highlights the need for critical thinking about the selected prioritization method. According to our analysis, accounting for complementarity and area-efficiency can lead to considerable improvements when setting management priorities for the global protected area network.Peer reviewe