Hanna Suotunen. Pro gradu -tutkielma. Turun yliopisto Biologian laitos Linja: opettajan linja Erikoistumisala: ekologia.

Transkriptio

1 Talitiaisen (Parus major), sinitiaisen (Cyanistes caeruleus) ja kirjosiepon (Ficedula hypoleuca) munavaiheen kuolleisuuteen vaikuttavat tekijät saastuneessa ympäristössä Hanna Suotunen Pro gradu -tutkielma Turun yliopisto Biologian laitos Linja: opettajan linja Erikoistumisala: ekologia Laajuus: 20 op Tarkastajat: 1: 2: Hyväksytty: Arvolause:

2 TURUN YLIOPISTO Biologian laitos SUOTUNEN, HANNA: Talitiaisen (Parus major), sinitiaisen (Cyanistes caeruleus) ja kirjosiepon (Ficedula hypoleuca) munavaiheen kuolleisuuteen vaikuttavat tekijät saastuneessa ympäristössä Pro gradu -tutkielma, 37 s. Ekologia Kesäkuu 2011 Munakuolleisuus on osa lisääntymismenestystä ja vaikuttaa siten populaatiokokoon. Lisääntymisvaihe on erityisen herkkä saastumisen haittavaikutuksille. Melko vähän on tutkittu, missä vaiheessa munien sisällä elävät alkiot ja sikiöt kuolevat ja mitkä asiat siihen vaikuttavat. Tässä työssä tutkittiin talitiaisen (parus major), sinitiaisen (Cyanistes caeruleus) ja kirjosiepon (Ficedula hypoleuca) munien kuoriutuvuuteen ja kuolemisvaiheeseen vaikuttavia tekijöitä raskasmetallien saastuttamassa ympäristössä. Aineisto on kerätty Harjavallan metallisulattamon läheisyydestä vuosien aikana. Muun muassa saastumisen, lämpötilan ja muninnan aloitusajan vaikutuksia munien kuoriutuvuuteen ja kuoriutumattomien munien kehitysvaiheeseen tutkittiin yleistetyillä lineaarisilla malleilla. Saastuminen huononsi talitiaisen, sinitiaisen ja kirjosiepon kuoriutuvuutta. Eniten se huononsi kirjosiepon munien kuoriutuvuutta, mikä voi johtua sen heikosta kalsiuminhankkimiskyvystä. Raskasmetallit vähentävät käytettävissä olevan kalsiumin määrää ja häiritsevät kalsiumaineenvaihduntaa, mikä voi johtaa huonoihin munankuoriin. Kuoriutuvuus ei tämän tutkimuksen perusteella parantunut 18 tutkimusvuoden aikana, vaikka päästöt ovat vähentyneet, sillä maaperässä on paljon vuosien varrella kertyneitä raskasmetalleja. Talitiaisen kuoriutuvuus jopa hiukan huononi. Saastuminen lisäsi talitiaisen herkkyyttä luonnolliselle stressitekijälle, kylmyydelle. Kylmyys vaikutti myös sinitiaisen ja kirjosiepon kuoriutuvuuteen, mutta näillä vaikutus riippui muninnan aloitusajasta. Muninnan aloituksen viivästyminen näyttäisi huonontavan kuoriutuvuutta, todennäköisesti siksi, että huonokuntoiset yksilöt joutuvat lykkäämään aloitusta. Kuoriutumattomien munien kehitysvaiheeseen saastumisella ei ollut vaikutusta. Siihen vaikutti vain lämpötila, sinitiaisella ei sekään. Talitiaisella kylmässä kuoli paljon alkuvaiheen munia; keskimääräisissä haudonta-ajan lämpötiloissa kuoli pidemmälle kehittyneitä munia, mikä viittaa kylmänsietokyvyn heikkenemiseen kehityksen edetessä. Lämpimillä ilmoilla kuoli vain vähän talitiaismunia, ja ne olivat kehityksen alkuvaiheessa. Kirjosiepon munat kuolivat keskimäärin vanhempina kuin tiaisten munat. Sillä munat kuolivat sitä vanhempina, mitä lämpimämpää oli. ASIASANAT: talitiainen, Parus major, sinitiainen, Cyanistes caeruleus, kirjosieppo, Ficedula hypoleuca, saastuminen, muninta, lisääntyminen

3 SISÄLLYS 1. JOHDANTO Munavaiheen kuolleisuuden ajankohta Munien kuolemiseen vaikuttavia syitä Ympäristömyrkyt ja kalsiumin saatavuus Lämpötila Tutkimuskysymykset ja hypoteesit MATERIAALIT JA MENETELMÄT Tutkimuksen lajit Tutkimusalue Aineiston keruu Tilastolliset analyysit TULOKSET Kuoriutuvuuteen vaikuttavat tekijät Saastuminen Lämpötila ja muninnan aloitusaika Ajallinen muutos Kuoriutumattomien munien kehitysvaiheeseen vaikuttavat tekijät Munavaiheen kuolleisuuden vertailu lintulajien kesken Kuoriutuvuus Kuoriutumattomien munien kehitysvaihe TULOSTEN TARKASTELU Kuoriutuvuuteen vaikuttavat tekijät Saastuminen Lämpötila ja muninnan aloitusaika Ajallinen muutos Kuoriutumattomien munien kehitysvaiheeseen vaikuttavat tekijät Lämpötila Muut tekijät Munavaiheen kuolleisuuden vertailu lintulajien kesken Kuoriutuvuus... 31

4 Kuoriutumattomien munien kehitysvaihe Virhelähteet KIITOKSET LÄHTEET... 34

5 1 1. JOHDANTO Lintuja on käytetty menestyksekkäästi saastumisen ympäristövaikutusten havainnoimisessa ja tunnistamisessa (Di Giulio & Scanlon 1984; Eeva & Lehikoinen 1995; Nyholm ym. 1995; Nyholm 1998; Van den Steen ym. 2009). Lisääntymisvaihe on erityisen herkkä saastumisen haittavaikutuksille (Scheuhammer 1987). Esimerkiksi kirjosiepon (Ficedula hypoleuca) ja talitiaisen (Parus major) munia kuolee saastuneessa ympäristössä enemmän kuin puhtaassa (Eeva & Lehikoinen 1995; Janssens ym. 2003; Belskii ym. 2005; Eeva ym. 2009). Lintujen jälkeläiskuolleisuus voidaan jakaa ennen kuoriutumista olevaan munavaiheeseen ja kuoriutumisen jälkeiseen varsinaiseen poikasvaiheeseen. Tässä tutkimuksessa keskitytään munavaiheen kuolleisuuteen, jota on tutkittu vähemmän kuin poikasvaiheen kuolleisuutta. Alkio- ja sikiökuolleisuus on osa lisääntymismenestystä. Lisääntymismenestys taas vaikuttaa populaatiokokoon (Peach ym. 2008). Siksi on tärkeää selvittää syitä, jotka lisäävät munakuolleisuutta. Tutkimalla missä kehitysvaiheessa eri tekijät tappavat munia, saadaan tarkempi kuva niiden vaikutuksesta lisääntymismenestykseen. Yleensä munavaiheen kuolleisuutta on käsitelty yhtenä kokonaisuutena, vaikka kuolinvaiheen tarkempi selvittäminen toisi tärkeää lisätietoa mekanismeista Munavaiheen kuolleisuuden ajankohta Muna kehittyy emolinnun sisällä ja emo siirtää siihen kehityksessä tarvittavat aineet. Kun muna on munittu, siinä on sisällä lähes kaikki, mitä kehittyvä poikanen tarvitsee. Ennen kuoriutumista poikanen tarvitsee munan ulkopuolelta vain happea ja lämpöä. Vaikka kehittyvän poikasen ja ulkomaailman välissä on munavaiheessa kuori, olosuhteet munassa muuttuvat silti kehityksen aikana ja siksi myös herkkyys erilaisille tekijöille voi olla erilainen eri kehitysvaiheissa. Munan sisällä elävän sikiön kuolinajankohtaa on tutkittu vähän. Lintujen lisääntymismenestystä käsittelevissä tutkimuksissa on yleensä vain kerrottu, onko kuolema tapahtunut munavaiheessa vai kuoriutumisen jälkeen (Castilla ym. 2009). Joitakin munavaihetta eritteleviä tutkimuksia on kuitenkin tehty (esim. Eeva &

6 2 Lehikoinen 1995; Hamilton ym. 1999; Beissinger ym. 2005; Sellier ym. 2005; Cooper ym. 2006; Svensson ym. 2007; Birkhead ym. 2008; Castilla ym. 2009). Suurimmassa osassa niistä tutkittiin, johtuuko kuoriutumattomuus hedelmöitymättömyydestä vai alkion kuolemasta. Eeva ja Lehikoinen (1995) tutkivat talitiaisen ja kirjosiepon kuolleita munia. Niistä noin puolessa oli nähtävissä kehityksen merkkejä. Svensson ym. (2007) tutkivat pikkuvarpusen (Passer montanus) munien kuoriutuvuustodennäköisyyttä. He löysivät kehityksen merkkejä 51 prosentissa tutkimistaan munista. Tutkimuksen mukaan kaikki munat olivat todennäköisesti hedelmöityneet ja suurin osa kuoriutumattomista munista oli kuollut varhaisessa vaiheessa. Heidän johtopäätöksensä oli, että alkiot kuolevat pian hedelmöitymisen jälkeen tai ensimmäisten alkionkehityspäivien aikana. Myöhemmin kuolleita munia löytyi vain vähän. Kuolleista munista suurin osa oli koiraita. Tutkimusryhmä epäili, että haitalliset kemikaalit saattavat vaikuttaa tähän koiraiden suurentuneeseen kuolemistodennäköisyyteen. Birkhead ym. (2008) tutkivat, johtuuko munien kuoriutumattomuus siitä, etteivät ne ole hedelmöityneet vai siitä, että alkio on kuollut. He keräsivät 40 pikkuvarpusen kuoriutumatonta munaa. Yhdessä niistä oli pitkälle kehittynyt sikiö. Muissa kehitystä ei ollut juurikaan nähtävissä. He löysivät runsaasti spermaa ja tumia tutkimistaan 36 munasta ja pitivät todennäköisenä, että munat olivat hedelmöityneet, mutta kuolleet varhaisessa vaiheessa. Beissinger ym. (2005) ja Cooper ym. (2006) uskovat, että syy joidenkin lintujen pesintämenestyksen huonouteen on munien kehityksen pysähtyminen ennen haudontavaihetta munimisvaiheen aikana. Myös Sellier ym. (2005) saivat tulokseksi, että munia kuolee hyvin varhaisessa vaiheessa enemmän kuin hiukan myöhemmin kahta sorsalajia risteytettäessä. Näissä kuolemissa oli todennäköisesti geneettiset syyt. Castilla ym. (2009) tutkivat, kuoleeko punapyitä (Alectoris rufa) enemmän munan kehityksen alku- vai loppuvaiheessa. Myös tämän tutkimuksen tuloksena oli, että kuolemia tapahtuu enemmän kehityksen varhaisvaiheessa kuin myöhäisvaiheessa. Syyksi tutkimuksessa epäiltiin sitä, että emot ovat vähemmän aikaa huolehtimassa pesästään muninta-aikana kuin haudonta-aikana. Tällöin saalistajat pääsevät pesälle helpommin ja munien kokemat lämpötilan ja mikroilmaston muutokset ovat suurempia. Punapyy pesii maassa, joten saalistajat syövät suuren osan munista. (Castilla ym )

7 3 Hamilton ym. (1999) tutkivat trumpettijoutsenen (Cygnus buccinator) keinotekoisesti haudottujen munien kuoriutuvuutta. Heidän tutkimuksessaan munia kuoli hautomisen alkuvaiheessa ja loppuvaiheessa. Alkuvaiheen kuolemat olivat yhteydessä bakteeritartuntoihin. Loppuvaiheessa kuolleista munista haihtui vettä haudonnan aikana enemmän kuin kuoriutuneista tai alkuvaiheessa kuolleista munista Munien kuolemiseen vaikuttavia syitä Tutkimusten mukaan varpuslintujen munia ja poikasia tappaa mm. kylmyys, ruuanpuute, mikrobit, saalistajat ja ympäristömyrkyt kuten raskasmetallit ja torjuntaaineet (Pinowski ym. 1994; Eeva & Lehikoinen 1995; Nyholm ym. 1995; Eeva ym. 1997, 2002, 2009; Janssens ym. 2003; Belskii ym. 2005; Deng & Gao 2005; Yamaguchi & Higuchi 2005; Boulton ym. 2008). Osa kuoriutumattomista munista voi olla hedelmöitymättömiä Ympäristömyrkyt ja kalsiumin saatavuus Munimisaikana tarvitaan paljon kalsiumia munan kuoreen (Romanoff & Romanoff 1949: 154). Emolinnut syövät tällöin esimerkiksi kotiloita, joiden kuorissa on runsaasti kalsiumia (Graveland & van der Wal 1996). Munan sisällä kehittyvä sikiö ottaa suuren osan luiden kehitykseen tarvittavasta kalsiumista munan kuoresta (Simkiss 1961). Sikiön kehittyessä munan kuoresta tulee läpäisevämpi ja vettä haihtuu enemmän kuin alussa (Romanoff 1943). Mitä vähemmän kalsiumia emoilla on saatavilla munimisaikaan, sitä huonompia kuoret ovat jo munittaessa (Romanoff & Romanoff 1949: 154; Graveland & van der Wal 1994, 1996), vaikka toisaalta kaikissa tutkimuksissa kalsiumin määrä ei vaikuttanut munan kuoren kuntoon (Tilgar ym. 2005). Huonokuorisista munista haihtuu paljon vettä ja ne hajoavat helposti (Romanoff & Romanoff 1949: 159, 383). Liika veden haihtuminen johtaa munien kuolemiseen (Romanoff & Romanoff 1949: 383; Hamilton ym. 1999). Ympäristön saastuminen saattaa huonontaa lintujen kalsiumin saatavuutta (Graveland & van der Wal 1996, van Tol ym. 1998). Raskasmetallit mm. syrjäyttävät maassa olevaa kalsiumia (Bloomfield & Sanders 1977; Derome & Lindroos 1998). Tällöin kotiloiden määrä vähenee (Eeva & Lehikoinen 1996; Graveland & van der Wal 1996; Johannessen

8 4 & Solhøy 2001; Eeva ym. 2010). Saasteet myös vähentävät kasvillisuutta (Salemaa ym. 2001). Niukassa kasvillisuudessa kotiloita on vähemmän (Andersen & Halvorsen 1984). Lisäksi raskasmetallit häiritsevät kalsiumaineenvaihduntaa ja estävät näin kalsiumin siirtymistä emon elimistöstä kehittyvän munan kuoreen (Six & Goyer 1970; Goyer 1995.) Jos kalsiumia on riittävästi tarjolla, se vähentää saasteiden vaikutusta. Esimerkiksi seeprapeipolla (Taeniopygia guttata) lyijyn imeytyminen elimistöön väheni, kun kalsiumia oli tarjolla riittävästi (Snoeijs ym. 2005). Kalsiumiin liittyvien ongelmien lisäksi saastuminen haittaa lintujen lisääntymistä muutenkin. Emojen ja poikasten kunto voi huonontua sekä suorien että epäsuorien vaikutusten kautta. Epäsuoria vaikutuksia on esimerkiksi ravinnon määrän väheneminen, mikä voi johtaa nälkiintymiseen (Eeva ym. 2005). Saastuneella alueella on todettu olevan hyönteissyöjälinnuille vähemmän ja huonolaatuisempaa ravintoa kuin puhtaammalla alueella (Eeva ym. 1997). Suoria vaikutuksia ovat raskasmetallien myrkkyvaikutukset. Esimerkiksi Puolassa kadmiumin on todettu laskevan kirjosieppojen poikasten hemoglobiinitasoa, mitä pidettiin tutkimuksessa tärkeimpänä syynä poikasten huonoon selviytymiseen ( wiergosz ym. 1998). Raskasmetallien lisäksi ainakin talitiaisen ja sinitiaisen muniin on todettu kertyvän torjunta-aineita (Nyholm ym. 1995; Dauwe ym. 2006; Van den Steen 2009, 2010). Osa torjunta-aineista, esimerkiksi DDE, ohentaa lintujen munan kuorta (Cooke ym. 1976) Lämpötila Myös ulkoilman lämpötila vaikuttaa munien kuolemiseen (Eeva ym. 2002). Kun hautominen on aloitettu, muna ei saa jäähtyä liikaa C lämpötilaa pidetään ns. fysiologisena nollalämpötilana, jota kylmemmässä kehitystä ei tapahdu. Jos munan lämpötila on haudonta-aikaan pitkään alhainen, kehityksessä voi tulla ongelmia. Vaikka ulkoilman lämpötila vaihtelee, emojen pitää saada tarpeeksi ruokaa pystyäkseen lämmittämään munia riittävästi. (White ja Kinney 1974.) Lämpimässä emojen energiantarve on pienempi ja ne voivat käyttää enemmän aikaa hautomiseen kuin kylmässä (Bryan & Bryant 1999; Reid ym. 1999; de Heij ym. 2008). Kylmät yöt lisäävät energiantarvetta (Bryan & Bryant 1999). Kylmyys siis lisää munien kuolemisriskiä, koska emot joutuvat olemaan enemmän pois hautomasta, ruokaa

9 5 etsimässä. Kylmällä ilmalla ruuan löytäminen voi myös olla vaikeampaa ja viedä siksi pidemmän ajan. Munien kuolinajankohtaan voi vaikuttaa se, milloin on kylmiä ilmoja ja se, missä vaiheessa muna on herkin kylmälle. Esimerkiksi kanan alkioiden kylmänsietokyky huononee haudonnan edetessä (Tazawa & Rahn 1986) Tutkimuskysymykset ja hypoteesit Tässä tutkimuksessa selvitettäviä asioita ovat: 1. Mitkä tekijät vaikuttavat talitiaisen, sinitiaisen (Cyanistes caeruleus) ja kirjosiepon kuoriutumattomien munien osuuteen? 2. Mitkä tekijät vaikuttavat talitiaisen, sinitiaisen ja kirjosiepon munavaiheen kuolleisuuden ajankohtaan? ja 3. Eroavatko munavaiheen kuolleisuus ja siihen vaikuttavat tekijät talitiaisen, sinitiaisen ja kirjosiepon kesken? Ensimmäisen ja toisen tutkimuskysymyksen osalta selvitetään saastumisen vaikutusta, lämpötilan vaikutusta, näiden yhdysvaikutusta ja sitä, mitkä muut tekijät vaikuttavat kuoriutumattomien munien osuuteen ja munavaiheen kuolleisuuden ajankohtaan. Lisäksi tutkitaan, onko kuoriutuneiden munien osuudessa ja kuolinajankohdassa tapahtunut muutosta vuosien 1991 ja 2008 välisenä aikana. Kolmannessa tutkimuskysymyksessä selvitetään, onko talitiaisen, sinitiaisen ja kirjosiepon välillä eroja kuoriutumattomien munien osuudessa ja kuolinajankohdassa tai niihin vaikuttavissa tekijöissä. Saastumisen odotetaan aikaisempien tutkimusten perusteella huonontavan ainakin talitiaisen ja kirjosiepon kuoriutuvuutta (Janssens ym. 2003; Eeva & Lehikoinen 2004; Belskii ym. 2005; Eeva ym. 2009). Sinitiaisen kuoriutuvuuteen saastumisella ei ole havaittu vaikutusta (Dauwe ym. 2005; Eeva ym. 2009). Kylmyyden odotetaan huonontavan kaikkien lajien kuoriutuvuutta, sillä se lisää emojen energiantarvetta (Bryan & Bryant 1999). Saastumisen odotetaan suurentavan kylmyyden vaikutusta talitiaisella, koska sillä löytyi vastaava yhdysvaikutus munintatauoissa (Eeva & Lehikoinen 2010). Tavallisesti varpuslinnut munivat yhden munan päivässä. Munintatauko tarkoittaa sitä, että emo jättää munimisaikaan jonain päivänä munimatta. Munintatauot johtuvat osittain ongelmista kalsiumin kanssa samoin kuin huonot munankuoret, jotka alentavat kuoriutuvuutta (Graveland & Berends 1997). Kirjosiepolla yhdysvaikutusta munintatauoissa ei löydetty (Eeva & Lehikoinen 2010). Kuoriutuvuuden odotetaan parantuneen vuosien 1991 ja 2008 välisenä aikana, sillä

10 alueen saastuminen on vähentynyt ja talitiaisen ja kirjosiepon poikasten lentoonlähtötodennäköisyys parantunut (Eeva & Lehikoinen 2000; Kiikkilä 2003). 6 Hypoteesina on, että kuoriutuvuuteen vaikuttavat tekijät vaikuttavat myös kuoriutumattomien munien kehitysvaiheeseen. Saastumisen odotetaan tappavan erityisesti loppuvaiheen munia, sillä saastuminen huonontaa munien kuoria, mikä lisää haihtumista (Romanoff & Romanoff 1949: 159, 383; Eeva & Lehikoinen 1995). Liika haihtuminen oli yhteydessä ainakin trumpettijoutsenen munien kuolemiseen myöhäisessä vaiheessa (Hamilton ym. 1999). Myös kylmyyden odotetaan tappavan erityisesti loppuvaiheen munia, sillä ainakin kanan alkioiden kylmänsietokyky huononee kehityksen edetessä (Tazawa & Rahn 1986). Saastuneella alueella emot voivat joutua etsimään ruokaa kauan, jolloin loppuvaiheen kylmälle herkkiä munia voi kuolla. Yhdysvaikutus saastumisen ja lämpötilan välillä odotetaan löytyvän talitiaisella samoin kuin kuoriutuvuudessa. Hypoteesina on myös, että kuoriutumattomien munien kehitysvaiheessa on ajallinen muutos tutkimusjakson aikana ( ), sillä saastepäästöt ovat vähentyneet. Jos loppuvaiheen sikiöitä kuolee vähemmän kuin ennen, suurempi osuus kuoriutumattomista munista on hedelmöitymättömiä tai alkiovaiheessa, eli kuoriutumattomien munien kehitysvaihe on alhaisempi kuin ennen. Myös munamäärän odotetaan vaikuttavan kehitysvaiheeseen. Suurissa pesyeissä kaikkia munia ei ehkä pystytä hautomaan tehokkaasti, ja osa munista saattaa jäähtyä liikaa. Tällöin kylmälle herkkiä loppuvaiheen munia todennäköisesti kuolee enemmän kuin pienissä pesyeissä. Talitiainen ja sinitiainen ovat läheistä sukua toisilleen, kun taas kirjosieppo poikkeaa näistä monessa suhteessa. Lajeilla on eroja mm. muninnan aloitusajassa, ravinnossa, koossa ja talvehtimisessa (Cramp & Perrins 1993: 67 86, , ). Näiden erojen vuoksi odotetaan, että tutkimuksessa löytyy eroja munavaiheen kuolleisuudessa lintujen välillä. Aiemmissa tutkimuksissa saastuminen ei ole vaikuttanut sinitiaisen kuoriutuvuuteen, mutta sen kuoriutuvuus on ollut silti talitiaisen kuoriutuvuutta huonompi (Dauwe ym., 2005; Eeva ym. 2009). Kirjosieppo on ollut herkempi saastealtistukselle kuin talitiainen (Eeva & Lehikoinen 1995).

11 7 2. MATERIAALIT JA MENETELMÄT 2.1. Tutkimuksen lajit Tutkittavina lajeina olivat talitiainen, sinitiainen ja kirjosieppo. Ne ovat kaikki yleisiä lintulajeja Suomessa. Kirjosieppo muuttaa talveksi Länsi-Afrikkaan (Cramp & Perrins 1993: 67). Tiaiset ovat paikallisempia lintuja ja altistuvat saasteille koko vuoden ajan mutta ovat tottuneita pohjoisen kylmyyteen. Munimisaikaan kaikki tutkittavat lajit syövät pääasiassa selkärangattomia eläimiä. Ruokavalioissa on myös joitakin eroja. Kirjosieppo esimerkiksi pyydystää enemmän lentäviä hyönteisiä kuin tiaiset (Cramp & Perrins 1993: 69, , 259). Talitiaista pienemmän munamäärän, munankuoren painon ja luurangon painon vuoksi kirjosiepon on epäilty tarvitsevan lisääntymiseen vähemmän kalsiumia kuin talitiaisen, mikä on hyödyllistä vähän kalsiumia sisältävän ruokavalion vuoksi mutta saattaa altistaa kirjosiepon raskasmetallien haittavaikutuksille (Eeva & Lehikoinen 2004). Sinitiainen on huomattavasti talitiaista pienempi. Kirjosieppo on kooltaan näiden kahden väliltä. Sinitiainen aloittaa munimisen ensimmäisenä keväällä ja kirjosieppo tutkimuksen lajeista viimeisenä. (Cramp & Perrins 1993: 69 86, , ) 2.2. Tutkimusalue Aineisto kerättiin Lounais-Suomesta, Harjavallan kuparisulattamon ympäristöstä, 0,5 74 kilometrin etäisyydeltä tehtaasta vuosina Mukana oli 21 tutkimuspaikkaa, joissa jokaisessa oli linnunpönttöä. Alueella on saasteena rikin oksideja ja raskasmetalleja (Kiikkilä 2003). Maaperässä ja eliöstössä on suurentuneita raskasmetallipitoisuuksia, jotka vähenevät eksponentiaalisesti etäännyttäessä tehtaasta (Eeva & Lehikoinen 1996; Derome & Lindroos 1998; Derome & Nieminen 1998) kilometrin etäisyydellä tehtaasta raskasmetallipitoisuudet saavuttavat taustatason (Eeva & Lehikoinen 1995, 1996; Derome & Nieminen 1998; Jussila & Jormalainen, 1991). Maaperä ei ole happamoitunut, mutta tehtaan läheisyydessä käyttökelpoisen kalsiumin määrä on vähentynyt huuhtoutumisen vuoksi (Derome & Nieminen 1998).

12 8 Kuparisulattamo aloitti toimintansa Harjavallassa vuonna 1945 ja nikkelisulattamo vuonna Kuparin ja nikkelin lisäksi päästöissä on sinkkiä, lyijyä, kadmiumia, arseenia, elohopeaa ja rikkiä luvun alusta alkaen päästöt ovat vähentyneet tehtaassa tehtyjen teknisten muutosten ja korkeamman savupiipun rakentamisen vuoksi. Maaperässä on kuitenkin paljon pitkän ajan kuluessa kertyneitä raskasmetalleja. (Kiikkilä 2003; Derome & Lindroos 1998; Helmisaari 1998; Nieminen ym. 1999; Salemaa ym ) Alueen metsissä valtapuuna on mänty (Pinus sylvestris). Se muodostaa sekametsiköitä kuusien (Picea abies) ja koivujen (Betula spp.) kanssa. Kenttäkerroksessa mustikka (Vaccinium myrtillus) ja puolukka (Vaccinium vitis-idaea) vallitsevat. Tehdasta lähimmissä tutkimuspaikoissa pohjakerroksen kasvillisuus on saastumisen vuoksi laikuittaista ja heikosti kehittynyttä (Kiikkilä 2003; Salemaa ym. 2001). Tutkimusalueiden valitsemisessa kiinnitettiin erityistä huomiota siihen, että niiden kasvillisuus olisi keskenään samantyyppistä eli melko harvaa mäntyvaltaista metsää, joka on tyypillistä alueelle Aineiston keruu Aineisto kerättiin puisista linnunpöntöistä, joiden lentoaukko oli mm, sisäkorkeus 20 cm ja leveys sekä syvyys 12 cm. Pöntöt olivat puiden rungoissa 2 3 metriä maanpinnan yläpuolella. Linnunpöntöt tarkistettiin 1 2 kertaa viikossa. Niistä tarkkailtiin mm. ensimmäisen munan munintapäivää, munien määrää, hautomisen aloittamista ja kuoriutumispäivää. Kuoriutumatta jääneet munat avattiin ja sikiön kehitys koodattiin seuraavasti: 1 = kehittymätön muna, jossa ehjä keltuainen, 2 = keltuainen hajonnut ja munan sisältö kellertävä, 3 = keskikokoinen sikiö (n. 5 mm), 4 = suuri sikiö (n.10 mm) ja 5 = kuoriutumaan valmis sikiö. Uusintapesyeet ja tuhoutuneen pesyeen korvaavat pesyeet poistettiin aineistosta. Myös ne pesät, joiden tuhoutumissyyksi tiedettiin saalistus tai hylkääminen, poistettiin. Kuoriutumattomien munien kehitysvaiheanalyysin aineistosta poistettiin lisäksi ne pesät, joista ei ollut kuoriutunut yhtään poikasta. Tämä tehtiin, jotta voitiin varmistua siitä, että mukaan tulevat vain ne munat, joita on haudottu loppuun asti eikä pesää ole esimerkiksi hylätty ennen kuoriutumisaikaa. Taulukosta 1 näkyvät aineistomäärät.

13 9 Taulukko 1. Tutkimuksen aineistomäärät vuosittain. Talitiainen Sinitiainen Kirjosieppo Vuosi Pesiä Avattuja munia Pesiä Avattuja munia Pesiä Avattuja munia Yhteensä Tilastolliset analyysit Tilastolliset analyysit tehtiin SAS 9.1 -tilasto-ohjelman yleistetyillä lineaarisilla malleilla, Glimmix-proseduurilla (SAS 2006). Mallit tehtiin jokaisesta lajista erikseen. Aluksi malleihin otettiin mukaan useita muuttujia selittämään kuoriutuvuutta ja kuoriutumattomien munien kehitysvaihetta. Nämä olivat lämpötila, etäisyys tehtaasta, vuosi (luokkamuuttujana ja jatkuvana muuttujana), muninnan aloitusaika ja munamäärä (kehitysvaiheanalyysissä). Mukaan otettiin myös selittäjien yhdysvaikutuksia. Malleista pudotettiin pois yksitellen ei-merkitsevät selittäjät. Kuoriutuvuusanalyyseissä käytettiin binomijakaumaa ja tapahtumia / toistokoe (events / trial) -tyyppistä riippuvaa muuttujaa, jossa verrattiin pesästä kuoriutuneiden poikasten määrää pesän munamäärään eli analysoitiin kuoriutumisen todennäköisyyttä. Vuosi oli mukana kiinteänä selittävänä tekijänä, sillä jos vuosi otettiin satunnaistekijäksi, kaikki

14 10 kuoriutuvuusmallit eivät menneet läpi. Vuoden vaikutusta testattiin sekä jatkuvana muuttujana että luokkamuuttujana. Vuoden ollessa jatkuva muuttuja, testattiin ajallista kehityssuuntaa kuoriutuvuudessa. Kehitysvaiheanalyyseissä käytettiin normaalijakaumaa. Satunnaistekijänä oli jokainen erillinen pesä. Näin huomioitiin se, että samassa pesässä saattoi olla useampia kuoriutumattomia munia, joita ei voi pitää toisistaan riippumattomina havaintoina. Myös vuosi otettiin satunnaistekijäksi. Vapausasteet laskettiin Kenward Rogermenetelmällä analyyseissä, joissa oli satunnaistekijä mukana. Aineisto jaettiin kolmeen alueeseen tehtaan etäisyyden perusteella. Alueeseen 1 kuuluivat ne pesät, jotka olivat enintään kahden kilometrin etäisyydellä tehtaasta. Tämä oli kaikkein saastunein alue. Lievästi saastuneeseen alueeseen 2 kuuluivat 2 7 km etäisyydellä tehtaasta olevat pesät. Alueeseen 3 kuuluivat ne pesät, jotka olivat yli 7 km päässä tehtaasta. Alueella 3 raskasmetallipitoisuus vastaa tavallista ympäristön pitoisuutta. Alueiden 2 ja 3 pesillä ei juuri ollut eroa analyyseissä, joten ne yhdistettiin. Koska aineisto analysoitiin tehtaan etäisyyden perusteella, mukaan tulivat myös saasteiden epäsuorat vaikutukset, kuten ruuan laadun ja määrän muutokset, joita alueella on todettu olevan (Eeva ym. 1997). Tehtaan lähellä sijaitsevaa aluetta 1 kutsutaan saastuneeksi vyöhykkeeksi ja kaukaisempia yhdistettyjä alueita 2 ja 3 taustavyöhykkeeksi. Muninnan aloitusaikaa tutkittiin vuoden mukaan standardoidun muninnan aloituspäivän mukaan, sillä eri vuosina keskimääräinen aloitusaika vaihtelee riippuen kevään etenemisestä. Jos muninnan aloitusajankohtaa ei olisi standardoitu, vuosien vaikutus vääristäisi tuloksia ja tällöin tutkittaisiin enemmän vuosien vaikutuksia kuin muninnan aloitusjärjestystä. Muninnan aloitusaika standardoitiin seuraavasti: z i = (x i ) / s jossa z i = standardoitu arvo x i = muninnan aloitusaika, alkuperäinen arvo = kyseisen vuoden muninnan aloitusaikojen keskiarvo s = kyseisen vuoden muninnan aloitusaikojen keskihajonta

15 11 Kuvia varten muninnan standardoitu aloitusaika on jaettu kolmeen ryhmään: aikaisin aloittavat (standardoitu aika < 1), keskimääräiseen aikaan aloittavat (standardoitu aika 1 1) ja myöhään aloittavat (standardoitu aika 1). Tämä tehtiin, jotta mallin antamaa tulosta voitaisiin havainnollistaa. Tiaisilla käytettiin lämpötilan kuvaamiseen haudonta-ajan vuorokausien minimilämpötilojen keskiarvoja, koska tiaisten haudonta-aikana on vielä yleisesti yöpakkasia. Kirjosiepolla sen sijaan käytettiin haudonta-ajan vuorokausien keskilämpötilojen keskiarvoa, koska kirjosiepon haudonta-aikana yöpakkasia on enää vain vähän. Tällöin keskilämpötilalla on enemmän merkitystä emon energian riittävyyden kannalta. Myös muninta-ajan minimi- ja keskilämpötiloja verrattiin kehitysvaiheeseen ja kuoriutuvuuteen. Munavaiheen kuolleisuutta verrattiin talitiaisen, sinitiaisen ja kirjosiepon kesken tekemällä analyysit, jossa kaikki lajit olivat yhdessä. Munien kuoriutuvuutta tutkittaessa malliin otettiin selittäväksi tekijäksi laji ja vyöhyke sekä näiden yhdysvaikutus ja vuosi, sillä kuoriutuvuusanalyyseissä selvisi, että vyöhykkeen vaikutus oli merkitsevä kaikilla lajeilla (taulukko 2). Kuoriutuvuusanalyysissä käytettiin binomijakaumaa ja tapahtumia / toistokoe -tyyppistä riippuvaa muuttujaa, jossa verrattiin pesän munamäärää ja pesästä kuoriutuneiden poikasten määrää. Kuoriutumattomien munien kehitysvaiheanalyysissä käytettiin normaalijakaumaa. Selittävänä tekijänä oli vain laji, sillä vyöhyke ei ollut merkitsevä millään lajilla (taulukko 3). Satunnaistekijänä oli jokainen erillinen pesä ja vuosi. Vapausasteet laskettiin Kenward Roger-menetelmällä. Lajien välisten erojen tilastollista merkitsevyyttä tarkasteltiin mallin pienimpien neliösummien keskiarvojen avulla t-testillä. Tilastollisen merkitsevyyden rajaksi otettiin 0,05. Kuvissa on mallin antamat ennustearvot (pisteet). Koska niistä on hankala hahmottaa vaikutusten suuntia, pisteisiin on sovitettu regressiosuorat tulkinnan helpottamiseksi. Luottamusvälit ovat näiden regressiosuorien keskiarvon luottamusvälit. Kuvat piirrettiin Microsoft Office Excel ohjelmalla. Excelillä myös laskettiin kuoriutuvuuden keskiarvot vyöhykkeittäin sekä vuosikuvaajia varten vuosittaiset keskiarvot ja niiden 95 prosentin luottamusvälit lineaarisista malleista saaduista ennustearvoista.

16 12 3. TULOKSET 3.1. Kuoriutuvuuteen vaikuttavat tekijät Talitiaisen kuoriutuvuus vaihteli vuosien välillä ja huononi aikavälillä varsinkin saastuneella vyöhykkeellä. Se oli lisäksi alhaisempi lähellä tehdasta, myöhään munituissa pesyeissä ja haudonta-ajan vuorokautisten minimilämpötilojen keskiarvon ollessa alhainen (taulukko 2). Haudonta-ajan kylmyys huononsi entisestään talitiaisen kuoriutuvuutta tehtaan lähellä. Sinitiaisen kuoriutuvuus vaihteli myös vuosien välillä ja oli huonompi lähellä tehdasta. Haudonta-ajan vuorokautisten minimilämpötilojen keskiarvon vaikutus sinitiaisen kuoriutuvuuteen oli riippuvainen muninnan aloitusajasta. Myös kirjosiepolla kuoriutuvuus vaihteli vuosien välillä. Se oli lisäksi alhaisempi lähellä tehdasta sekä haudonta-ajan ja muninta-ajan vuorokautisten keskilämpötilojen keskiarvojen ollessa alhainen. Mitä myöhemmin kirjosieppopesye oli munittu, sitä alhaisempi sen kuoriutuvuus oli varsinkin tehtaan lähellä. Myös haudontaajan lämpötilan vaikutus kirjosiepon kuoriutuvuuteen oli riippuvainen muninnan aloitusajasta. Lämpötilan, saastumisen ja pesinnän ajoittumisen vaikutuksia ja yhdysvaikutuksia sekä ajallista muutosta tarkastellaan seuraavassa yksityiskohtaisemmin.

17 13 Taulukko 2. Talitiaisen, sinitiaisen ja kirjosiepon kuoriutuvuuteen vaikuttavat tekijät ja testitulokset lineaarisille malleille. Malleissa käytettiin binomijakaumaa. Merkitsevien, malleihin jätettyjen tekijöiden arvot on lihavoitu. Ei-merkitsevät tekijät pudotettiin yksitellen pois malleista. Vuositrendi (vuosi jatkuvana muuttujana) ja vuosi (luokkamuuttuja) eivät olleet malleissa samaan aikaan. Talitiainen Sinitiainen Kirjosieppo n Selittävä tekijä Estimaatti df F p Estimaatti df F p Estimaatti df F p Vyöhyke* ,21 <0, ,58 0, ,63 <0,0001 Lämpö H** 0, ,04 <0,0001 0, ,45 0,50 0, ,20 <0,0001 Lämpö M** 0, ,00 0,96 0, ,15 0,69 0,079 32,92 <0,0001 Muninnan aloitus*** -0, ,64 <0,0001-0, ,43 <0,0001 0, ,27 0,071 Vuosi**** ,58 <0, ,35 <0, ,09 <0,0001 Vuositrendi***** -0, ,41 <0,0001 0, ,29 0,59 0, ,55 0,46 Lämpö H x lämpö H -0, ,15 0,28 0, ,72 0,19 0, ,15 0,70 Vuositrendi x vyöhyke ,58 0, ,09 0, ,00 0,95 Lämpö H x vyöhyke ,28 0, ,76 0, ,08 0,78 Muninnan aloitus x vyöhyke ,19 0, ,61 0, ,85 <0,0001 Lämpö H x muninnan aloitus 0, ,16 0,14 0, ,79 0,0002-0, ,18 <0,0001 *Etäisyysvyöhykkeet: saastunut vyöhyke 0 2 km tehtaasta, taustavyöhyke 2 74 km tehtaasta, luokkamuuttuja. **Lämpö H: Tiaisilla haudonta-ajan vuorokautisten ilman minimilämpötilojen keskiarvo, kirjosiepolla haudonta-ajan vuorokautisten ilman keskilämpötilojen keskiarvo. Lämpö M: Tiaisilla muninta-ajan vuorokautisten ilman minimilämpötilojen keskiarvo, kirjosiepolla muninta-ajan vuorokautisten ilman keskilämpötilojen keskiarvo. ***Vuoden mukaan standardoitu muninnan aloituspäivä. ****Vuodet , luokkamuuttuja. *****Vuodet , jatkuva muuttuja Saastuminen Saastuminen lisäsi kuoriutumattomien munien osuutta kaikilla tutkimuksen lajeilla (taulukko 2). Tehdasta lähellä olevalla saastuneella vyöhykkeellä kuoriutuvuus oli tiaisilla keskimäärin 5 % ja kirjosiepolla 11 % huonompi kuin taustavyöhykkeellä. Talitiaisella saastuminen alensi erityisesti kylmässä hautovien lintujen munien kuoriutuvuutta (kuva 1) ja kirjosiepolla myöhään munivien lintujen kuoriutuvuutta (kuva 2). Sinitiaisen saastuneen vyöhykkeen kuoriutumistodennäköisyyden keskiarvo

18 oli 0,79 ja 95 prosentin luottamusväli ±0,014. Taustavyöhykkeellä sinitiaisen kuoriutumistodennäköisyyden keskiarvo oli 0,83 ±0, y = x Kuoriutuvuus (todennäköisyys) y = 0.011x Saastunut vyöhyke Taustavyöhyke Lämpötila (C ) Kuva 1. Lämpötilan vaikutus talitiaisen munien kuoriutuvuuteen eri vyöhykkeillä. Kuvassa mallin tuottamat ennustearvot ja niihin sovitetut regressiosuorat sekä niiden keskiarvon 95 %:n luottamusvälit. 1 Kuoriutuvuus (todennäköisyys) Saastunut vyöhyke Taustavyöhyke y = x y = x Standardoitu muninnan aloitusaika Kuva 2. Vuoden mukaan standardoidun muninnan aloitusajan vaikutus kirjosiepon munien kuoriutuvuuteen eri vyöhykkeillä. Kuvassa mallin tuottamat ennustearvot ja niihin sovitetut regressiosuorat sekä niiden keskiarvon 95 %:n luottamusvälit.

19 Lämpötila ja muninnan aloitusaika Myös haudonta-ajan lämpötila vaikutti kaikkien lajien kuoriutuvuuteen (taulukko 1). Kylmässä talitiaisen kuoriutuvuus oli yleisesti huonompi kuin lämpimässä, mutta kylmyyden vaikutus oli voimakkaampi saastuneella vyöhykkeellä (kuva 1). Sinitiaisella lämpötila vaikutti yhdessä muninnan aloitusajan kanssa (kuva 3). Lämpötilan nousu paransi myöhään muninnan aloittavien sinitiaisten munien kuoriutuvuutta ja myös hieman keskimääräiseen aikaan aloittavien sinitiaisten munien kuoriutuvuutta. Aikaisten pesyeiden kuoriutuvuus oli kylmillä ilmoilla parempi kuin keskimääräisten tai myöhäisten pesyeiden. Lämpimämmillä haudontasäillä eroa ei juuri ollut. Kaikkein lämpimintä oli myöhään aloittavilla linnuilla. Lämpimässä niiden munien kuoriutuvuus oli hyvä. 1 y = x Kuoriutuvuus (todennäköisyys) y = x y = x Aikaiset Keskimääräiset Myöhäiset Lämpötila (C ) Kuva 3. Muninnan aloitusajan ja haudonta-ajan vuorokautisten minimilämpötilojen keskiarvon vaikutus sinitiaisen munien kuoriutuvuuteen. Kuvassa mallin tuottamat ennustearvot ja niihin sovitetut regressiosuorat sekä niiden keskiarvon 95 %:n luottamusvälit. Kirjosiepolla saastumisen lisäksi myös lämpötila vaikutti yhdessä muninnan aloitusajan kanssa (kuva 4). Aikaisin ja keskimääräiseen aikaan aloittavilla kirjosiepoilla lämpötilan nousu paransi kuoriutuvuutta. Myöhään muninnan aloittavien kirjosieppojen munien kuoriutuvuuteen lämpötilalla ei juuri ollut vaikutusta. Lämpimässä aikaisin aloittavien lintujen munien kuoriutuvuus oli paras ja myöhään aloittavien kuoriutuvuus huonoin (kuva 4). Kylmillä ilmoilla ero oli pienempi. Kaikkein kylmintä oli aikaisin aloittavilla

20 16 linnuilla. Kylmässä niiden munien kuoriutuvuus oli huono. Kirjosiepolla muninta-ajan vuorokautisten keskilämpötilojen keskiarvon ollessa alhainen kuoriutuvuus oli hiukan huonompi kuin lämpimämmillä ilmoilla (kuva 5) y = x y = 0,0059x + 0,807 Kehitysaste y = x Aikaiset Keskimääräiset Myöhäiset Lämpötila (C ) Kuva 4. Muninnan aloitusajan ja haudonta-ajan vuorokautisten keskilämpötilojen keskiarvon vaikutus kirjosiepon munien kuoriutuvuuteen. Kuvassa mallin tuottamat ennustearvot ja niihin sovitetut regressiosuorat sekä niiden keskiarvon 95 %:n luottamusvälit. 1 y = x Kuoriutuvuus (todennäköisyys) Lämpötila Kuva 5. Muninta-ajan vuorokautisten keskilämpötilojen keskiarvon vaikutus kirjosiepon munien kuoriutuvuuteen. Kuvassa mallin tuottamat ennustearvot ja niihin sovitettu regressiosuora sekä sen keskiarvon 95 %:n luottamusvälit. Talitiaisella muninnan aloitusaika vaikutti siten, että suhteellisesti aikaisin aloittavilla linnuilla kuoriutuvuus oli parempi kuin myöhemmin aloittavilla (kuva 6).

21 17 Kuoriutuvuus (todennäköisyys) y = x Standardoitu muninnan aloitusaika Kuva 6. Vuoden mukaan standardoidun muninnan aloitusajan vaikutus talitiaisen munien kuoriutuvuuteen. Kuvassa mallin tuottamat ennustearvot ja niihin sovitettu regressiosuora sekä sen keskiarvon 95 %:n luottamusvälit Ajallinen muutos Kaikkien lajien kuoriutuvuus vaihteli vuosien välillä (taulukko 1). Talitiaisella kuoriutuvuus laski aikavälillä varsinkin saastuneella vyöhykkeellä (kuva 7a). Sinitiaisella ja kirjosiepolla tilastollisesti merkitsevää ajallista kehityssuuntaa ei sen sijaan löydetty kummallakaan etäisyysvyöhykkeellä tehtaasta, eli kuoriutuvuus ei parantunut tai huonontunut vuosien 1991 ja 2008 välisenä aikana (kuva 7 b ja c). 1 Kuoriutuvuus (todennäköisyys) Saastunut vyöhyke Taustavyöhyke Vuosi a.

22 18 1 Kuoriutuvuus (todennäköisyys) Saastunut vyöhyke Taustavyöhyke Vuosi b. 1 Kuoriutuvuus (todennäköisyys) Saastunut vyöhyke Taustavyöhyke Vuosi c. Kuva 7 a c. Munien kuoriutuvuus eri vuosina. Vuosittaiset keskiarvot ja 95 % luottamusvälit. A. talitiainen, b. sinitiainen ja c. kirjosieppo Kuoriutumattomien munien kehitysvaiheeseen vaikuttavat tekijät Talitiaisten kuoriutumattomien munien kehitysvaihe oli alhainen haudonta-ajan vuorokautisten minimilämpötilojen keskiarvon ollessa alhainen (kuva 8). Keskimääräisissä haudonta-ajan lämpötiloissa kuoriutumattomat munat olivat keskimäärin pidemmälle kehittyneitä. Kaikkein korkeimmissa lämpötiloissa kehitysvaihe oli taas alhainen. Kirjosiepolla kehitysvaihe oli sitä alhaisempi, mitä lämpimämpää oli (kuva 9). Sinitiaisen kuoriutumattomien munien kehitysvaiheeseen ei vaikuttanut mikään tutkituista tekijöistä (taulukko 3). Saastuminen, muninnan aloitusaika, pesän munamäärä ja muninta-ajan lämpötila eivät vaikuttaneet minkään

23 lajin kuolleiden munien kehitysvaiheeseen. Myöskään ajallista muutosta ei löydetty vuosien 1991 ja 2008 välisenä aikana kummallakaan etäisyysvyöhykkeellä tehtaasta. 19 Taulukko 3. Talitiaisen, sinitiaisen ja kirjosiepon kuoriutumattomien munien kehitysvaiheeseen vaikuttavat tekijät ja testitulokset lineaarisille malleille. Malleissa käytettiin normaalijakaumaa. Vuosi luokkamuuttujana ja pesä olivat malleissa mukana satunnaistekijöinä. Merkitsevien, malleihin jätettyjen tekijöiden arvot on lihavoitu. Ei-merkitsevät tekijät pudotettiin yksitellen pois malleista. Talitiainen Sinitiainen Kirjosieppo n Selittävä tekijä Estimaatti df F p Estimaatti df F p Estimaatti df F p Vyöhyke* 265,1 0,47 0,50 68,67 2,33 0,13 434,1 0,61 0,43 Lämpö H** 0,27 73,7 7,57 0,0075-0, ,58 0,03 0,86-0,064 21,76 4,98 0,036 Lämpö M** 0,039 76,11 1,74 0,19 0,048 63,00 1,20 0,28-0,027 77,89 1,42 0,24 Muninnan aloitus-aika*** 0, ,1 0,00 0,999 0,086 90,05 0,70 0,41 0, ,3 0,01 0,92 Vuositrendi**** 0, ,6 0,00 0,99 0, ,38 0,14 0,71 0,019 9,20 3,24 0,10 Pesän munamäärä -0, ,7 0,37 0,54 0,032 67,51 0,49 0,49 0, ,10 0,75 Lämpö H x lämpö H -0, ,5 5,61 0,020-0, ,19 0,01 0,94 0, ,32 0,06 0,81 Vuositrendi x vyohyke 241,9 0,19 0,66 68,92 0,15 0,70 68,92 0,15 0,70 Lämpö H x vyöhyke 239 0,12 0,73 70,18 1,40 0, ,93 0,34 Muninnan aloitus-aika x vyöhyke Lämpö H x muninnan aloitus-aika 264,4 1,14 0,29 87,56 0,01 0,93 468,3 1,63 0,20 0, ,6 0,04 0,84-0,048 89,59 1,13 0,29 0, ,61 0,44 *Etäisyysvyöhykkeet: saastunut vyöhyke 0 2 km tehtaasta, taustavyöhyke 2 74 km tehtaasta, luokkamuuttuja. **Lämpö H: tiaisilla haudonta-ajan vuorokautisten ilman minimilämpötilojen keskiarvo, kirjosiepolla haudonta-ajan vuorokautisten ilman keskilämpötilojen keskiarvo. Lämpö M: tiaisilla muninta-ajan vuorokautisten ilman minimilämpötilojen keskiarvo, kirjosiepolla muninta-ajan vuorokautisten ilman keskilämpötilojen keskiarvo. ***Vuoden mukaan standardoitu muninnan aloitusaika. ****Vuodet , jatkuva muuttuja.

24 20 4 y = x x Kehitysvaihe Lämpötila (C ) Kuva 8. Talitiaisen haudonta-ajan vuorokautisten minimilämpötilojen keskiarvon vaikutus kuoriutumattomien munien kehitysvaiheeseen asteikolla 1 5. Kuvassa mallin tuottamat ennustearvot ja niihin sovitettu regressiokäyrä sekä sen keskiarvon 95 %:n luottamusvälit. 4 y = x Kehitysaste Lämpötila (C ) Kuva 9. Kirjosiepon haudonta-ajan vuorokautisten keskilämpötilojen keskiarvon vaikutus kuoriutumattomien munien kehitysvaiheeseen asteikolla 1 5. Kuvassa mallin tuottamat ennustearvot ja niihin sovitettu regressiosuora sekä sen keskiarvon 95 %:n luottamusvälit.

25 Munavaiheen kuolleisuuden vertailu lintulajien kesken Kuoriutuvuus Taustavyöhykkeellä kirjosiepolla oli tutkimuksen lajeista paras kuoriutuvuus ja sinitiaisella huonoin (kuva 10). Erot kuoriutuvuuksissa olivat tilastollisesti merkitseviä (taulukko 4). Saastuneella vyöhykkeellä talitiaisen kuoriutuvuus oli paras ja sinitiaisen huonoin. Kirjosiepon kuoriutuvuus ei eronnut tilastollisesti talitiaisen eikä sinitiaisen kuoriutuvuudesta saastuneella vyöhykkeellä. Talitiaisen ja sinitiaisen kuoriutuvuuksien välillä sen sijaan oli tilastollinen ero. Kirjosiepolla oli selvin ero kuoriutuvuudessa saastuneen vyöhykkeen ja taustavyöhykkeen välillä. Myös talitiaisella ja sinitiaisella ero vyöhykkeiden välillä oli tilastollisesti merkitsevä. Kuoriutuvuusanalyyseissä löydettiin tekijöitä, jotka vaikuttivat kaikkien tutkimuksen lajien kuoriutuvuuteen. Näitä olivat lämpötila, saastuminen, vuosi luokkamuuttujana ja muninnan aloitusaika (taulukko 2). Tosin sinitiaisella lämpötila vaikutti vain yhdessä muninnan aloitusajan kanssa. Lajien välillä oli eroja lähinnä tekijöiden yhdysvaikutuksissa. Saastumisella oli yhdysvaikutus lämpötilan kanssa talitiaisella ja muninnan aloitusajan kanssa kirjosiepolla. Sinitiaisella saastumisella ei ollut yhdysvaikutusta minkään tekijän kanssa. Lämpötila taas vaikutti yhdessä muninnan aloitusajan kanssa kirjosiepolla ja sinitiaisella. Ajallinen kehityssuunta löydettiin vain talitiaisella.

26 22 Taulukko 4. Talitiaisen, sinitiaisen ja kirjosiepon munien kuoriutuvuuden vertailu. Analyysissä käytettiin lineaarista mallia ja binomijakaumaa. Erot pienimpien neliösummien keskiarvoissa analysoitiin t-testillä. n 5074 Selittävä tekijä df F p Laji ,79 <0,0001 Etäisyysvyöhyke* ,73 <0,0001 Laji x etäisyysvyöhyke ,33 <0,0001 Vuosi ,09 <0,0001 Erot pienimpien neliösummien keskiarvoissa Estimaatti SE df t p Kirjosieppo 1** vs Kirjosieppo 2-0,81 0, ,59 <0,0001 Kirjosieppo 1 vs Sinitiainen 1 0,12 0, ,59 0,11 Kirjosieppo 1 vs Sinitiainen 2-0,13 0, ,82 0,069 Kirjosieppo 1 vs Talitiainen 1-0,062 0, ,08 0,28 Kirjosieppo 1 vs Talitiainen 2-0,35 0, ,55 <0,0001 Kirjosieppo 2 vs Sinitiainen 1 0,93 0, ,43 <0,0001 Kirjosieppo 2 vs Sinitiainen 2 0,68 0, ,70 <0,0001 Kirjosieppo 2 vs Talitiainen 1 0,74 0, ,23 <0,0001 Kirjosieppo 2 vs Talitiainen 2 0,45 0, ,28 <0,0001 Sinitiainen 1 vs Sinitiainen 2-0,25 0, ,71 0,0067 Sinitiainen 1 vs Talitiainen 1-0,18 0, ,21 0,027 Sinitiainen 1 vs Talitiainen 2-0,47 0, ,31 <0,0001 Sinitiainen 2 vs Talitiainen 1 0,067 0, ,86 0,39 Sinitiainen 2 vs Talitiainen 2-0,23 0, ,21 0,0013 Talitiainen 1 vs Talitiainen 2-0,29 0, ,16 <0,0001 *Etäisyysvyöhykkeet: saastunut vyöhyke 0 2 km tehtaasta, taustavyöhyke 2 74 km tehtaasta. **1 = saastunut vyöhyke, 2 = taustavyöhyke.

27 23 Kuoriutuvuus (todennäköisyys) Saastunut vyöhyke Taustavyöhyke Kirjosieppo Sinitiainen Talitiainen Kuva 10. Kirjosiepon, talitiaisen ja sinitiaisen kuoriutuvuus saastuneella vyöhykkeellä ja taustavyöhykkeellä. Pienimpien neliösummien keskiarvot ja 95 % luottamusvälit Kuoriutumattomien munien kehitysvaihe Kuoriutumattomien munien kehitysvaiheen keskiarvo oli korkein kirjosiepolla (kuva 11). Talitiaisen ja sinitiaisen kuoriutumattomien munien kehitysvaiheiden keskiarvoilla ei ollut tilastollista eroa (taulukko 5). Talukko 5. Talitiaisen, sinitiaisen ja kirjosiepon kuoriutumattomien munien kehitysvaiheen vertailu. Analyysissä käytettiin lineaarista mallia ja normaalijakaumaa. Erot pienimpien neliösummien keskiarvoissa analysoitiin t-testillä. n 1360 Selittävä tekijä df F p Laji ,40 <0,0001 Erot pienimpien neliösummien keskiarvoissa Estimaatti SE df t p Kirjosieppo vs sinitiainen 0,59 0,13 614,8 4,63 <0,0001 Kirjosieppo vs talitiainen 0,36 0, ,9 4,48 <0,0001 Sinitiainen vs talitiainen -0,23 0,13 612,3-1,74 0,083 Kuoriutumattomien munien kehitysvaiheanalyyseissä ei löydetty mitään yhteistä tekijää, joka olisi vaikuttanut kaikkiin lajeihin (taulukko 3). Haudonta-ajan lämpötila vaikutti vain talitiaisella ja kirjosiepolla, ja niilläkin vaikutus oli erilainen; tosin lämpötilan laskutapakin oli erilainen. Analyyseissä löydettiin kuitenkin monta tekijää, jotka eivät vaikuttaneet minkään lajin kuoriutumattomien munien kehitysvaiheeseen.

28 Näitä olivat saastuminen, muninnan aloitusaika, pesän munamäärä ja muninta-ajan lämpötila. Ajallista muutosta ei myöskään havaittu millään lajilla Kehitysvaihe Kirjosieppo Sinitiainen Talitiainen Kuva 11. Kirjosiepon, talitiaisen ja sinitiaisen kuoriutumattomien munien kehitysvaihe asteikolla 1 5. Pienimpien neliösummien keskiarvot ja 95 % luottamusvälit. 4. TULOSTEN TARKASTELU 4.1. Kuoriutuvuuteen vaikuttavat tekijät Saastuminen Saastuminen huononsi kaikkien tutkittujen lajien kuoriutuvuutta. Aiemmin on havaittu, että saastuminen huonontaa talitiaisen ja kirjosiepon kuoriutuvuutta mutta ei sinitiaisen kuoriutuvuutta ( wiergosz ym. 1998; Janssens ym. 2003; Eeva & Lehikoinen 2004; Belskii ym. 2005; Dauwe ym. 2005; Eeva ym. 2009). Eevan ym. (2009) mukaan sinitiainen saattaisi kuitenkin kärsiä jopa talitiaista enemmän raskasmetallialtistuksesta alueilla, joilla on saatavissa vain vähän kalsiumia, sillä sinitiaispoikasten ulosteiden kalsiumpitoisuuksien on todettu Harjavallan läheisyydessä olevan paljon pienempiä ja lyijy- ja nikkelipitoisuuksien suurempia kuin talitiaispoikasten vastaavien pitoisuuksien. Sinitiaisen kalsiumpitoisuudet ovat lähellä kirjosiepon kalsiumpitoisuuksia (Eeva & Lehikoinen 2004; Eeva ym. 2009). Kirjosiepolla taas on todettu raskasmetallien huonontavan munan kuorten laatua ja poikasten luuston kehitystä, kun kalsiumia on heikosti saatavilla (Eeva & Lehikoinen 2004). Harjavallan kuparisulattamon lähellä käyttökelpoisen kalsiumin määrä on vähentynyt (Derome & Nieminen 1998).

29 25 Sinitiaisella onkin aiemmin todettu poikasten kasvun ja lentoonlähtötodennäköisyyden heikentyneen Harjavallan saastuneimmalla alueella (Eeva ym. 2009). Sillä on myös havaittu Belgiassa tehdyssä tutkimuksessa munintataukoja enemmän saastuneella kuin puhtaammalla alueella (Dauwe ym. 2005). Munintataukoja on havaittu saastuneella alueella puhtaampaa aluetta enemmän myös talitiaisella ja kirjosiepolla (Janssens ym. 2003; Eeva & Lehikoinen 2010). Munintatauot johtuvat osittain ongelmista kalsiumin kanssa samoin kuin huonot munankuoretkin (Graveland & Berends 1997). Koska Harjavallan saastuneimmalla alueella on havaittu munan kuoren ohenemista, munintataukoja ja poikasilla luuston kehityshäiriöitä, huono kuoriutuvuus johtuu todennäköisesti osittain ongelmista kalsiumin kanssa (Eeva & Lehikoinen 2004, Eeva & Lehikoinen, 2010). Talitiaisen lisääntymiseen raskasmetallien on kuitenkin arveltu vaikuttavan pääasiassa epäsuorasti ruuan määrän vähenemisen kautta, koska sen poikasten ulosteiden kalsiumpitoisuudet ovat korkeampia kuin sinitiaisen ja kirjosiepon ja sen poikasilla on havaittu vähemmän munankuorten ohenemista ja luuston kehityshäiriöitä kuin kirjosiepon poikasilla (Eeva & Lehikoinen 1995, 1996, 2004; Eeva ym. 1997; Janssens ym. 2003; Eeva ym. 2009). Toisaalta Eevan ym. (2009) mukaan myös talitiainen saattaa Harjavallassa kärsiä kalsiumin puutteesta munimisaikaan. Talitiaisella saastuminen huononsi kuoriutuvuutta erityisesti kylmässä. Kylmillä ilmoilla energiantarve on suurempi ja emot joutuvat etsimään ruokaa kauemmin kuin lämpimämmillä ilmoilla (Bryan & Bryant 1999; Reid ym. 1999; de Heij ym. 2008). Saastuneella alueella ruokaa on vähemmän saatavilla ja munat altistuvat siksi kauemmin kylmälle (Eeva ym. 1997). Lämpötilan noustessa hyvin korkeaksi saastumisesta ei näyttäisi olevan haittaa talitiaisten munille (kuva 1). Saastuminen voi lisätä lintujen herkkyyttä luonnollisille stressitekijöille, esimerkiksi kylmyydelle. Tämä yhteisstressi on luultavasti syynä talitiaisen huonompaan kuoriutuvuuteen saastuneella alueella. Talitiaisella on havaittu yhdysvaikutus saastumisen ja lämpötilan välillä myös munintatauoissa. Kylmyys lisäsi taukoja erityisesti saastuneella alueella. Munintatauoissa ei havaittu yhdysvaikutusta kirjosiepolla. (Eeva & Lehikoinen 2010.) Kirjosiepolla saastuminen huononsi erityisesti myöhään munivien lintujen kuoriutuvuutta. Niillä on mahdollisesti tullut munintatauko ennen ensimmäisen

30 26 munan munimista ja muninnan aloitus on siksi viivästynyt. Linnut, joilla on ongelmia kalsiumin saamisessa voivat joutua lykkäämään muninnan aloitusta (Eeva & Lehikoinen 2010). Munintatauot olivat kirjosiepolla yleisempiä saastuneella alueella kuin tausta-alueella Eevan ja Lehikoisen (2010) tutkimuksessa Harjavallassa. Tosin heidän tutkimuksessaan munintatauot eivät olleet kirjosiepolla yleisempiä myöhemmin muninnan aloittavilla linnuilla toisin kuin talitiaisilla. Munintatauot ovat yhteydessä huonoon kuoriutuvuuteen (Janssens ym., 2003; Eeva & Lehikoinen 2010) Lämpötila ja muninnan aloitusaika Aiemmissa tutkimuksissa on havaittu, että lämpötilan nousu parantaa mm. kirjosiepon kuoriutuvuutta, vähentää talitiaisen ja kirjosiepon munintataukoja ja parantaa kirjosiepon poikasten selviämistä (Järvinen 1983; Eeva ym. 2002; Eeva ja Lehikoinen 2010). Tässä tutkimuksessa haudonta-ajan lämpötila vaikutti kaikkien lajien kuoriutuvuuteen. Talitiaisella lämpötila vaikutti yhdessä saastumisen kanssa ja sinitiaisella ja kirjosiepolla yhdessä muninnan aloitusajan kanssa. Muninta-ajan kylmyys huononsi kirjosieppojen munien kuoriutuvuutta, mutta vaikutus oli pieni. Muninta-ajan lämpötilalla ei ollut vaikutusta tiaisten kuoriutuvuuteen, mikä voi viitata siihen, että niiden hautomattomat munat kestävät kylmää hyvin. Myöhään muninnan aloittavilla sinitiaisilla kylmät ilmat huononsivat muninen kuoriutuvuutta. Kylmyys voi vaikeuttaa emolintujen ravintohyönteisten löytämistä ja munat voivat jäähtyä liikaa. Aikaisin aloittavilla linnuilla sen sijaan lämpötilan nousu näyttäisi huonontavan kuoriutuvuutta ja keskimääräiseen aikaan aloittavilla lämpötilalla ei näyttäisi olevan juuri mitään vaikutusta. Tämä saattaa johtua siitä, että emolintujen kunto vaihtelee: hyväkuntoisilla kohtuullinen vaihtelu lämpötilassa ei juuri vaikuta mutta huonokuntoisilla kylmyys huonontaa kuoriutuvuutta. Myöhään muninnan aloittavissa sinitiaisissa suurin osa saattoi olla huonokuntoisia. Huonokuntoisilla linnuilla muninnan aloitus usein viivästyy ja kuoriutuvuus on huonompi kuin parempikuntoisilla linnuilla (Allander & Bennett 1995; Verhulst ym. 1995; Gorman ym. 2005). Huonokuntoisiksi oletetut linnut pääsivät hyvään kuoriutuvuustulokseen vain silloin, kun oli hyvin lämmintä. Aikaisin aloittavissa linnuissa saattoi olla sekä hyväkuntoisia että huonokuntoisia yksilöitä. Hyväkuntoiset aloittivat muninnan aikaisin vaikka olisi ollut kylmää. Niiden kuoriutuvuutta lämpötila ei huononna. Lämpiminä vuosina aikaisin saattoivat aloittaa myös huonokuntoisemmat yksilöt, joilla