Ravinnelisäyksen ja puron rakenteellisen monimuotoisuuden yhdys- ja erillisvaikutukset virtavesien pohjaeläinyhteisöihin

Abstract

Turvevaltaisten 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.