β-diversiteetti ihmisen muuttamassa ympäristössä (Donohue et al. 2009)

Transkriptio

1 Kasvaako biodiversiteetti ravinteisuuden myötä? (Chase 2010) 7 vuotta, 45 koelampea -- 3 ravinnetasoa, 15 lampea/ taso -- ovatko yhteisöt enemmän erilaisia (korkeampi β- diversiteetti) korkeamman ravinnetason lampien välillä? -- vain muutamat lajit kykenivät elämään alhaisimman tuottavuuden lammissa; useimmat lajit menestyivät hyvin korkeimman tuottavuuden lammissa β-diversiteetti ihmisen muuttamassa ympäristössä (Donohue et al. 2009) Paikallinen mittakaava: 25 järveä, jokaisesta 6 pohjaeläinnäytettä litoraalista + 3 profundaalista Alueellinen mittakaava: yksi kokoomanäyte 40 järven litoraalista + 52 järven profundaalista Järvet tuottavuusgradientilla oligotrofisista (<10 TP µg/l) eutrofoituneisiin (>35 TPµg/L) Lajistovaihdunta (β-diversiteetti) näytteiden välillä suurinta luonnontilaisissa referenssijärvissä Rehevöityneiden järvien lajistovaihdunta vähäisempää kuin referenssijärvissä Järvieliöyhteisöjen ajallinen koherenssi Pyrkimyksenä ymmärtää vuosien välistä ajallista dynamiikkaa suhteessa järven sisäisiin ja ulkoisiin tekijöihin ( external and internal drivers ) jos ulkoiset tekijät (esim. laajan mittakaavan ilmastoilmiöt) dominoivat, niin kaukanakin tosistaan olevat järvet fluktuoivat samansuuntaisesti ajassa jos sisäiset tekijät (esim. vesikemia, bioottiset interaktiot) dominoivat, niin lähekkäisetkin järvet vaihtelevat ajassa yksilöllisesti, toisistaan riippumatta Ihmisvaikutus homogenisoi järvien pohjaeläinlajistoa 1

2 Mitä on ajallinen koherenssi? - the degree to which different locations (e.g. lakes) behave similarly, or dissimilarly, through time (Magnuson & Kratz 2000) LTER-projekti, prof. John J. Magnuson - yleensä arvioidaan aikasarjojen välisenä korrelaationa; kullekin järvelle lasketaan korrelaatioiden keskiarvo (jokaista järveä verrataan jokaiseen muuhun järveen) A B C Wisconsin in LTER-järvien koherenssi keskimääräinen koherenssi (laskettuna yli kaikkien järviparien ja kaikkien 37 mitatun muuttujan) oli +0.32, ts. vain n. 10 % vuotisesta vaihtelusta kyetään ennustamaan muiden lähialueiden järvien perusteella Koherenssi vaihtelee eri tyyppisten muuttujien välillä: biologisten muuttujien koherenssi yleensä alhaisinta koherenssi riippuu järven sijainnista valuma-alueella (korkealla sijaitsevat jävet hyvin koherentteja, alamaiden järvet paljon vähemmän); lakescape ecology koherenssi riippuu myös havaintosarjojen pituudesta (pidemmät aikasarjat osoittavat yleensä suurempaa koherenssia) 2

3 Koherenssi virtavesissä: selkärangatonyhteisöjen pysyvyys ja Pohjois-Atlantin Oskillaatio ( North Atlantic Oscillation, NAO) Bradley & Ormerod (2001) Bradley& Ormerod (2001): - 8 jokea Walesissa, pohjaeläinaineistoa 14 vuotta ( ) - seuraako yhteisöjen ajallinen pysyvyys ( persistence ) NAO-ilmiötä? NAO-indeksi kuvaa ilmakehän paineen vaihtelua: negativiset arvot kylmät, kuivat talvet positiviset arvot leudot, sateiset talvet Koherenssin mittakaavariippuvaisuus (Huttunen et al. unpubl.) implikaatio biomonitorointiin: Selkärangatonyhteisöt erittäin pysyviä kylmien, kuivien talvien aikana (NAO index < 1), mutta epävakaita leutojen, sateisten talvien aikana (NAO index > 1) laajan mittakaavan ympäristövaihtelu voi peittää alleen pitkän aikavälin ekosysteemimuutokset (esim. palautuminen happamoitumisesta) 6 jokea, Kainuussa, 5 Keski- Suomessa; 6 vuotta pohjaeläinseurantaa Kainuun joista 3 koskea/joki Mittakaavat: - alueiden välinen - alueiden sisäinen (jokien välinen) - jokien sisäinen (koskien välinen) C O H E R E N C E 3

4 Alueiden välinen koherenssi Jokien sisäinen Alueiden sisäinen Pohjoisten jokien pohjaeläinfaunan ajallista vaihtelua säätelevät pienen mittakaavan tekijät, mutta jokien sisäinen ajallinen koherenssi yllättävän alhainen Paleolimnologia --kasvien siitepöly, itiöt; piilevien kuoret, survaissääsken toukkien pääkapselit säilyvät vahigoittumattomina järvisedimentissä sedimettikerrostumissa on kronologista tietoa järven ja sen valuma-alueen tilasta historiallisena aikana -- kerrostumien ikä määritetään (> 400 v. vanhat sedimentit, 14 C; uudemmat kerrostumat, 210 Pb tai 137 Cs) -- fossiilinen yhteisö suhteutetaan ko. ajanjakson ympäristöoloihin transfer functions : esim. määritetään piilevälajien esiintyminen suhteessa fosforiin nykynäytteiden perusteella kehitetään matemaattinen funktio, jonka avulla voidaan estimoida järven fosforikuormitusta tiettynä historiallisena ajankohtana Ilmastomuutoksen indusoima yhteisömuutos arktisissa järvissä (Smol et al. 2006) -- pohjasedimentin piilevä- ja chironomidiyhteisöt 55 järvestä arktiselta vyöhykkeeltä, ml. pohjoinen Fennoskandia -- muutoksen mittarina ß-diversiteetti, järven piileväyhteisön lajikoostumuksen vaihdunta ajassa; aikaskaala n. 150 vuotta -- verrokkina 14 lauhkean vyöhykkeen referenssijärveä -- piilevien lajivaihdunta arktisella vyöhykkeellä suurempaa kuin lauhkean vyöhykkeen vastaavissa järvissä, lähes samaa luokkaa kuin happamoituneissa järvissä -- myös surviaissääskiyhteisöt muuttuneet useissa arktisissa järvissä enemmän kuin lauhkealla vyöhykkeellä -- biologiset havainnot hyvin suhteessa ko. alueen historiallisiin ilmastotietoihin taustalla ilmaston lämpeneminen Opportunity to study arctic ecosystems unaffected by human influences may have disappeared 4

5 Kaupunkijärven tilan parantuminen: Jyväsjärvi (Meriläinen et al. 2003) -- kaupungin jätevedet puhdistamattomina järveen v saakka; lisäksi sellutehtaan jätevedet -- vesiensuojelutoimet parantuneet merkittävästi ja 90-lukujen mittaan; miten järven ekosysteemi on reagoinut muutoksiin? Toksisten yhd. pitoisuuksia pohjasedimentissä Sedimenttiprofiili Tot-P O 2 saturaatio Tot-N kesä ph talvi Sedimentaation määrä Historialliset piileväyhteisöt Historialliset surviaissääskiyhteisöt Järven tila on huomattavasti parantunut ja 80-lukujen synkimmistä vuosista; jotta positiivinen muutos jatkuisi, tulisi järven fosforikuormitusta laskea entisestään -- pohjasedimenttien hapetus -- tehostettu vesiensuojelu valuma-alueella Benthic Quality Index 5

6 Happamoituminen (acidification) Fossiiliset polttoaineet happosade SO 2 + O 3 < - > SO 3 + O 2 < - > SO 3 + H 2 O < - > H 2 SO 4 3NO 2 + H 2 O < - > 2HNO 3 + NO Sadeveden ph normaalisti 5.6; acid rain < ph 5-6: levälajien diversiteetti laskee (mm. piilevät häviävät) valon läpäisevyys kasvaa (happamoituneet järvet usein kirkkaita!) -- useat vesisammalet (erityisesti Sphagnum-lajit) menestyvät hyvin happamoituneissa vesissä Eläimistö: esim. Gammarus-katkat, rapu, kotilot, särki, päivänkorennot (osa) ovat herkkiä happamoitumiselle ja häviävät ph:n ollessa välillä kalojen poikasvaiheet alttiimpia happamoitumiselle kuin aikuiset populaation ikäjakauma vinoutuu, painottuen vanhoihin yksilöihin Muutokset eliöstössä alkavat yleensä, kun ph < 6 -- suorat vaikutukset vs. sekundaariset vaikutukset, esim. alumiinin ja raskasmetallien liukenemisen kautta -- alumiini sitoutuu kalojen kiduksiin vaikeuttaa hengittämistä Happamoitumisalttiuden määrittäminen ryhmätasolla voi olla harhaanjohtavaa, koska lähisukuisetkin lajit voivat reagoida eri tavalla ns. varhaiset varoittajat ( early warning organisms ) erityisen tärkeitä Virtavesien selkärangattomien lajirunsaus suhteessa veden happamuuteen (Hämäläinen & Huttunen, 1990, ns. HAPRO-projekti) Hämäläinen & Huttunen (1990) 6