Pitkän aikavälin kasvillisuusmuutokset Pohjois-Fennoskandian tunturikankailla

Transkriptio

1 Decadal time scale vegetation shifts at high latitudes: causes and consequences Pitkän aikavälin kasvillisuusmuutokset Pohjois-Fennoskandian tunturikankailla Tuija Maliniemi1, Jutta Kapfer2, Patrick Saccone1, Anu Skog1 & Risto Virtanen1,3 1) Ekologian ja Genetiikan tutkimusyksikkö, Oulun Yliopisto 2)NIBIO, Norwegian Institute for Bioeconomy Research, Tromssa, Norja 3)Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung, Leipzig, Saksa

2 Muuttuva ilmasto Ilmasto lämpenee voimakkaimmin pohjoisilla leveysasteilla à muutokset ekosysteemeissä Ennustettu lämpötilan nousu heikoimman ja voimakkaimman skenaarion mukaan vuoteen mennessä Lähde: IPCC Odotetut ja havaitut kasvillisuusmuutokset = Greening of the arctic Lämpöä suosivien / lämmöstä hyötyvien lajien lisääntyminen Eteläisten lajien siirtyminen kohti pohjoista ja korkeusgradientilla ylöspäin Biomassan lisääntyminen, tundran pensastuminen Pitkän aikavälin havaintotutkimuksia kasvillisuusmuutoksista suhteellisen vähän

3 Kasvillisuusmuutokset pohjoisilla alueilla Climate sensitivity of shrub growth across the tundra biome Raportoitu ympäri sirkumpolaarista aluetta Nopeita kasvillisuusmuutoksia Vain vähäisiä muutoksia tai ei ollenkaan muutoksia lämpenemisestä huolimatta à Alueellista vaihtelua Paikallisten tekijöiden vaikutus porolaidunnus Myers-Smith et. al 2015 Nature climate change

4 Tutkimuskysymykset (1) Miten ilmasto on muuttunut tutkimusalueen eri osissa? (2) Millaisia kasvillisuusmuutoksia on tapahtunut puuttomilla kankailla? Millaiset habitaatit ovat muuttuneet eniten? (3) Millaisia alueellisia eroja kasvillisuusmuutoksissa on? Kuinka paljon niitä pystytään selittämään ilmastonmuutoksella?

5 Aineisto & Menetelmät Resampling Vanhojen kasvillisuusaineistojen uudelleenmääritys à kasviyhteisöjen ajallinen vertailu Matti Haapasaari (1988): The oligotrophic heath vegetation of northern Fennoscandia and its zonation Määritetty Tarkka kuvaus sijainnista, kasvillisuustyypeistä, topografisista muuttujista à Paikantaminen luotettavaa

6 Tutkimusalue - tunturikankaat Hemiarktiset/arktiset tunturikankaat, vähäluminen Empetrum-tyyppi lumisuojainen Vaccinium myrtillus-tyyppi Pohjoisboreaaliset kankaat lumisuojainen Calluna-tyyppi Vähäinen ihmisvaikutus Määritetyt alat, n = 111

7 Kasvillisuusruutujen uudelleenmääritys Kesät x 2 m ruudut Putkilokasvit, sammalet, jäkälät Peittävyysluokat (0.1, 0.25, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15 ) GPS koordinaatit

8 Ilmastodata E-OBS-data ( 25 x 25 km-ruudukko Ajalta (2016) Interpoloidut päivittäiset arvot lämpötilalle ja sadannalle à lämpösummat, kasvukauden pituus.. Tarkat arvot joka kasviruudulle à 10 vuoden keskiarvot ennen vanhaa ja uutta määritystä

9 Ilmastonmuutos tutkimusalueella THERMAL SUMS NBOR HA1 HA2 GROWING SEASON PRECIPITATION NBOR HA1 Muutos ilmastomuuttujissa voimakkainta alueilla NBOR ja HA1 NBOR HA1 HA2 o C Annual temperature Spring temperature Winter temperature o Cd Thermal sum mm Annual precipitation Growing season precipitation d Duration of growing season HA2

10 Pohjoisboreaaliset kankaat lajien abundanssit Laji peittävyys/frekvenssi (t <0.05) (x 2 <0.05) Alleviivaus = laji uusi tai ei löydetty uudessa määrityksessä Lisääntynyt: Empetrum hermaphroditum*/- Vaccinium uliginosum*/- Dicranum fuscescens*/* Pleurozium schreberi*/- Sphagnum sp.*/** Barbilophozia lycopod.*/* Cladonia rangiferina***/** Vähentynyt: Diphasiastrum complanat. -/* Festuca ovina -/** Lycopodium clavatum -/** Trientalis europaea*/** Pohlia nutans **/*** Polytrichum strictum */** Cetrariella delisei -/*** Cetraria ericetorum -/*** Cladonia bellidiflora*/** Cladonia coccifera */** Cladonia gracilis */* Cladonia pleurota */*** Peltigera sp. */**

11 Pohjois-boreaaliset kankaat toiminnalliset ryhmät Keskimääräinen muutos: Spring temp o C Thermal sum o Cd Growing season + 10 d Grow.seas.prec mm OLD NEW aika: R 2 =0.11** R 2 from Permutational multivariate analysis of variance (PERMANOVA) t-test (* p<0.05, ** p<0.01, *** p<0.001) with bootstrapped confidence intervals

12 Hemiarktiset tunturikankaat 1 lajien abundanssit Empetrum-kankaat Myrtillus-kankaat Lisääntynyt: Vähentynyt: Juncus trifidus */- Pohlia nutans */* Polytrichum commune -/* Anastrophyllum minut. -/* Cetraria ericetorum */- Cladonia amaurocraea -/*** Cladonia bellidiflora-/** Cladonia coccifera -/* Cladonia gracilis -/* Cladonia sulphurina -/* Flavocetraria cucullata-/* Nephroma arcticum -/* crustaceous sp. */** Lisääntynyt: Juniperus communis -/* Empetrum hermaphr. **/- Juncus trifidus -/* Vaccinium uliginosum **/- Vähentynyt: Vaccinium vitis-idaea */- Polytrichum commune*/** Cladonia bellidiflora **/- Cladonia deformis -/* Cladonia gracilis-/* Stereocaulon sp. **/- crustaceous sp.*/-

13 Vähälumiset Empetrum-kankaat Hemiarktiset tunturikankaat 1 toiminnalliset ryhmät Keskimääräinen muutos: Spring temp o C Thermal sum + 83 o Cd Growing season + 10 d Grow.seas.prec mm Lumisuojaiset Myrtillus-kankaat EMP MYR OLD NEW EMP aika: R 2 =0.10** MYR aika: R 2= 0.22*** aika*habitaatti: R 2= 0.01 n.s.

14 Hemiarktiset tunturikankaat 2 lajien abundanssit Empetrum-kankaat Myrtillus-kankaat Lisääntynyt: Vähentynyt: Lisääntynyt: Vähentynyt: Betula nana */- Arctostaphylos alp. -/** Dicranum scoparium */- Polytrichum juniper. -/* Calamagrostis lapp. */- Peltigera canina -/** Peltigera polydactula -/* Peltigera scabrosa-/** Betula pubescens ssp. czerepanovii -/* Arctostaphylos alp. -/* Empetrum hermaphr. */- Juncus trifidus -/** Salix glauca -/* Calamagrostis lapp. -/* Vaccinium myrtillus **/- Dicranum majus -/* Cladonia arbuscula */- Cladonia rangiferina */- Alectoria ochroleuca -/* Dicranum scoparium */- Flavocetraria nivalis -/* Peltigera canina -/* Peltigera scabrosa */* Stereocaulon sp. */-

15 Vähälumiset Empetrum-kankaat Hemiarktiset tunturikankaat 2 toiminnalliset ryhmät Keskimääräinen muutos: Spring temp o C Thermal sum + 66 o Cd Growing season + 1 d Grow.seas.prec mm Lumisuojaiset Myrtillus-kankaat EMP MYR OLD NEW EMP aika: R 2 =0.03 n.s. MYR aika: R 2= 0.07** aika*habitaatti: R 2= 0.02**

16 Muutokset diversiteetissä NBOR HA1 HA2 Empetrum Myrtillus Empetrum Myrtillus Lajit yhteensä (vanha/uusi) 121/84 88/104 95/ / /142 Lajeja keskimäärin kasvillisuusruudulla (vanha/muutos) 29 / -8*** -jäkälät*** 34/ -8*** -sammalet* -jäkälät*** 28/-1 30/ 0 30/ -1 Lajien vaihtuvuus - species (S) turnover = (S new +S lost )/S old.total 59 % 49 % 54 % 47 % 56 %

17 Yhteisöjen erilaistuminen Bray-Curtisin erilaisuusindeksi välillä 0 1 -laskettu lajien peittävyysmatriisista Plot-level Site-level

18 Pohdinta Pohjoisboreaalisella alueella sadanta ja lämpösummat kasvaneet huomattavasti - yhteisöissä kostean ilman suosijat (sammaleet) lisääntyneet - luontainen sukkessio ja soistuminen - lajisto yksipuolistunut Lumisuojaiset hemiarktiset yhteisöt muuttuneet enemmän vähälumisiin verrattuna - variksenmarjan peittävyys lisääntynyt merkitsevästi - aikaisempi lumien sulaminen ja muutokset lumipeitteessä - lajisto samankaltaistunut habitaattien välillä alueella HA2 Muualla yleistä avointen kankaiden pensoittumista ei ole tapahtunut Laidunnus, bioottiset interaktiot vaikutukset ilmastoa voimakkaampia? Seuraavaksi: Mallinnus (GLM, GLMM), löytyykö yhteyttä (eri) ilmastomuuttujien ja alueellisten kasvillisuusmuutosten välillä?

19 Johtopäätökset Tunturikankaiden kasvillisuus on reagoinut muuttuneeseen ilmastoon à tosin dramaattisia muutoksia ei havaittu Vähälumiset variksenmarjakankaat vähiten herkimpiä muutoksille Viitteitä beta-diversiteetin pienenemisestä à tunturikangasyhteisöt samankaltaistuvat Muutokset kasviyhteisöissä ovat monimutkaisia à ilmasto selittää vain osan

20 Kiitos!