Suomen ympäristökeskus | Finlands miljöcentral | Finnish Environment Institute

sykefi header valkoinen

Spatiaalinen mittakaava, metayhteisöjen rakenne ja säännönmukaisuudet puroyhteisöissä

+ Näytä tiedot

Hankkeen perustiedot

Aihe ja tavoitteet

Yhteisöekologia on ollut merkittävässä murrosvaiheessa viimeisten kymmenen vuoden aikana. Tämä muutos on johtanut sekä paikallisten että alueellisten prosessien tarkasteluun metayhteisönäkökulmasta. Metayhteisö voidaan käsittää kokoelmana paikallisia yhteisöjä, joita yhdistää yhteisöjen lajien dispersaali. Virtaavien vesien eliöiden metayhteisöjä on toistaiseksi tarkasteltu vain verraten harvoin, joten yleistykset paikallisten ja alueellisten tekijöiden vaikutuksista näissä systeemeissä ovat vähintäänkin puutteellisia. Johtopäätökset harvoista virtaavien vesien metayhteisötöistä kuitenkin viittaavat siihen, että sekä paikalliset että alueelliset tekijät vaikuttavat paikallisten yhteisöjen rakenteeseen. Näiden tekijöiden vaikutukset voivat kuitenkin vaihdella eri eliöryhmissä, jotka eroavat toisistaan esimerkiksi dispersaaliominaisuuksiltaan: heikosti dispersoituvien eliöiden yhteisöissä alueelliset vaikutukset voivat dispersaalirajoitteisuuden vuoksi johtaa suurempaan spatiaalisen ja vähäisempään ympäristötekijöistä johtuvaan vaihteluun kuin hyvin dispersoituvien eliöiden yhteisöissä. Purojen spatiaalisen sijainnin ja paikallisten ympäristötekijöiden suhteellista vaikutusta yhteisöjen rakenteeseen tutkitaan tässä projektissa eri tavoin dispersoituvilla selkärangatonryhmillä sekä makrofyyteillä ja levillä.

Tärkeä metayhteisöekologian aihepiiri liittyy spatiaaliseen mittakaavaan. Voidaankin kysyä, että pysyvätkö yhteisörakenteen säännönmukaisuudet samanlaisina eri mittakaavoilla. Tässä projektissa tutkitaan kolmea yhteisöjen rakenteeseen liittyvää ilmiötä. Ensiksi tutkitaan paikallisen (LSR) ja alueellisen (RSR) lajimäärän välistä suhdetta eri mittakaavoilla purojen selkärangattomilla eliöillä. Tässä osaprojektissa tutkitaan eri paikallisten ja alueellisten mittakaavojen merkitystä LSR-RSR-riippuvuussuhteen muotoon. Pienillä paikallisilla (20 × 20 cm ruudut) ja pienillä alueellisilla mittakaavoilla (koski) riippuvuussuhteen muoto on mahdollisesti käyräviivainen, koska lajienväliset vuorovaikutukset rajoittavat paikallista lajimäärää. Sen sijaan tarkasteltaessa suurempia mittakaavoja, jolloin koski on paikallinen mittakaava ja puro alueellinen mittakaava, riippuvuussuhteen muodon pitäisi olla lineaarinen, koska paikalliset tekijät eivät rajoita, mutta purojen välinen dispersaali rajoittaa paikallista lajimäärää.

Toiseksi tarkastellaan mittakaavan vaikutusta purojen selkärangatonyhteisöjen rakenteen kuvaamiselle. Huolimatta siitä, että olisi tärkeää tietää purojen sisäisen ja purojen välisen vaihtelun suhteellinen merkitys, samanaikaisesti useita koskia useista puroista on tutkittu vain harvoin. Tämä on yllättävää, koska useat purojen tilaa käsittelevät tutkimukset perustuvat vain yhteen koskeen. Sekä perus- että soveltavassa tutkimuksessa olisi kuitenkin tärkeää tietää, onko purojen sisäinen vaihtelu keskimäärin pienempää, yhtä suurta tai suurempaa kuin purojen välinen vaihtelu yhteisörakenteessa. Jos vaihtelu purojen sisällä on suurempaa kuin keskimäärin purojen välillä, yhdestä koskesta peräisin olevat näytteet antavat virheellisen kuvan koko puron biodiversiteetistä ja ekologisesta tilasta.

Kolmanneksi tarkastellaan niin kutsuttua nestedness-ilmiötä purojen selkärangattomilla purojen sisällä ja purojen välillä. Kokoelma yhteisöjä on täydellisesti pesiytynyt eli nested, kun vähälajisten paikkojen yhteisöt ovat osajoukko runsaslajisten paikkojen yhteisöistä. Virtaavien vesien yhteisöjen on viimeaikaisten tutkimusten perusteella havaittu noudattavan pesiytymisilmiötä, joskin näiden yhteisöjen on havaittu olevan verraten heikosti pesiytyneitä. Heikko pesiytyneisyyden taso johtunee näissä yhteisöissä erityisesti suuresta määrästä idiosynkraattisia lajeja, jotka reagoivat eri tekijöihin kuin yhteisöt kokonaisuutena. Lisäksi heikon pesiytymisen tason voidaan arvella johtuvan siitä, että tutkimukset ovat perustuneet näytteisiin eri purotyypeistä. Siten mielenkiintoisia kysymyksiä ovatkin, että onko idiosynkraattisten lajien määrä suurempi, kun tarkastellaan eri puroja verrattuna yksittäisten purojen koskipaikkoihin. Eli yli purojen menevässä tarkastelussa purohabitaatin tyyppi vaihtelee, kun taas purojen sisäisissä tarkasteluissa habitaattityyppi pysyy samana, jolloin jälkimmäisessä tapauksessa idiosynkraattisten lajien määrä on vähäisempi ja pesiytyneisyyden taso korkeampi kuin ensin mainitussa tapauksessa.

Projektin tulokset tuottavat uutta tietoa puroyhteisöjen rakenteen säätelystä, koska puroyhteisöjä on perinteisesti tarkasteltu ilman spatiaalisen rakenteen huomioimista sekä perustuen vain yhdestä koskesta peräisin olleisiin näytteisiin. Nämä seikat ovat siten kriittisen tärkeitä ekologisen tutkimuksen näkökulmasta. Projekti käsittää sekä kansainvälistä että kotimaista yhteisötyötä yhteisö- ja makroekologian alojen huippututkijoiden kanssa, mikä mahdollistaa monipuoliset ja vaativat tilastolliset tarkastelut metayhteisötematiikan ja spatiaalisen mittakaavan vaihtelun aihepiireistä. Hankkeen tavoitteena on tarkastella yleisekologisia ilmiöitä puroeliöillä.

Hankkeen painopisteinä ovat:

  • metayhteisöjen rakenteeseen vaikuttavat tekijät eri mittakaavoilla, 
  • paikallisten ympäristötekijöiden sekä spatiaalisen sijainnin vaikutukset levä-, sammal- ja selkärangatonyhteisöjen rakenteeseen sekä 
  • paikallisen ja alueellisen lajimäärän välinen suhde. 

Vaikka hanke onkin pohjimmiltaan perustutkimuksellinen, tuloksia voidaan hyödyntää myös soveltavissa vesieliöiden suojelun sekä ympäristön tilan seurannan yhteyksissä.

Hankkeen toimeenpano

Hanke alkoi 1.8.2009 ja päättyi 31.7.2014. Tutkimustyö alkoi alustavalla maastonäytteenotolla vuonna 2008, ja näytteenottoa jatketttiin vuosina 2009 ja 2010. Hankkeen päätuotoksena valmistui yksi väitöskirjatyö sekä muita opinnäytetöitä.

Hankkeen julkaisuja

Väitös: Grönroos, M. (2015). Metacommunity structuring in stream systems : disentangling the roles of regional and local processes.

Kärnä, O.-M., Grönroos, M., Antikainen, H., Hjort, J., Ilmonen, J., Paasivirta, L. & Heino, J. (2015) Inferring the effects of potential dispersal routes on the metacommunity structure of stream insects: as the crow flies, as the fish swims or as the fox runs? Journal of Animal Ecology 84: 1342-1353.

Heino, J., Soininen, J., Alahuhta, J. Lappalainen, J. & Virtanen, R. (2015) A comparative analysis of metacommunity types in the freshwater realm. Ecology and Evolution 5: 1525-1537.

Heino, J., Nokela, T., Soininen, J., Tolkkinen, M., Virtanen, L. & Virtanen, R. (2015) Elements of metacommunity structure and community-environment relationships in stream organisms. Freshwater Biology 60: 973-988.

Heino, J., Melo, A.S., Bini, L.M., Altermatt, F., Al-Shami, S.A, Angeler, D., Bonada, N., Brand, C., Callisto, M., Cottenie, K., Dangles, O., Dudgeon, D., Encalada, A., Göthe, E., Grönroos, M., Hamada, N., Jacobsen, D., Landeiro, V.L., Ligeiro, R., Martins, R.T., Miserendino, M. L., Md Rawi, C.S. Rodrigues, M., Roque, F.O., Sandin, L., Schmera, D., Sgarbi, L.F., Simaika, J., Siqueira, T., Thompson, R.M. & Townsend, C.R. (2015) A comparative analysis reveals weak relationships between ecological factors and beta diversity of stream insect metacommunities at two spatial levels. Ecology and Evolution 5: 1235-1248.

Heino, J., Melo, A.S., Siqueira, T., Soininen, J., Valanko, S. & Bini, L.M. (2015) Metacommunity organisation, spatial extent and dispersal in aquatic systems: patterns, processes and prospects. Freshwater Biology 60: 845-869.

Heino, J., Melo, A.S. & Bini, L.M. (2015) Reconceptualising the beta diversity-environmental heterogeneity relationship in running water systems. Freshwater Biology 60: 223-235.

Heino, J. & Peckarsky, B.L. (2014) Integrating behavioral, population and large-scale approaches for understanding stream insect communities. Current Opinion in Insect Science 2: 7-13.

Bini, L.M., Landeiro, V.L., Padial, A.A., Siqueira, T. & Heino, J. (2014) Nutrient enrichment is related to two facets of beta diversity for stream invertebrates across the United States. Ecology 95: 1569-1578.

Grönroos, M., Heino, J., Siqueira, T., Landeiro, V.L., Kotanen, J. & Bini, L.M. (2013) Metacommunity structuring in stream networks: roles of dispersal mode, distance type and regional environmental context. Ecology and Evolution 3: 4473-4487.

Heino, J. & Grönroos, M. (2013) Does environmental heterogeneity affect species co-occurrence in ecological guilds across stream macroinvertebrate metacommunities? Ecography 36: 926-936.

Heino, J. (2013) Environmental heterogeneity, dispersal mode and co-occurrence in stream macroinvertebrates. Ecology and Evolution 3:  344–355.

Heino, J., Grönroos, M., Ilmonen, J., Karhu, T., Niva, M. & Paasivirta, L. (2013) Environmental heterogeneity and beta diversity of stream macroinvertebrate communities at intermediate spatial scales. Freshwater Science 32: 142-154.

Heino, J. (2013) The importance of metacommunity ecology for environmental assessment research in the freshwater realm. Biological Reviews 88: 166-178.

Grönroos, M. & Heino, J. (2012) Species richness at the guild level: effects of species pool and local environmental conditions on stream macroinvertebrate communities. Journal of Animal Ecology 81: 679-691.

Heino, J., Grönroos, M., Soininen, J., Virtanen, R. & Muotka, T. (2012) Context dependency and metacommunity structuring in boreal headwater streams. Oikos 121: 537-544.

Lisätietoja

Akatemiatutkija Jani Heino, Suomen ympäristökeskus, etunimi.sukunimi@ymparisto.fi

Julkaistu 2.4.2013 klo 12.51, päivitetty 28.10.2015 klo 14.55