1,720,991 research outputs found
Ilmastonmuutos ja pohjoiset virtavedet : Virtaamaolosuhteiden yhteys jokiemme eliöyhteisöihin nyt ja tulevaisuudessa
No full textAbstractAlthough flow regime is a key element in determining the structure and function of lotic ecosystems, little is known about the variation of natural flow regimes and its relation to biological communities in highly seasonal northern boreal rivers. Temperature and precipitation patterns at northern latitudes are predicted to change drastically in the future causing severe effects on stream ecosystems. Interactions between climate change impacts and land use might further create unpredictable environmental stress. In this thesis, I first assessed the relationship of natural flow regimes of northern boreal rivers with taxonomic and functional structure of stream macroinvertebrates. Second, I combined hydrological, climate and biological models to study how climate change will alter northern flow and thermal regimes, how macroinvertebrates will respond to these changes and where these changes are going to be most pronounced. Third, I experimentally studied how different stream organisms are responding to flow change, sedimentation and their possible interaction. The role of hydrology in structuring macroinvertebrate assemblages was evident. Streams were predicted to lose much of the flow seasonality in the future, causing drastic changes that even exceeded the effect of future warming on macroinvertebrates. Especially communities within small seasonal streams were predicted to change, highlighting the importance of focusing conservation actions on these systems. Different organism groups exhibited highly variable responses to different stressors. For instance, aquatic fungi, which have been used less in climate change research, responded more strongly to flow change than traditionally used macroinvertebrates. The interactive effects of flow and sand were all antagonistic (i.e. less than the sum of the individual effects), which could be reassuring for management, although it means that both stressors may need to be removed to produce true ecological recovery. The results support the use of hydrological models in ecological studies for predicting current and future hydrological conditions at a site. However, as extreme events have been predicted to become more frequent, instead of modeling change in average conditions, future predictive models should be able to capture extreme fluctuations to gain more realistic view of climate change effects on stream ecosystems.TiivistelmäJoen virtaamaolosuhteet ja niiden vaihtelu ovat tärkeimpiä jokiekosysteemien rakenteeseen ja toimintaan vaikuttavia tekijöitä. Tästä huolimatta pohjoisen havumetsävyöhykkeen jokien luonnollisia virtaamaolosuhteita ja niiden yhteyttä virtavesieliöihin on tutkittu vähän. Ilmastonmuutoksen on ennustettu aiheuttavan voimakkaita muutoksia pohjoisten alueiden ilman lämpötilassa ja sadannassa, ja nämä muutokset tulevat mitä todennäköisimmin aiheuttamaan vakavia seurauksia myös jokiekosysteemeissä. Ilmastonmuutoksen ympäristövaikutukset voivat lisäksi aiheuttaa jo olemassa olevien ihmistoiminnasta aiheutuvien ympäristövaikutusten kanssa haitallisia ja vaikeasti ennustettavia yhdysvaikutuksia. Väitöskirjassani arvioin ensin pohjoisten virtavesien luonnollisten virtaamaolosuhteiden suhdetta pohjaeläinyhteisöjen taksonomiseen ja toiminnalliseen rakenteeseen. Tämän jälkeen tarkastelin yhdistämällä erilaisia ilmastonmuutoksen skenaarioita hydrologisen ja biologisen mallin kanssa, miten ilmastonmuutos saattaa tulevaisuudessa vaikuttaa jokien virtaamaolosuhteisiin ja niissä eläviin pohjaeläinyhteisöihin. Lisäksi arvioin missä ja minkälaisissa jokityypeissä ilmastonmuutoksen vaikutukset tulevat esiin kaikkein voimakkaimmin. Lopuksi tutkin kokeellisesti, miten virtaamavaihtelu ja hienojakoinen sedimentti ja näiden mahdolliset yhdysvaikutukset vaikuttavat eri virtavesieliöihin. Tulokset osoittivat, että vuodenajasta riippuvat virtaamavaihtelut vähenevät ilmastonmuutoksen myötä, minkä seurauksena pohjaeläinyhteisöissä tapahtuu voimakkaita muutoksia. Erityisesti pienten jokien pohjaeläinyhteisöjen monimuotoisuus ja koostumus muuttuivat verrattaessa tämän päivän lajistoa tulevaisuuden ennustettuun lajistoon. Eri virtavesieliöryhmät vastasivat hyvin eri tavalla virtaamavaihtelun ja hiekoittumisen aiheuttamaan elinympäristön muutokseen. Esimerkiksi akvaattiset sienet, joita on aikaisemmin harvoin käytetty ilmastonmuutostutkimuksissa, vastasivat voimakkaammin virtaamamuutoksiin kuin tutkimuksissa perinteisesti käytetyt pohjaeläimet. Kaikki kokeessa havaitut yhdysvaikutukset olivat kuitenkin pienempiä kuin yksittäisten vaikutusten summa. Tulos on huojentava vesiensuojelun kannalta, mutta tarkoittaa toisaalta myös sitä, ettei yksittäisten ihmisvaikutusten poistaminen välttämättä takaa vesistön ekologisen tilan parantumista, jos elinympäristöön vaikuttaa yhtaikaisesti useampi tekijä. Väitöskirjani tulokset tukevat hydrologisten mallien hyödyntämistä ekologisessa tutkimuksessa. Ilmastonmuutoksen myötä eri ääri-ilmiöiden, kuten rankkasateiden, on ennustettu tulevan entistä yleisimmiksi. Ääri-ilmiöiden vaikutukset ekologisiin vasteisiin tunnetaan kuitenkin heikosti. Mallien kehittämisessä olisi tämän vuoksi jatkossa tärkeää keskittyä ääri-ilmiöihin ja niiden aiheuttamiin biologisiin muutoksiin, jotta voisimme nykyistä realistisemmin arvioida ilmastonmuutoksen vaikutuksia sisävesiekosysteemeissä.Academic dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Training Committee of Technology and Natural Sciences of the University of Oulu for public defence in Kuusamonsali (YB210), Linnanmaa, on 25 November 2016, at 12 noonAbstract
Although flow regime is a key element in determining the structure and function of lotic ecosystems, little is known about the variation of natural flow regimes and its relation to biological communities in highly seasonal northern boreal rivers. Temperature and precipitation patterns at northern latitudes are predicted to change drastically in the future causing severe effects on stream ecosystems. Interactions between climate change impacts and land use might further create unpredictable environmental stress. In this thesis, I first assessed the relationship of natural flow regimes of northern boreal rivers with taxonomic and functional structure of stream macroinvertebrates. Second, I combined hydrological, climate and biological models to study how climate change will alter northern flow and thermal regimes, how macroinvertebrates will respond to these changes and where these changes are going to be most pronounced. Third, I experimentally studied how different stream organisms are responding to flow change, sedimentation and their possible interaction. The role of hydrology in structuring macroinvertebrate assemblages was evident. Streams were predicted to lose much of the flow seasonality in the future, causing drastic changes that even exceeded the effect of future warming on macroinvertebrates. Especially communities within small seasonal streams were predicted to change, highlighting the importance of focusing conservation actions on these systems. Different organism groups exhibited highly variable responses to different stressors. For instance, aquatic fungi, which have been used less in climate change research, responded more strongly to flow change than traditionally used macroinvertebrates. The interactive effects of flow and sand were all antagonistic (i.e. less than the sum of the individual effects), which could be reassuring for management, although it means that both stressors may need to be removed to produce true ecological recovery. The results support the use of hydrological models in ecological studies for predicting current and future hydrological conditions at a site. However, as extreme events have been predicted to become more frequent, instead of modeling change in average conditions, future predictive models should be able to capture extreme fluctuations to gain more realistic view of climate change effects on stream ecosystems.Tiivistelmä
Joen virtaamaolosuhteet ja niiden vaihtelu ovat tärkeimpiä jokiekosysteemien rakenteeseen ja toimintaan vaikuttavia tekijöitä. Tästä huolimatta pohjoisen havumetsävyöhykkeen jokien luonnollisia virtaamaolosuhteita ja niiden yhteyttä virtavesieliöihin on tutkittu vähän. Ilmastonmuutoksen on ennustettu aiheuttavan voimakkaita muutoksia pohjoisten alueiden ilman lämpötilassa ja sadannassa, ja nämä muutokset tulevat mitä todennäköisimmin aiheuttamaan vakavia seurauksia myös jokiekosysteemeissä. Ilmastonmuutoksen ympäristövaikutukset voivat lisäksi aiheuttaa jo olemassa olevien ihmistoiminnasta aiheutuvien ympäristövaikutusten kanssa haitallisia ja vaikeasti ennustettavia yhdysvaikutuksia. Väitöskirjassani arvioin ensin pohjoisten virtavesien luonnollisten virtaamaolosuhteiden suhdetta pohjaeläinyhteisöjen taksonomiseen ja toiminnalliseen rakenteeseen. Tämän jälkeen tarkastelin yhdistämällä erilaisia ilmastonmuutoksen skenaarioita hydrologisen ja biologisen mallin kanssa, miten ilmastonmuutos saattaa tulevaisuudessa vaikuttaa jokien virtaamaolosuhteisiin ja niissä eläviin pohjaeläinyhteisöihin. Lisäksi arvioin missä ja minkälaisissa jokityypeissä ilmastonmuutoksen vaikutukset tulevat esiin kaikkein voimakkaimmin. Lopuksi tutkin kokeellisesti, miten virtaamavaihtelu ja hienojakoinen sedimentti ja näiden mahdolliset yhdysvaikutukset vaikuttavat eri virtavesieliöihin. Tulokset osoittivat, että vuodenajasta riippuvat virtaamavaihtelut vähenevät ilmastonmuutoksen myötä, minkä seurauksena pohjaeläinyhteisöissä tapahtuu voimakkaita muutoksia. Erityisesti pienten jokien pohjaeläinyhteisöjen monimuotoisuus ja koostumus muuttuivat verrattaessa tämän päivän lajistoa tulevaisuuden ennustettuun lajistoon. Eri virtavesieliöryhmät vastasivat hyvin eri tavalla virtaamavaihtelun ja hiekoittumisen aiheuttamaan elinympäristön muutokseen. Esimerkiksi akvaattiset sienet, joita on aikaisemmin harvoin käytetty ilmastonmuutostutkimuksissa, vastasivat voimakkaammin virtaamamuutoksiin kuin tutkimuksissa perinteisesti käytetyt pohjaeläimet. Kaikki kokeessa havaitut yhdysvaikutukset olivat kuitenkin pienempiä kuin yksittäisten vaikutusten summa. Tulos on huojentava vesiensuojelun kannalta, mutta tarkoittaa toisaalta myös sitä, ettei yksittäisten ihmisvaikutusten poistaminen välttämättä takaa vesistön ekologisen tilan parantumista, jos elinympäristöön vaikuttaa yhtaikaisesti useampi tekijä. Väitöskirjani tulokset tukevat hydrologisten mallien hyödyntämistä ekologisessa tutkimuksessa. Ilmastonmuutoksen myötä eri ääri-ilmiöiden, kuten rankkasateiden, on ennustettu tulevan entistä yleisimmiksi. Ääri-ilmiöiden vaikutukset ekologisiin vasteisiin tunnetaan kuitenkin heikosti. Mallien kehittämisessä olisi tämän vuoksi jatkossa tärkeää keskittyä ääri-ilmiöihin ja niiden aiheuttamiin biologisiin muutoksiin, jotta voisimme nykyistä realistisemmin arvioida ilmastonmuutoksen vaikutuksia sisävesiekosysteemeissä
Multiple interactions of flow alternation and fine sediment on stream macroinvertebrates : experimental study
No full textImpacts of nutrient enrichment and stream structural diversity on benthic macroinvertebrate communities in lotic ecosystems
No full textTurvevaltaisten valuma-alueiden ojitukset ovat yleisiä ympäri maailmaa, ja erityisesti Suomessa metsätalouden tarpeisiin tehdyt ojitusprojektit ovat vaikuttaneet haitallisesti virtavesien laatuun. Virtavedet ovat tärkeitä ekosysteemejä tarjoten monipuolisia palveluita kuten kalastus- ja virkistysmahdollisuuksia sekä säätelyä veden laadun parantamiseksi ja tulvien hallitsemiseksi. Virtavesien ainutlaatuiset ominaisuudet mahdollistavat monimuotoisen kasvillisuuden ja eläimistön esiintymisen, mikä tekee niistä keskeisiä lajien lisääntymis- ja elinympäristöinä. Viime vuosikymmeninä painopiste on siirtynyt vesistöjen kunnostukseen ekologisen tilan ja vedenlaadun parantamiseksi EU:n vesipuitedirektiivin ja pienvesien suojelu- ja kunnostusstrategian vaatimuksien mukaisesti ja nykyään virtavesikunnostukset ovat keskeinen osa vesienhoitosuunnitelmaa. Tutkimustieto kunnostusten vaikutuksista on kuitenkin puutteellista, mikä vaikeuttaa yleistettävien johtopäätösten tekemistä. Lisää tutkimusta tarvitaan erityisesti ojitettujen turvemaiden ennallistamisten ja puroelinympäristöjen kunnostamisen mahdollisista synergioista.
Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, miten sekä ojitettujen turvemaiden hoitotoimenpiteet, että puroelinympäristöjen kunnostukset vaikuttavat virtavesien pohjaeläinyhteisöihin. Tutkielman hypoteesina on, että purouoman kunnostus vaikuttaa pohjaeläinyhteisöön lisäten sen lajimäärää ja muuttaen sen rakennetta, mutta ennallistamisen positiiviset vaikutukset ilmenevät vain, mikäli valuma-alueelta puroon tuleva ravinnekuormitus pysyy alhaisena.
Työssä hyödynnettiin Luonnonvarakeskuksen Kainuun kalantutkimusaseman 18 keinopuroa. Jokaiseen keinopuroon rakennettiin eri kunnostuskäsittelyt, ja samalla valuma-alueen maankäytön muutoksia jäljiteltiin manipuloimalla uomiin päätyvien ravinteiden määrää lisäämällä fosfaattifosforia ja nitraattityppeä. Purouoman heterogeenisyyttä manipuloitiin kolmella eri tasolla; kunnostamaton (perattu ja hiekoittunut uoma), kunnostettu (kivi+puu -käsittely) sekä tehostettu kunnostus (kivi+puu+sammal -käsittely). Kontrollina ravinnemanipulaation olivat suhteen uomat, joihin ei tullut ravinnelisäystä (ei muutoksia maankäytössä). Tutkimuksen kesto oli viisi viikkoa.
Tutkimuksesta saatujen tulosten perusteella voidaan todeta, että pelkällä uomakunnostuksella voidaan saada aikaan positiivisia monimuotoisuusvaikutuksia. Kunnostuksen on tällöin oltava melko intensiivistä ja siinä on hyödynnettävä kivimateriaalin lisäksi myös puuta erityisesti sammalta, sillä ne osoittautuivat tärkeiksi kunnostusvasteiden saavuttamisessa. Ravinnemanipulaatiolla ei sen sijaan todettu olevan vaikutusta pohjaeläinten yhteisökoostumukseen.
Kokeellinen tutkimus tarjoaa mahdollisuuden systemaattiseen lähestymistapaan ekologisessa tutkimuksessa ja mahdollistaa syy-seuraus-suhteiden paremman ymmärtämisen. Kokeellisessa asetelmassa voidaan tarkasti manipuloida muuttujia ja luoda vertailukelpoisia kokonaisuuksia, mikä lisää luotettavuutta tulosten pätevyydestä. Toisaalta korrelatiivisella maastotutkimuksella on oma roolinsa, kun pyritään ymmärtämään luonnollisten prosessien kokonaisvaltaisia vaikutuksia. Näitä lähestymistapoja voidaan hyödyntää yhdessä, täydentäen toistensa vahvuuksia ekologisen monimutkaisuuden ymmärtämisessä. Tulevaisuuden tutkimussuunnat voivat sisältää muita ekologisia indikaattoreita ja ottaa huomioon vuodenaikojen vaihtelut. Lisäksi olisi hyvä arvioida erilaisia kumulatiivisia vaikutuksia ja ottaa huomioon ilmastonmuutoksen mahdolliset vaikutukset. Tärkeää on tunnistaa tutkimuksen luonne ja ymmärtää, että ekologiset prosessit voivat kehittyä pidemmällä aikavälillä. Aidon valuma-alueen ennallistaminen ravinnemanipulaation sijaan voisi tarjota lisätietoa ojituksen vaikutuksista puroihin. Siten voitaisiin selvittää, vaikuttaako ennallistaminen voimakkaammin pohjaeläinyhteisöihin kuin pelkkä ravinteiden lisäys.Drainage of peatland catchments is common worldwide, with projects in Finland specifically for forestry purposes adversely affecting the quality of running waters. Streams play a crucial role in ecosystems, offering diverse services such as fishing, recreation, and regulation of water quality and flood control. The unique properties of streams enable the presence of diverse plants and animals, making them essential habitats for species breeding and survival. In recent decades, the focus has shifted to the restoration of water bodies to improve the ecological state and water quality in accordance with the requirements of the EU Water Framework Directive and the strategy for small water protection and restoration. Today, stream restorations are a key part of water management plans. However, research information on the effects of restorations is incomplete, which makes it difficult to draw generalizable conclusions. More research is needed, especially on the possible synergies of restoring drained peatlands and stream habitats.
The aim of this study was to investigate how both the management practices in drained peatlands and the restoration of stream habitats affect the benthic communities in streams. The hypothesis of this study is that stream habitat restoration affects the benthic community, increasing its species number and changing its structure, but the positive effects of the restoration are only evident if the nutrient load from the catchment area to the stream remains low.
The study utilized the 18 artificial streams at the Finnish Natural Resources Institute's Kainuu Fish Research Station. Different restoration treatments were implemented in each artificial stream, while simultaneously mimicking land use changes in the catchment area by manipulating the nutrient input into the beds through the addition of phosphate phosphorus and nitrate nitrogen. Streambed heterogeneity was manipulated at three levels: unrestored (sanded stream bed), restoration (stone+wood), and enhanced restoration (stone+wood+moss). As a control for nutrient manipulation, there were beds that did not receive nutrient supplementation (no changes in land use). The study lasted for five weeks.
Based on the results obtained from the research, it can be concluded that positive diversity effects can be achieved through riverbed restoration alone. In this scenario, the restoration must be quite intensive, incorporating not only stone and wood material but also moss, as they were found to be crucial in eliciting restoration responses. Conversely, nutrient manipulation was found to have no effect on the composition of the benthic community.
Experimental research provides a systematic approach to ecological research, facilitating a deeper understanding of cause-and-effect relationships. By precisely manipulating variables and creating comparable entities, experimental settings enhance the reliability and validity of results. Conversely, correlational field research plays a vital role in comprehending the holistic effects of natural processes. These approaches can be used in conjunction, leveraging each other's strengths to comprehend ecological complexities more effectively.
Future research directions may include additional ecological indicators and consideration of seasonal variations. Evaluating cumulative effects and addressing potential impacts of climate change are also important. Recognizing the nature of research and understanding that ecological processes evolve over time are crucial. Genuine catchment restoration instead of nutrient manipulation could provide further insights into the effects of drainage on streams. Thus, it could determine whether catchment restoration has a stronger impact on benthic communities than nutrient enrichment alone
The effects of riparian land use on temperature variation and macroinvertebrate community structure in agricultural streams
No full text
- …
