Kilpisjärvi LTSER -hanke pitkäkestoisten tutkimus aineistojen pelastusprojekti
HANKE Ympäristöalan pitkäaikaisaineistot Lapin tutkimusasemien verkostoitumisen kilpailutekijänä (Kilpisjärvi LTSER) Pitkäaikaisella tutkimuksella ymmärretään yleensä vähintään yli 10 vuotta keskeytymättömästi jatkunutta tutkimusta. HANKEOSAPUOLET Helsingin yliopisto, Kilpisjärven biologinen asema (koordinaattori) ja Metsäntutkimuslaitos, Kolarin toimipaikka www.helsinki.fi/kilpis/tutkimus/ltser.htm www.metla.fi/ko LISÄTIETOA www.ymparisto.fi/default.asp?contentid=367693&lan=fi (Suomen LTSER-verkosto) www.lternet.edu/ (Kansainvälinen LTER-verkosto) Taitto ja layout Metla/Jouni Hyvärinen Kannen kuvat Etukansi, pääkuva: Kilpisjärven biologisen aseman arkisto Etukansi, sopulit: Metla/Asko Kaikusalo Etukansi, mönkijä: Metla/Hannu Herva Takakansi: Metla/Asko Kaikusalo
KILPISJÄRVI LTSER -HANKE pitkäaikaisaineistojen kertomaa Tunturi-Lapin, erityisesti Länsi-Lapin erikoislaatuinen luonto on houkutellut alueelle lukuisia luonnontieteilijöitä tutkimusretkilleen vuosisatojen aikana. Nämä luonnontieteilijät kartuttivat tietoamme tunturiluonnon yleispiirteistä sekä lajistosta. Kuitenkin aivan ensimmäiset säännölliset, vuodesta toiseen jatkuvat tutkimukset aloitettiin Kilpisjärvellä vuonna 1946, kun Kilpisjärven biologisen aseman perustaja Olavi Kalela aloitti siellä myyrätutkimuksensa. Pitkäkestoisia tutkimuksia Kilpisjärvellä on tämän jälkeen aloitettu mm. tunturikoivusta, mustikoista ja pönttölinnuista. Metsäntutkimuslaitoksella on puolestaan tutkimusasemia ympäri Suomea, joista Kolarin toimipaikka on ollut mukana mm. metsänrajan muutoksia koskevassa tutkimuksessa. Toinen painopistealue on erilaiset metsänistutuskokeet. Kilpisjärven biologisen aseman ja Metsäntutkimuslaitoksen Kolarin toimipaikan yhteisen hankkeen päätarkoitus on ollut pelastaa pitkäaikaisia tutkimusaineistoja, jotka ovat olleet hajallaan tutkijoiden tietokoneilla ja vihkoissa. Pitkäaikaisella tutkimuksella ymmärretään yleensä vähintään yli 10 vuotta keskeytymättömästi jatkunutta tutkimusta. Näistä aineistoista tuotettua tietoa voidaan hyödyntää esimerkiksi maankäytön suunnittelussa ja ilmastonmuutoksen paikallisvaikutusten arvioinnissa. Ilman pitkäaikaisia havaintoja ympäristöstä ei mahdollisia muutoksia voida havaita, sillä muutokset ovat yleensä hitaita ja ne näkyvät vasta vuosikymmenten mittaisissa aikasarjoissa. Ajallisesti pitkien tutkimussarjojen arvo on nimenomaan siinä, että niissä havaitaan tunturiluonnolle tyypillinen suuri luontainen vaihtelu. Asettamalla tutkimustulos tai havainto luonnollista vaihteluaan vasten, voidaan poikkeukselliset ilmiöt, muutokset ja häiriöt havaita. Aineistojen järjestämisen lisäksi hanke edistää kenttäasemien verkostoitumista. Pelastetut aineistot lisäävät kenttäasemien kiinnostavuutta tutkimuksen näkökulmasta, sillä jopa vuosikymmeniä kestäneet seurantatutkimukset ovat melko harvinaisia. Itse asiassa Kilpisjärveltä löytyvät eräät maailman pitkäkestoisimmista aineistoista. Kun muualla vastaavia aineistoja vasta kartutetaan, voidaan Suomessa keskittyä niiden analysoimiseen. Aineistokuvauksia voi hankkeen päätyttyä selata maksutta avoimien ja kansainvälisten tietoverkkojen kautta. Verkostojen avulla tutkijoilla on mahdollisuus käyttää aineistoja, saada kontakteja ja aloittaa uusia tutkimusprojekteja. Tämä vilkastuttaa Kilpisjärven biologisen aseman ja Metsäntutkimuslaitoksen Kolarin toimipisteen tutkimustoimintaa. Hankeosapuolet kuuluvat kansainväliseen pitkäkestoisten sosio-ekologisten tutkimusasemien (LTSER) verkostoon, jonka tarkoitus on helpottaa kansainvälistä yhteistyötä. Hankkeen aineistojen keskeisimmistä tuloksista tuotetaan kiertävä näyttely, johon pääsee tutustumaan Metsähallituksen Länsi-Lapin luontokeskuksissa keväästä 2013 alkaen. Näyttely kertoo toiminnallisesti pitkäaikaistutkimuksen tuloksista ja arjesta ympäristönmuutoksen näkökulmasta. Lisäksi tuotetaan kouluille kenttätutkimusta havainnollistava opetuspaketti. Kaikki hankkeessa tuotettu sähköinen esittelyaineisto on ladattavissa hankkeen kotisivuilta. Hanke on Euroopan unionin aluekehitysrahaston (EAKR) / Lapin Ely-keskuksen rahoittama.
2012 2011 2009 2008 2006 2005 2003 2002 2000 1999 1997 1996 1994 1993 1991 1990 1988 1987 1985 1984 40 1982 1981 1979 1978 1976 1975 1973 1972 1970 1969 1967 1966 1964 1963 1961 1960 1958 1957 1955 1954 1952 Runsausindeksi Kuva: Heikki Hentonen Myyrien runsaudenvaihtelu Kilpisjärvellä 1952 2012. 60 50 Myyrähuiput toistuvat noin 4 5 vuoden välein. 30 20 10 0
MYYRÄTUTKIMUKSET KILPISJÄRVELLÄ n Myyrien kannanvaihteluiden tutkiminen oli keskeinen kimmoke aloittaa myyrätutkimukset juuri Kilpisjärvellä. Jo 1940-luvulla tiedettiin myyrien runsauden vaihtelevan voimakkaasti siten, että huippuvuosia seurasi romahdusvuosi. Kannanvaihteluiden syistä tai laajuudesta ei kuitenkaan ollut selvyyttä. Vielä suurempi mysteeri oli tunturisopulien noin 30 40 vuoden välein tapahtuva runsastuminen, minkä seurauksena tunturisopuleita levittäytyi kauas normaalin esiintymisalueen ulkopuolelle, mm. Rovaniemelle ja Ouluun asti. Kilpisjärven myyräseurannan perustajan, Olavi Kalelan, lähtökohta oli, että kannanvaihtelut ovat erityisesti pohjoinen ilmiö. Siksipä hän aloitti tutkimuksensa juuri Kilpisjärvellä, Suomen arktisimmalla alueella. Onneakin oli hieman matkassa, sillä vasta myöhemmin on selvinnyt, että myyrien kannanvaihtelu eli myyräsykli esiintyy kauneimmillaan juuri Kilpisjärvellä. Toinen keskeinen syy oli tunturisopulien tutkiminen. Siihen oli parhaat edellytykset juuri Kilpisjärven seudulla. Tunturisopulin vaellusta Kalela oli etukäteen selvittänyt mm. sanomalehdissä olleiden kyselytutkimusten avulla, mutta vasta Kilpisjärvellä selvisi, että vaelluskäyttäytyminen on kytköksissä sopulien normaaliin vuosittaiseen elinympäristön vaihdokseen. Kannanvaihtelun moottorina ovat nisäkäspedot, joiden jaksottainen runsastuminen ajaa myyräsyklejä. moottorina ovat erityisesti nisäkäspedot, joiden jaksottainen runsastuminen ajaa myyräsyklejä. 1990-luvulta alkaen oppikirjamaiset myyräsyklit ovat kuitenkin hävinneet, mutta niiden palautumista odotellaan. Myyrät ovat tärkeä ravintokohde monille pedoille kuten piekanalle ja naalille. Näiden lajien pesintä onnistuu parhaiten ainoastaan silloin, kun myyriäkin on paljon. Myyrähuippujen häviäminen vaikuttaa siten suoraan näiden lajien pesintämenestykseen. Tunturi-Lapin merkittävimmät myyrälajit ovat tunturisopuli, harmaakuvemyyrä, punamyyrä ja lapinmyyrä. Näistä harmaakuvemyyrä on tavallisin tunturikoivikoissa, ja tunturisopuli on leimallisesti paljakan laji. Harmaakuvemyyrä oli 1990-luvun alkuun asti tavallisin tunturikoivikon laji, mutta myyräsyklien taantumisen aikoihin tapahtui myös muutos myyrälajistossa: aiemmin harvalukuisempi punamyyrä runsastui harmaakuvemyyrän kustannuksella. Syynä taustalla on ilmeisimmin nisäkäspetojen runsauksissa tapahtuneet muutokset, joiden seurauksena punamyyrä on päässyt runsastumaan. Harmaakuvemyyrä. Kuva Metla/Asko Kaikusalo. Kilpisjärven myyräseuranta on lajissaan maailman pisimpiä keskeytymättömiä piennisäkästutkimuksia. Seurantaa on jatkettu samoilla paikoilla samoin menetelmin jo 1950-luvun alusta alkaen. Tänä aikana Kilpisjärvellä on todistettu toistakymmentä myyrien kannanvaihtelun huippuvuotta. Syytkin ovat selvinneet: kannanvaihtelun
60 Parimäärä 50 40 30 Kuvat Linnunpöttö: Tuomas Heikkilä Kirjosieppo: Aki Aintila Leppälintu: Josef Timar 20 Kirjosieppo Leppälintu 30 20 Kirjosieppo Leppälintu 2012 2010 2008 2006 2004 2002 2000 1998 1996 1994 1992 1990 1988 1986 1984 1982 1980 1976 1974 1972 1970 1968 0 1978 10 2004 2002 2000 1998 1996 1994 1992 1990 1988 1986 1984 1982 1980 1976 1974 1972 1970 1966 40 1966 Parimäärä 1968 0 50 1978 Kirjosiepon ja leppälinnun kannanvaihtelut Kilpisjärvellä 1966 2012. 10 60
kilä KOLOISSA PESIVIEN LINTUJEN SEURANTATUTKIMUS K ilpisjärvellä tutkimukset laajenivat myyristä muihin lajiryhmiin 1950- ja 60-luvulla. Silkasta mielenkiinnosta kokeiltiin, voitaisiinko linnunpönttöjä ripustamalla saada uusia pesimälajeja houkuteltua pesimään niihin. Erityisesti pohdittiin, voisiko asuntopula olla yksi syy lajien vähäisyyteen. Kilpisjärven valtapuu, tunturikoivu, on lyhytikäinen laji, jonka runko kasvaa vain harvoin niin paksuksi, että tikat voivat pesäkoloja niihin kaivertaa. Siten ei muillekaan kolopesijöille, kuten kirjosiepoille, ole liiemmälti pesäpaikkoja. ilmaston tärkeä merkitys lajien pesintämenestyksessä: kirjosiepot munivat Skibotnin pönttöihin munansa viikkoa aikaisemmin, ja saavat keskimäärin yhden poikasen enemmän kuin kilpisjärveläiset siepot. Aineistoa voidaan hyödyntää esimerkiksi ilmastonmuutostutkimuksessa. Leppälinnut pesivät myös luonnonkoloissa, tai ontoksi lahonnen puunrungon sisällä. Suureksi hämmästykseksi pönttöihin tuli pesimään kirjosieppoja, joiden levinneisyysalue oli tuolloin vielä kaukana Kilpisjärveltä. Edes Enontekiön kuntakeskuksessa Hetassa, liki 150 kilometrin päässä, eivät kirjosiepot pesineet. Sittemmin pönttöjen määrää on lisätty, ja tästä kiinnostavasta seurannasta on kehkeytynyt yksi pitkäkestoisimmista lajissaan. Seuranta tarjoaa tärkeää tietoa mm. lajien sopeutumisesta vaativiin ympäristöolosuhteisiin, sekä luontaisesta kannanvaihtelusta. Vuosikymmenten aikana on havaittu, että pesimämenestys hyvän ja huonon vuoden välillä on huikeaa. Kilpisjärven ihanteellinen sijainti Kölivuoriston kupeessa on tarjonnut myös hyvän paikan vertailevalle tutkimukselle. Ainoastaan 40 kilometrin päässä Skibotnin kylässä Norjassa on toinen tutkimusalue, jossa seurantaa on tehty jo lähes 30 vuoden ajan. Skibotnissa on Kilpisjärveä huomattavasti leudompaa; keskilämpötila on viisi astetta korkeampi kuin Kilpisjärvellä. Tämä vastaa Oulun seudun keskilämpötilaa. Kilpisjärven ja Skibotnin pönttölintuja vertailemalla on havaittu mm. Kuva: Tuomas Heikkilä
0 2012 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2004 2003 2002 2001 2000 1999 1998 1997 800 1996 1995 1994 1993 1992 1991 1990 1989 1988 1987 1986 1985 1984 1983 1982 1981 1980 1979 1978 1977 1976 1975 1974 1973 Kukkia / m² Kuva: Jouni Hyvärinen 1000 Mustikan menestyminen Kilpisjärven paljakka-alueella 1973 2012. 900 Mustikan kukinta on runsastunut paljakalla. 700 600 500 400 300 200 100
KASVITUTKIMUKSIA KILPISJÄRVELLÄ n Myyrä- ja lintututkimusten paljastaessa pohjoisen luonnon monimutkaisia ilmiöitä kävi kuitenkin pian selväksi, ettei pelkkiä nisäkkäitä tai siivekkäitä tutkimalla kaikki ilmiöt selity. Oli esimerkiksi havaittu, että myös kasvillisuudessa oli paljon vuosien välistä vaihtelua kukkimisessa ja siemensadossa. Siksi 1970-luvulla alettiin laajemmin seurata tunturikasvillisuudessa tapahtuvia muutoksia. Tällöin perustettiin vieläkin jatkuvat kullero-, lapinvuokko-, mustikka-, vaivaiskoivu- ja tunturikoivuseurannat Kilpisjärvelle. Tunturikoivujen siemensatoa oli tosin alettu seurata jo vuosikymmentä aiemmin Metsäntutkimuslaitoksen valtakunnallisessa siemensatotutkimuksessa professori Risto Sarvaksen johdolla. Tämä seuranta siirtyi Kilpisjärven biologiselle asemalle 1970-luvun alussa, mutta koeala kantaa edelleen perustajansa nimeä. Alun perin kasvillisuuden muutoksista haettiin selitystä erityisesti myyrien kannanvaihteluille. Sittemmin on ha- Tunturikoivun siemensato Kilpisjärvellä 1961 2011. vaittu, etteivät kasvillisuudessa havaitut vuosien väliset vaihtelut ole kannanvaihteluiden syy, vaan pikemminkin seuraus. Tästä huolimatta kasvillisuusseurannat ovat lisänneet tietämystämme pohjoisen luonnon toiminnasta. Pitkään kestäneet seurannat auttavat meitä hahmottamaan luonnollisen vaihtelun ja ihmisen toiminnasta johtuvan vaihtelun suhdetta. Tästä esimerkkinä on mustikan kukinta- ja satotutkimus, josta voidaan havaita mustikan kukinnan runsastuminen paljakalla. Syytä runsastumiselle ei vielä tiedetä, mutta esimerkiksi kokeellisissa tutkimuksissa on havaittu mustikan hyötyvän pohjoisilla alueilla ilmaston lämpenemisestä. Tunturikoivun siemensatoseurannassa on havaittu siemensadon heikkeneminen yli 50-vuotisen seurannan aikana. Vielä ei tiedetä, onko siemensadon heikkeneminen laajempikin ilmiö, vai rajoittuuko se vain Saanan rinteen tutkimusalalle. Mahdollisia syitä siemenkatoon voivat olla puiden vanheneminen, porolaidunnus tai tunturimittarien aiheuttamat koivikkotuhot. Siementä / m² 45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 Kuva: Heikki Kauhanen 0 1961 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996 2001 2006 2011
FENOLOGIASEURANTA Fenologialla tarkoitetaan tieteenalaa, joka tutkii eliöiden elämänkierrossa vuosittain toistuvien tapahtumien ajoittumista. Jokakeväiset ilmiöt kuten koivun lehtien hiirenkorvien ilmestyminen tai jäiden lähtö ovat jokaiselle tuttuja ilmiöitä. Itse asiassa fenologiset havainnot ovat vanhempia kuin tieteenala itse, sillä vanhimmat dokumentoidut fenologiset havainnot Suomesta ovat peräti 1700-luvulta! Fenologisten ilmiöiden ajoittuminen riippuu voimakkaasti lämpötilasta, joka pitkällä aikavälillä seurattuna kertoo ilmaston vaihtelusta. Fenologisia havaintoja voidaan hyödyntää hyvin siksi ilmastonmuutostutkimuksessa. Metsäntutkimuslaitoksen fenologiaseuranta on maan kattava verkosto, jossa seurataan yhtenäisillä ohjeilla Hieskoivun hiirenkorvalle tulo kolmella Tunturi-Lapin mittauspisteellä 1997 2012. puiden kukkimista ja lehtimistä, lehtien kellastumista ja varisemista, havupuiden pituuskasvua ja kukkimista sekä mustikan ja puolukan kukkimista ja marjojen kypsymistä. Tavoitteena on tutkia metsäkasvien rytmiikkaa suhteessa ilmastotekijöihin. Seuranta on jatkunut nykymuotoisena vuodesta 1996. Hieskoivu on seurantojen kannalta merkittävä puulaji, sillä se kasvaa yleisenä koko Suomessa. Hieskoivun lehdet tulevat hiirenkorvalle, kun keväällä lämpösumma-asteita kertyy riittävä määrä, Lapissa noin 40. Lämpösummaan lasketaan päivittäisen +5C asteen keskilämpötilan ylittävät asteet. Koivun lehtien hiirenkorvalle tulo aikaistui vuodesta 1997 vuoteen 2002 saakka vuosi vuodelta Kolarissa, Pallasjärvellä ja Kevolla. Vuoden 2002 jälkeen hiirenkorvalle tulo on vaihdellut näillä paikkakunnilla vuodesta toiseen. 20.6. Kolari Pallasjärvi Kevo 10.6. 31.5. 21.5. 11.5. 1.5. 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
METSÄNRAJATUTKIMUS Metsänrajan seurantatutkimus käynnistettiin vuonna 1983 Metsäntutkimuslaitoksen sekä Helsingin, Turun ja Oulun yliopistojen kenttäasemien yhteishankkeena. Tarkoituksena oli seurata metsänrajan sijainnissa ja populaatioiden rakenteessa tapahtuvia muutoksia ilmaston vaihdellessa. Metsänrajan seurantatutkimus käsittää 16 seuranta-aluetta, jotka sijaitsevat tuntureiden rinteillä eri puolilla Lappia, mm. Kilpisjärvellä ja Kolarissa. Seurantatutkimus on merkittävin pohjoismainen yhtäjaksoinen metsänrajan ekologisia muutoksia tarkasteleva seurantatutkimus. Koska metsänraja on herkkä ilmastonmuutoksen indikaattori, on metsänrajatutkimus noussut kansainvälisesti suosituksi ilmastotutkimuksen apuvälineeksi. Metsänrajan tiedetään kivunneen kohti pohjoista jo 1930- ja 40-lukujen lämpökausien aikana. Seurannan mukaan kuusi on hiljalleen hivuttautumassa kohti pohjoista ja tunturien ylärinteitä. Tästä kielii mm. uusien kuusentaimien syntyminen metsän pohjoisrajalle, sekä tunturien ylärinteille. Männyn osalta vastaava ilmiötä ei ole havaittu. Männyn levittäytymistä rajaavat enemmän kasvitaudit, kuten homeet. Jos havumetsänraja hivuttautuu kohti pohjoista ennustemallien mukaisesti, muuttuu tunturiluontomme huomattavasti. Tunturikoivikot ja avoin paljakka-alue pienenevät. Tämä tietäisi tunturiin sopeutuneille lajeille vaikeita aikoja. Seurannan mukaan kuusi on hiljalleen hivuttautumassa kohti pohjoista ja tunturien ylärinteitä. Kilpisjärven ja Kolarin sijainti, sekä tunturikoivun, männyn ja kuusen metsänrajat. Piirros Tupu Vuorinen.
HANKE Ympäristöalan pitkäaikaisaineistot Lapin tutkimusasemien verkostoitumisen kilpailutekijänä (Kilpisjärvi LTSER) HANKEOSAPUOLET Helsingin yliopisto, Kilpisjärven biologinen asema (koordinaattori) ja Metsäntutkimuslaitos, Kolarin toimipaikka www.helsinki.fi/kilpis/tutkimus/ltser.htm www.metla.fi/ko LISÄTIETOA www.ymparisto.fi/default.asp?contentid=367693&lan=fi (Suomen LTSER-verkosto) www.lternet.edu/ (Kansainvälinen LTER-verkosto)