Tunturikasvit ja ilmastonmuutos Dos. Minna Turunen Arktinen keskus, Lapin yliopisto

Transkriptio

1 Tunturikasvit ja ilmastonmuutos Dos. Minna Turunen Arktinen keskus, Lapin yliopisto Muuttuva ilmasto ja luontotyyppien sekä lajien uhanalaisuus Suomessa. Ympäristöministeriö, Helsinki

2 Sisällys Kuinka Suomen tunturialueiden ilmasto on muuttunut? Ilmastonmuutoksen vaikutukset tunturikasveihin Muutokset metsänrajalla Talvimuutosten vaikutus tunturikasveihin Paikallinen tieto ja tunturiluontotyyppien uhanalaisuusarviointi Kuva: Arto Saikkonen Kuva: Minna Turunen Kuva: Minna Turunen

3 Lähivuosikymmeninä odotettavissa olevat muutokset eri vuodenaikojen sääoloissa Pohjois-Suomessa Vuodenaika Muutokset Kevät Pakkaskausi päättyy keväällä aikaisemmin 4 Lumi sulaa ja pälviä muodostuu aikaisemmin 1,2,4,5,6,9,10,11,13,14 Kasvukausi alkaa aikaisemmin 4 Jäänlähtö joista ja järvistä aikaistuu 13 Kevättulvat pienenevät ja aikaistuvat 13 Kesä Kesät lämpenevät; hellejaksot ovat pidempiä ja kuumempia 4 Kovat sateet ovat aiempaa rankempia, mutta kuivuus saattaa yleistyä kesällä ja alkusyksyllä 4,8 Kasvukausi on pidempi ja lämpimämpi 4 Syksy Sadanta lisääntyy 4,13 Jokien virtaamat kasvavat 4,13 Pakkaskausi alkaa muutamaa viikkoa aiempaa myöhemmin 4 Lumipeite muodostuu myöhemmin 1,2,5,6,9,10,11,13,14 Maa routaantuu myöhemmin 5,14 Jokien ja järvien jääpeite muodostuu myöhemmin 13 Talvi Lämpötila nousee 1,2,3,4,8,10,12 Pakkaspäivien lukumäärä vähenee noin kolmanneksen 3,4,6 Suojapäivien määrä kasvaa, samoin niiden päivien, jolloin lämpötila käy sekä nollan ylä- että alapuolella 3,4 Vesisateita esiintyy entistä useammin 2,4,8,10,13 Vähälumiset talvet yleistyvät 1,2,5,6,9,10,11,13,14 Kuivan pakkaslumen osuus vähenee ja märän tai jäisen lumen osuus kasvaa 7 Talvitulvat yleistyvät 13 Pilvisyys lisääntyy 8 Routakerros ohenee 5,14 Kuva: Minna Turunen 1 ACIA 2005, 2 Eklund 2010, 3 Jylhä ym. 2008, 4 Jylhä ym. 2009, 5 Kellomäki ym. 2010, 6 Kivinen ym. 2012, 7 Rasmus ym. 2004, 8 Ruosteenoja ym. 2013, 9 Räisänen 2008, 10 Räisänen & Eklund 2012, 11 Räisänen ym. 2003, 12 Stocker ym. 2013, 13 Veijalainen ym. 2012, 14 Venäläinen ym (kts. Turunen ym. 2015, 2016)

4 Kuinka Suomen tunturialueiden ilmasto on muuttunut? Enontekiö, Kilpisjärvi 480m Lämpösumma kohonnut 14%, kasvukausi pidentynyt, sademäärä kohonnut 20% (Virtanen ym. 2010) Lumipeitteinen aika lyhentynyt (Rasmus ym. 2015) Salla, Värriötunturi 370m Lämpösumma kohonnut, kasvukausi pidentynyt (Aakala ym. 2014) Talvisademäärä kohonnut, lumipeitteinen aika lyhentynyt, lumipeite ohentunut (ei paljakalla) (Kivinen & Rasmus 2015) Lämpösumma Sademäärä Lumen syvyys, marras-joulukuu (Virtanen ym. 2010) Lumen syvyys, huhtikuu Tunturikangas - Tunturikoivikko - Sekametsä (Kivinen & Rasmus 2015)

5 Kuinka ilmastonmuutos vaikuttaa tunturiluontotyyppeihin? Tunturikoivikot Tunturikangaspensaikot Tunturien heinäkankaat Tunturikankaat Tunturiniityt Tunturikalliot ja kivikot Vyörysorat Lumenviipymät Lumenpysymät Kuviomaat Routanummet (Vrt. Norokorpi ym. 2008) Kuvat: Saara Tynys

6 Kuinka ilmastonmuutos vaikuttaa tunturiluontotyyppeihin? Tunturikoivikot -variksenmarja-jäkälä-tunturikoivikot -variksenmarja-jäkälä-seinäsammal-tunturikoivikot -variksenmarja-mustikka-tunturikoivikot -variksenmarjatunturikoivikot -ruohokanukka-variksenmarja-mustikka tunturikoivikot -ruohokanukka-mustikka-tunturikoivikot -lehtomaiset tunturikoivikot -tunturikoivulehdot -tunturien pienruoholehdot -tunturien suurruoholehdot -tunturien suursaniaislehdot -tunturien haavikot -erilliset männiköt/kuusikot Tunturikangaspensaikot -tunturikangaspajukot -tunturikatajikot -tunturikoivupensaikot Tunturien heinäkankaat -jäkkikankaat -lampaannata-tunturivihviläkankaat (Vrt. Norokorpi ym. 2008) Tunturikankaat -tuulikankaat -variksenmarjakankaat -vaivaiskoivukankaat -mustikkakankaat -kurjenkanervakankaat -kanervakankaat -liekovarpiokankaat -lapinvuokkokankaat -karut lapinvuokkokankaat Tunturiniityt -tunturien pienruohoniityt -tunturien suurruohoniityt -pajukkoiset puronvarsiruohostot -tunturien saniaisniityt Tunturikalliot ja kivikot -tunturien karut ja keskiravinteiset laakeat kalliot -tunturien karut ja keskiravinteiset jyrkänteet -tunturien kalkkikalliot ja kivikot -tunturien serpentiinikalliot ja kivikot -tunturien kiisupitoiset kalliot ja kivikot -tunturien karut ja keskiravinteiset kivikot Vyörysorat -karut ja keskiravinteiset vyörysorat -kalkkivyörysorat -rotkolaaksot -rotkot ja kurut Lumenviipymät -vaivaispajulumenviipymät -matalasaraiset ja-heinäiset lumenviipymät -karut pienruoholumenviipymät -karut sammalvaltaiset lumenviipymät -jääleinikkilumenviipymät -ravinteiset kangasmaiset lumenviipymät -ravinteiset pienruoholumenviipymät -ravinteiset sammalvaltaiset lumenviipymät Lumenpysymät Kuviomaat -tasamaiden kuviomaat -rinteiden kuviomaat ja vuotomaat Routanummet -tunturien dyyni- ja deflaatioalueet

7 Ilmastonmuutokselle herkimmät tunturiluontotyypit Lumen viipymien ja - pysymien osuus 1km2:n ruuduilla vuosina 2000, 2004, 2006 ja 2009 (Kivinen ym. 2012) Kuva: Arto Saikkonen (Kivinen ym. 2012) Kuva: Minna Turunen Kuva: Minna Turunen

8 Kuva: Saara Tynys Kuva: Saara Tynys Karu lumenviipymä, UKpuisto Matalasarainen ja-heinäinen lumenviipymä Paistunturi Karu sammalvaltainen lumenviipymä Utsjoki Kuva: Arto Saikkonen Kuva: Arto Saikkonen Routanummi Salmivaara

9 Ilmastonmuutoksen vaikutukset tunturikasvillisuuteen - Kaukokartoitusmenetelmät, kenttätutkimukset (esim. kasvillisuusgradientit), ekosysteemien manipulaatiokokeet, transplantaatiokokeet, kammiokokeet jne. Kasvibiomassa lisääntyy Varvikoituminen, pensoittuminen, metsittyminen Lajidiversiteetin aleneminen Kasvien levittäytyminen alemmilta korkeuksilta/leveyksiltä ylemmäksi/pohjoisemmaksi Kasvilajien kemia muuttuu Kasvilajien väliset vuorovaikutukset muuttuvat Kuva: Sari Stark Arktinen keskus (Elmendorf ym. 2012, Kaarlejärvi ym. 2012, 2013, Franke ym. 2015, Myers-Smith ym. 2011, 2015, Väisänen ym. 2014, Ylänne ym. 2015) Mitä muutokset tarkoittavat laajemmassa mittakaavassa? Ilmaston lämpenemisen aiheuttamat muutokset vaikuttavat tunturiekosysteemin toimintaan: energiatalouteen, hiilen ja ravinteiden kiertoon jne. (Chapin ym. 2005, Cohen ym. 2013)

10 Muutokset metsänrajalla Metsänrajan siirtyessä ylemmäs puuttoman tunturipaljakan osuus tulee ennusteiden mukaan vähenemään (Moen ym. 2004, Mikkola & Virtanen 2006) Metsänrajan siirtymiseen vaikuttavat paitsi kesälämpötilat, myös: Topografia Maaperäolosuhteet Talvilämpötilat Sademäärä Lumipeitteen jakaantuminen Tuuliolot Kasvinsyöjien laidunnus (esim. tunturikoivu poro) Kuva:Saara Tynys (Holtmeier ym 2003, Autio & Colpaert 2005, Juntunen & Neuvonen 2006, Sutinen ym 2011, Matias & Jump 2015) Metsänraja edennyt: - Mänty (Aakala ym. 2012, Franke ym. 2015) - Kuusi (Sutinen ym. 2011, 2012, Franke ym. 2012) Kuva:Saara Tynys Kuva: Minna Turunen

11 Metsänrajan muutokset vuosina (Franke ym. 2015). Metsä Metsänraja Puuraja Kuusella puuston tilavuuskasvu (m3/ha) ja runkoluku (taimia ja puita/ha) lisääntyivät merkittävästi 26 vuoden aikana Kuusen runkoluku ja tilavuuskasvu metsässä, metsänrajalla ja puurajalla sekä mallilla ennustetut arvot kullekkin vyöhykkeelle (Franke ym. 2015) (Franke ym. 2015)

12 Myös männyllä havaittiin tilavuuskasvua, mutta runkoluku ei kasvanut. Metsä Metsänraja Puuraja Johtopäätökset Kuusi vaatii mäntyä suotuisammat olosuhteet uudistuakseen, mutta uudistuttuaan kuusen taimet ovat männyn taimia kestävämpiä tuholaisia ja ankaria sääolosuhteita kuten tykkyä vastaan. Kuusien ja mäntyjen kasvu ja lisääntynyt taimettuminen johtuivat tod.näk. kasvukauden pitenemisestä ja ilmakehän lisääntyneestä CO2-pitoisuudesta. Lämpösumma ja sadanta lisääntyivät tutkimusjakson aikana Lapissa erityisesti vuosina verrattuna pitkäaikaiskeskiarvoihin (Franke ym. 2015). Männyn runkoluku ja tilavuuskasvu metsässä, metsänrajalla ja puurajalla sekä mallilla ennustetut arvot kullekkin vyöhykkeelle (Franke ym. 2015)

13 Talvimuutosten vaikutus tunturikasveihin Talvella lyhyistä (<10vrk) lauhoista jaksoista johtuva suojaavan lumipeitteen sulaminen ja sitä seuraavat äkilliset pakkaset saattaa aiheuttaa voimakkaita ja laajoja vaurioita kasvillisuuteen Esim. Joulukuussa 2007 esiintyi Pohjois-Norjan ja Ruotsin raja-alueella 12vrk pituinen lauha jakso (+2-+10C), joka aiheutti lumipeitteen sulamisen 1400km2 alueella. Kesällä 2008 havaittiin laajalti vaurioituneita variksenmarjakankaita (Bokhorst ym. 2009, 2012). Lumipeitteen sulaminen saattaa altistaa kasvit : Alhaisille lämpötiloille Voimakkaille lämpötilavaihteluille Kylmäkuivumiselle Toistuville jäätymis-sulamis-sykleille Tuulen mukana lentävien jääpartikkeleiden kuluttavalle vaikutukselle (Tahkokorpi ym. 2007, Taulavuori ym. 2011). Kuva: Minna Turunen (a ) (c ) (b ) (d ) Lämpötila ja lumen syvyys tuhoutuneella alueella ja altistuskokeessa Elävien ja kuolleiden versojen osuus tuhoutuneella variksenmarjakankaalla ja altistuskokeessa (Bokhorst ym. 2009)

14 Paikallinen tieto ja tunturiluontotyyppien uhanalaisuusarviointi Poronhoitajilla on usein vuosikymmenten pituinen kokemusperäinen ja perinteinen tieto paliskuntansa luonnonoloista kaikkina vuodenaikoina Kysely poronhoitajille: lumi- ja sääolosuhteissa sekä kasvillisuudessa tapahtuneet muutokset viimeisen 30 vuoden aikana Esim. tuntureihin liittyvät kysymykset (lumenviipymät ja pysymät, tykky, pensoittuminen, tunturikoivikoiden mittarituhot jne.) Kysely on laadittu yhteistyössä Metsähallituksen Lapin luontopalvelujen, Paliskuntain yhdistyksen, Suomen ympäristökeskuksen, Lapin yliopiston Arktisen keskuksen ja Jyväskylän yliopiston kanssa Paikallisen tiedon ja tieteellisen tiedon yhdistäminen (esim. Riseth ym. 2011, Vuojala-Magga ym. 2011, Turunen ym. 2015, 2016, Vuojala-Magga & Turunen 2015) Kuvat: Minna Turunen

15 Kirjallisuus Aakala, T., Hari, P., Dengel, S., Newberry, S.L., Mizunuma, T. & Grace, J A prominent stepwise advance of the tree line in north-east Finland. Journal of Ecology 102: doi: / Autio, J. & Colpaert, A The impact of elevation, topography and snow load damage of trees on the position of the actual timberline on the fells in central Finnish Lapland. Fennia 183(1): Bokhorst, S., Tømmervik, H., Callaghan, T.V., Phoenix, G.K. & Bjerke, J.W Vegetation recovery following extreme winter warming events in the sub-arctic estimated using NDVI from remote sensing and handheld passive proximal sensors. Environmental and Experimental Botany 81: Bokhorst, S.F., Bjerke, J.W., Tømmervik, H., Callaghan, T.V. & Phoenix, G.K Winter warming events damage sub-arctic vegetation: consistent evidence from an experimental manipulation and a natural event. Journal of Ecology 97: Chapin, F.S., Sturm, M., Serreze, M.C. ym Role of land-surface changes in arctic summer warming. Science 310: Cohen, J., Pulliainen, J., Ménard, C.B., Johansen, B., Oksanen, L., Luojus, K. & Ikonen, J Effect of reindeer grazing on snowmelt, albedo and energy balance based on satellite data analyses. Remote Sensing of Environment 135: Elmendorf, S.C., Henry, G.H.R., Hollister, R.D. ym Plot-scale evidence of tundra vegetation change and links to recent summer warming. Nature Climate Change 2: Franke, A.K., Aatsinki, P., Hallikainen, V., Huhta, E., Hyppönen, M., Juntunen, V., Mikkola, K., Neuvonen, S. & Rautio, P Quantifying changes of the coniferous forest line in Finnish Lapland during Silva Fennica 49(4), Holtmeier, F.-K., Broll, G., Müterthies, A. & Anschlag, K Regeneration of trees in the treeline ecotone: northern Finnish Lapland. Fennia 181(2): Juntunen, V. & Neuvonen, S Natural regeneration of Scots pine and Norway spruce close to the timberline in Northern Finland. Silva Fennica 40: Kaarlejärvi, E., Baxter, R., Hofgaard, A., Hytteborn, H., Khitun, O., Molau, U., Sjögersten, S., Wookey, P., Olofsson, J Effects of Warming on Shrub Abundance and Chemistry Drive Ecosystem-Level Changes in a Forest Tundra Ecotone. Ecosystems 15:

16 Kaarlejärvi, E., Eskelinen, A.& Olofsson, J Herbivory prevents positive responses of lowland plants to warmer and more fertile conditions at high altitudes. Functional Ecology 27: Kivinen, S., Kaarlejärvi, E., Jylhä, K. & Räisänen, J Spatiotemporal distribution of threatened high-latitude snowbed and snow patch habitats in warming climate. Environmental Research Letters 7, Kivinen, S & Rasmus, S Observed cold season changes in a Fennoscandian fell area over the past three decades. AMBIO 44: DOI /s Matías, L. & Jump, A.S Asymmetric changes of growth and reproductive investment herald altitudinal and latitudinal range shifts of two woody species. Global Change Biology 21(2): doi: /gcb Moen, J., Aune, K., Edenius, L. & Angerbjorn, A Potential effects of climate change on treeline position in the Swedish mountains. Ecology and Society 9:[online] URL: Myers-Smith, I.H., Elmendorf, S.C., Beck, P.S.A. ym Climate sensitivity of shrub growth across the tundra biome. Nature Climate Change 5: Myers-Smith, I.H., Forbes, B.C., Wilmking, M. ym Shrub expansion in tundra ecosystems: dynamics, impacts and research priorities. Environmental Research Letters 6, Norokorpi Y, Mäkelä, K., Tynys, S., Heikkinen, R., Kumpula, J., Sihvo, J., Eeronheimo, H., Eurola, S., Johansson, P., Neuvonen, S., Virtanen, R Tunturit. Julk.: Raunio, A., Schulman, A. & Kontula, T. (toim.). Suomen luontotyyppien uhanalaisuus Osa 1: Tulokset ja arvioinnin perusteet. Suomen ymparistokeskus, Helsinki.Suomen ymparisto 8/2008. S Rasmus, S., Kumpula, J., Jylhä, K., Suomen poronhoitoalueen muuttuvat talviset sää- ja lumiolosuhteet [the changing winter weather and snow conditions in the Finnish reindeer husbandry area]. Terra 124 (4): Riseth, J.Å., Tommervik, H., Helander-Renvall, E. ym Sami traditional knowledge as aguide to science: Snow, ice and reindeer pasture facing climate change. Polar Record 47(3): Sutinen, R., Närhi, P., Middleton, M., Hänninen, P., Timonen, M. & Sutinen, M.-L Advance of Norway spruce (Picea abies) onto mafic Lommoltunturi fell in Finnish Lapland during the last 200 years. Boreas 41: DOI /j x

17 Sutinen, R., Närhi, P., Middleton, M., Kuoppamaa, M., Juntunen, V., Hyvönen, E., Hänninen, P., Teirilä, A., Pänttäjä, M., Neuvonen, S., Äikää, O., Piekkari, M., Timonen, M. & Sutinen, M.-L Geological controls on subarctic conifer distribution. Julk.: Nenonen, K. & Nurmi, P.A. (toim.). Geoscience for Society. 125 th Anniversary Volume. Geological Survey of Finland, Special Paper 49: Tahkokorpi, M., Taulavuori, K., Laine, K. & Taulavuori, E After-effects of drought-related winter stress in previous and current year stems of Vaccinium myrtillus L. Environmental and Experimental Botany 61: Taulavuori, K., Bauer, E. & Taulavuori, E Overwintering stress of Vaccinium vitis-idaea in the absence of snow cover. Environmental and Experimental Botany 72: doi: /j.envexpbot Turunen, M.T., Rasmus, S., Bavay, M., Ruosteenoja, K., Heiskanen, J Coping with difficult weather and snow conditions: Reindeer herders views on climate change impacts and coping strategies. Climate Risk Management 11: Turunen M, Rasmus S, Bavay M, Ruosteenoja K, Heiskanen J Talvisäät, lumiolot ja poronhoitotyöt: poronhoitajien näkemyksiä ilmastonmuutoksen vaikutuksista ja keinoista selviytyä ongelmista. Suomen Riista 61: 7 25 Virtanen, R., Luoto, M., Rämä, T., Mikkola, K., Hjort, J., Grytnes, J.-A. and H. J. B. Birks Recent vegetation changes at the highlatitude tree line ecotone are controlled by geomorphological disturbance, productivity and diversity. Global Ecology and Biogeography 19: Vuojala-Magga, T. & Turunen, M Sami Sámi reindeer herders perspective on herbivory of subarctic mountain birch forests by geometrid moths and reindeer: a case study from northernmost Finland SpringerPlus (2015) 4:134. DOI /s y Vuojala-Magga, T., Turunen, M., Ryyppö, T., Tennberg, M Resonance strategies of Sami reindeer herding during climatically extreme years in northernmost Finland in Arctic 64 (2): Väisänen, M., Ylänne, H., Kaarlejärvi, E., Sjögersten, S., Olofsson, J., Crout, N. & Stark, S Consequences of warming on tundra carbon balance determined by reindeer grazing history. Nature Climate Change 4: Ylänne, H., Stark, S., Tolvanen, A Vegetation shift from deciduous to evergreen dwarf shrubs in response to selective herbivory offsets carbon losses: evidence from 19 years of warming and simulated herbivory in the subarctic tundra. Global Change Biology. doi: /gcb.12964