Johdatus biomanipulaatioon/hoitokalastukseen taustat ja teoriat

Johdatus biomanipulaatioon/hoitokalastukseen taustat ja teoriat

(Hrbáček ym.1961): Kun eläinplanktonia syövien kalojen biomassa alenee, eläinplanktonin biomassa ja laidunnusteho nousevat, mikä voi näkyä kasviplanktontuotannon laskuna Lukuisia samansuuntaisia havaintoja (esim. Brooks & Dodson 1965, Galbraith 1967, Grygierek ym. 1966, Anderson 1972) Havainnot siitä, että tietyllä fosforipitoisuudella toteutunut kasviplanktonbiomassa vaihtelee suuresti eri järvissä

Patten (1973), Shapiro ym. (1975): Biomanipulaatio: Tietyllä ravinnepitoisuudella toteutunutta kasviplanktonbiomassaa voidaan alentaa vähentämällä eläinplanktonia syövien kalojen määrää It may be even possible, as we have suggested, to reverse the biological consequences of high nutrient loading even if the nutrient flux cannot be reduced Shapiro (1978): Biomanipulation is not a panecea. It involves slippery relationships not always under our control.

Taustalla ravintoketjuteoria (Hairston ym. 1960, Oksanen ym. 1981): Jos ravintoketjun 2. ja 4. taso ovat vahvoja Tietyllä ravinnepitoisuudella toteutunut kasviplanktonbiomassa on alhaisempi Kuin 3. ja 5. tason dominoidessa Koska tällöin herbivoria on tehokasta l. eläinplankton kontrolloi kasviplanktonia N P

Biomanipulaatio Heikennetään planktonsyöjäkalojen tasoa suhteessa muihin tasoihin Petokalaistutukset Pyyntirajoitukset Valikoiva kalastus N P Tietyllä ravinnepitoisuudella toteutunut leväbiomassa on aiempaa alhaisempi

Shapiro & Wright (1984) (Round Lake, Minnesota, 12.6 ha) Rotenon-käsittely - kalaston uudelleen istutus suuremmalla petokalojen osuudella Vesikirppujen keskikoon kasvu Veden kirkastuminen Kasviplanktonbiomassan lasku It appears that biomanipulation, alone or in concert with more traditional approaches, represents a useful tool in lake management Tulosten tulkintaa vaikeuttava seikka: tutkimusjakson aikana alentunut ulkoinen ravinnekuormitus

Trophic cascade (Carpenter ym. 1985) Petokalojen tiheydessä tapahtuvat muutokset välittyvät planktivorikalojen ja eläinplanktonin kautta kasviplanktoniin Through stocking and harvesting, fish populations can be managed to regulate algal biomass and productivity

Bottom up/top-down hypothesis (McQueen ym. 1986) Lake St. George (Ontario, Kanada, 10 ha) 1980-1986: Järvitason tutkimusta (kalakuoleman vaikutukset) ja allaskokeita Saalistuksen vaikutus (topdown sätely) on voimakasta ravintoketjun yläpäässä mutta heikompaa alemmilla trofiatasoilla Kasviplanktonia säätelevät voimakkaammin resurssit (bottom-up) kuin saalistus ja laidunnus (top-down) N P

Rehevissä järvissä eläinplankton ei kykene säätelemään kasviplanktonbiomassaa- trophic cascade vaikutusketju katkeaa eläinplanktonin tasolla (McQueen & Post 1988) Post & McQueen (1987): Biomanipulation of planktivorous fish as a management technique to control phytoplankton is largely ineffective N P

1993 Carpenter ym: Runsaasti järvitason kokeita (mm. kalastomanipulointeja erilaisilla ulkoisen kuormituksen tasoilla) (Wisconsin, USA) Carpenter ym. (1996): Nevertheless, biomanipulation can reduce chlorophyll concentration at P input rates of 1.5 mg m -3 d -1 or more; these rates characterize a large fraction of the world's stratified lakes. DeMelo ym. (1992) Julkaistujen tutkimustulosten uudelleenanalysointi johtopäätöksenä, että kalastomanipulointien vedenlaatuvaikutuksia oli liioiteltu Kritiikki erityisesti trophic cascadehypoteesia kohtaan

1980-1990 luvuilla runsaasti tutkimuksia mm. myös Hollannissa, Saksassa, Tanskassa, Ruotsissa (esim. Reinertsen & Olsen 1984, Benndorf 1987, Van Donk & Rip 1988, Jeppesen ym. 1990, Helminen ym. 1995). Paljon lupaavia tuloksia, mutta myös paljon kysymysmerkkejä Lammens ym. (1990): The recipies for reducing eutrophication by biomanipulation are only partly developed and there is still a long way to go, we need long-term experiments in a variety of lakes, before we possibly have tailor-made remedial measures for different lakes - kalojen vaikutus ravinnekiertoihin - selkärangattomien petojen mahdollinen vaikutus - järven syvyyden merkitys (esim. vesikasvillisuuden vaikutus veden laatuun) - kuinka suuren ravinnekuormituksen vallitessa menetelmä voi toimia?

Suomessa menetelmästä alettiin keskustella 1980-luvun puolen välin paikkeilla (Sammalkorpi 1985, Pekkarinen 1987) Kalakantojen vaihtelun yhteys veden laatuun Säkylän Pyhäjärvessä (Sarvala & Jumppanen 1988) Biomanipulaatio mahdollisena Lahden Vesijärven veden laadun parantajana (Keto & Sammalkorpi 1988)

Kokeellinen tutkimus Vesijärvellä 1987-1989 Kuva Lasse Tuominen 1988 Kalastolla selvä vaikutus Enonselän kasviplanktonbiomassaan (ei kuitenkaan eläinplanktonin vaan ravinteiden kierrätyksen kautta) (Horppila & Kairesalo 1990) Biomanipulaatio 1989-1993 Veden laadun paraneminen (esim. näkösyvyys 1 m 3.5 m)

Vesijärven tapaus + muut todisteet kalojen vedenlaatuvaikutuksista Suomen järvissä (esim. Säkylän Pyhäjärvi, Kuralanjärvi) (esim. Helminen & Sarvala 1997) Menetelmän yleistyminen Suomessa Vaikka Vesijärvellä veden laadun muutoksen taustalla olleet mekanismit eivät täysin selvinneet (Horppila ym. 1998) Myös runsaasti epäonnistumisia, veden laadun muutokset usein lyhytaikaisia (esim. Van Donk ym. 1990, Drenner ym. 1999) Veden laadun parantamiseksi vaadittava kalabiomassan alenema usein hyvin suuri (esim. Sarvala 1998, Jeppesen & Sammalkorpi 2002)

Wetzel (2000): Even coupled with aggressive programs to reduce nutrient loading, the primary cause of eutrophication, manipulations of higher trophic levels and feeding dominance are only of short-lived therapeutic value Mehner ym. (2002): None of the reviews leaves a doubt that biomanipulation can be an effective and powerful tool for water quality improvement

Kirjallisuus Anderson, R. S. (1972). Zooplankton composition and change in a alpine lake. Verh. Int. ver. Limnol. 18: 264-268. Benndorf, J. (1987). Food web manipulation without nutrient control: a useful strategy in lake restoration? Schweiz. Z. Hydrol. 49: 237-248. Brooks, J. L. & Dodson, S. I. (1965). Predation, body size and composition of plankton. Science 150: 28-35. Carpenter, S. R., Kitchell, J. F. & Hodgson, J. R. (1985). Cascading trophic interactions and lake productivity. Bioscience 35: 634-638. Carpenter, S. R., Kitchell, J. F, Cottingham, K. L., Schindler, D. E., Christensen, D. L., Post, D. M. & Voichick, N. (1996). Chlorophyll variability, nutrient input, and grazing: evidence from whole-lake experiments. Ecology 77: 725-735. DeMelo, R., France, R. & McQueen, D. J. (1992). Biomnaipulation: Hit or Myth? Limnol. Oceanogr. 37: 192-207. Drenner, R. W., and K. D. Hambright. (1999). Review: biomanipulation of fish assemblages as a lake restoration technique. Arch. Hydrobiol. 146:129-165. Galbraith, M. G. (1967). Size-selective predation on Daphnia by rainbow trout and yellow perch. Trans. Am. Fish. Soc. 96: 1-10. Grykierek, E., Hillbricht-Ilkowska, A. & Spodniewska,!. (1966). The effect of fish on plankton community in ponds. Verh. Int. Ver. Limnol. 16: 1359-1366. Gophen, M. (1990). Biomanipulation: retrospective and future development. Hydrobiologia 2007201: 1-11- Hairston, N. G., Smith, F. E. & Slobodkin, L. B. (1960). Community structure, population control and competition. Am. Nat. 94: 421-425. Hansson, L.-A., Annadotter, H., Bergman, E., Hamrin, S. F., Jeppesen, E., Kairesalo, T., Luokkanen, E., Nilsson, P.-Å., Søndergaard, M. & Strand, J. (1998). Biomanipulation as an application of the food-chain theory: constraints, synthesis, and recommendations for temperate lakes. Ecosystems 1: 558-574. Helminen, H. Hirvonen, A. & Sarvala, J. (1995). Pohjoismaiset ravintoketjukunnostuskohteet. Vesitalous 3/1995: 21-23. Helminen, H. & Sarvala, J. (1997). Responses of Lake Pyhäjärvi (southwestern Finland) to variable recruitment of the major planktivorous fish, vendace (Coregonus albula). Can. J. Fish. Aquat. Sci. 54: 32-40. Horppila, J., Peltonen, H., Malinen, T., Luokkanen, E. & Kairesalo, T. (1998). Top-down or bottom-up effects by fish: issues of concern in biomanipulation of lakes. Restor. Ecol. 6: 20-28. Hrbácek, J., Dvorakova, M., Korínek, V. & Procházkóva, L. (1961). Demonstration of the effect of fish stock on the species composition of zooplankton and the intensity of metabolism of the whole plankton association. Verh. Int. Ver. Limnol. 14: 192-195. Jeppesen, E., Jensen, J. P., Kristensen, P., Søndergaard, M., Jensen, J. P, Mortensen, E., Sortkjær, O & Olrik, K. (1990). Fish manipulation as a restoration tool in shallow, eutrophic, temperate lakes 2: threshold levels, long-term stability and conclusions. Hydrobiologia 200/211: 219-227. Jeppesen, E. & Sammalkorpi, I. (2002). Lakes. teoksessa: Handbook of Ecological Restoration, volume 2. (Toim: Perrow, M. R. & Davy, A. ). Cambridge., pp. 297-324 Keto, J. & Sammalkorpi, I. (1988). A fading recovery: a conceptual model for Lake Vesijärvi management and research. Aqua Fennica 18: 193-204. Lammens, E. H. R. R., Gulati, R. D., Meijer, M.-L. & van Donk, E. (1990). The first biomanipulation conference: a synthesis. Hydrobiologia 200/201: 619-628.

McQueen, D. J. & Post, J. R. (1988). Cascading trophic interactions. Uncoupling at the zooplankton-phytoplankton link. Hydrobiologia 159: 277-296. McQueen, D. J., Post, J. R. & Mills, E. L. (1986). Trophic relationships in freshwater pelagic ecosystems. Can. J. Fish. Aquat. Sci. 43: 1571-1581. Mehner, T., Benndorf, J., Kasprzak, P & Koschel, R. (2002). Biomanipulation of lake ecosystems: successful applications and expanding complexity in the underlying science. Freshwater Biology, 47: 2453-2465. Oksanen, L., Fretwell, S. D., Arruda, J., Niemelä, P. (1981). Exploitation ecosystems in gradients of primary productivity. Am. Nat. 118: 240-261. Patten, B. C. (1973). Need for an ecosystem perspective in eutrophication modeling. Teoksessa E. J. Middlebrooks, D. H. Falkenborg, & T. H. Maloney (toim.): Modeling the eutrophication process. Proc. Workshop, Utah State University, Logan, Utah, p. 83-87. Pekkarinen, M. (1987). Tuusulanjärven ja Rusutjärven hoito- ja kunnostusmahdollisuudet. Pro gradu työ. Helsingin yliopisto, Limnologian laitos. Persson, L., Diehl., S., Johansson, L., Andersson, G. & Hamrin, S. (1992). Trophic interactions in temperate lake ecosystems: a test of food chain theory. Am. Nat. 140: 59-84. Post, J. R. & McQueen, D. J. (1987). The impact of planktivorous fish on the structure of a plankton community. Freshwater Biology 17: 79-89. Reinertsen, H. A. & Olsen, Y. (1984). Effects of fish elimination on the phytoplankton community of a eutrophic lake. Verh. Int. Ver. Limnol. 22: 649-657. Sammalkorpi, I. (1985). Rehevöitymisen toinen puoli. Suomen Luonto 4/1985: 28-30. Sarvala, J. & Helminen, H. (1998). Ravintoketjukunnostuksista meillä ja muualla. Vesitalous 7/1998:48-51. Sarvala, J., Helminen, H. & Hirvonen, A. (1995). Ravintoketjukunnostuksen ekologiset perusteet. Vesitalous 3/1995: 1-4. Sarvala, J. & Jumppanen, K. (1988). Nutrients and planktivorous fish as regulators of productivity in Lake Pyhäjärvi, SW Finland. Aqua Fennica 18: 137-155. Shapiro, J. (1978). The need for more biology in lake restoration. Proceedings of a National Conference, 22-24 August 1978. U. S. Environmental Protection Agency 444/5-79-0001, Minneapolis. Shapiro, J., Lamarra, V. & Lynch., M. (1975). Biomanipulation: an ecosystem approach to lake restoration.s. 85-96 teoksessa P. L. Brezonit & J. L. Fox, toim.. Water quality management through biological control. Rep. No. ENV-07-75-1. University of Florida, Gainesville. Shapiro, J. & Wright, D. I. (1984). Lake restoration by biomanipulation: Round Lake, Minnesota, the first two years. Freshw. Biol. 14: 371-383. Van Donk, E., Grimm, M. P., Gulati, R. D., Heuts, P. G. M., de Kloet, W. A. & van Liere, L. (1990). First attempt to apply whole-lake food web manipulation on a large scale in The Netherlands). Hydrobiologia 200/201: 291-301. Van Donk, E., & Rip W. (1988). Restoration by food-web manipulation in the hypertrophic Lake Zwemlust (the Netherlands): the first two years. Aqua Fennica 18: 165-169.