Predictive models in assessment of macroinvertebrates in boreal rivers

Abstract

Jukka Aroviita tutki väitöskirjassaan jokien ja purojen biologisen tilan mittaamismenetelmiä. Aroviita osoitti, että ihmistoiminnan aiheuttamat biologiset muutokset voivat jäädä havaitsematta, jos eliöyhteisöjen luonnollista taustavaihtelua ei oteta kunnolla huomioon.- Tällöin vesistöjen saatetaan arvioida olevan paremmassa kunnossa kuin ne todellisuudessa ovatkaan. Muutosten tunnistamistarkkuuden tulisi olla mahdollisimman hyvä, sillä tila-arvioilla on myös juridisesti määräytyviä yhteiskunnallisia ja taloudellisia seuraamuksia, Aroviita toteaa. Vielä 1990-luvulla järvien ja jokien tilaa arvioitiin suurelta osin ihmisen näkökulmasta ja veden kemian perusteella. Nykylainsäädäntö edellyttää kokonaisvaltaista ja eliöstöä korostavaa vesistöjen tilan mittaamista ja suojelua sekä heikentyneen tilan parantamista.Uusien säädösten toteuttamiseen tarvitaan uusia menetelmiä. Ihmistoiminnan aiheuttaman muutoksen suuruutta tulisi mitata poikkeamana luonnontilasta, eli ns. vertailuoloista.Aroviidan mukaan suuri haaste on arvioida laajojen alueiden ja useiden eliöryhmien, kuten vesikasvien, pohjaeläinten ja kalojen tilaa yhdenmukaisesti ja niiden luonnollinen vaihtelu huomioiden.Aroviita vertaili väitöstyössään kahta menetelmää vertailuolojen muodostamisessa virtavesien pohjaeläimistölle. Monimuuttujainen ennustava mallinnus oli EU:n vesipuitedirektiivin edellyttämää kategorista jokityypittelyä soveliaampi vertailuolojen määrittelyyn.Yksinkertainen tyypittely näyttäisi kuitenkin tarjoavan toimivan ja käyttäjäystävällisen vaihtoehdon, mikäli sitä sovelletaan vain alueellisella, maantieteellisesti riittävän suppealla mittakaavalla.Mallinnuksen hyvää toimivuutta selittää se, että menetelmä ottaa luonnon jatkuvan vaihtelun paremmin huomioon. Sen soveltuvuutta koko Suomen vertailuolojen muodostamisessa myös muille eliöryhmille tulisikin Aroviidan mielestä edelleen selvittää.- Vesistöjen tilaluokitteluiden tulisi olla mielekkäitä ja vastata varsinaisia tavoitteita, kuten lajien suojelua, Aroviita huomauttaa. Väitöstutkimuksen tulosten perusteella yleisesti sovelletut luokitustavat eivät välttämättä tue uhanalaislajien suojelua.- Konkreettisia ympäristötavoitteita, kuten uhanalaislajien esiintymistä voitaisiin käyttää apuneuvona kehitettäessä objektiivista luokittelujärjestelmää, Aroviita suosittaa. Aroviidan tutkimuksen kohteina olivat Länsi-, Keski- ja Pohjois-Suomen jokien ja purojen vuolasvirtaiset koskipaikat (345 kpl) ja niiden pohjaeläimistö. Pohjaeläimet ovat yksi yleisimmin vesistöjen tilan arvioinnissa käytetty eliöryhmä, joiden seurantaa myös nykylainsäädäntö edellyttää.

Biological assessments are widely required to evaluate and improve the condition of freshwater ecosystems that are significantly degraded. The need to assess biological condition across large geographical scales imposes a particular demand for consistent methods.The aims in this thesis were (1) to compare two alternative and widely applied approaches for assessment of river macroinvertebrate communities; simple a priori typology and multivariate RIVPACS-type modelling. Specifically, I examined (2) the influence of spatial scale on the performance of the approaches. I also compared (3) concordance of macroinvertebrate and macrophyte assessments, and (4) examined whether conventional site quality classifications based on macroinvertebrates could support preservation of threatened macroinvertebrate species (TS). The compared approaches are both based on the reference condition philosophy and measure biotic assemblage condition by observed-to-expected ratio of taxa (O/E).The RIVPACS-type modelling was generally more precise and more sensitive to anthropogenic impairment than the typology approach. However, the relative superiority of the two approaches was scale-dependent, with the performance of the typology approach increasing with decreasing spatial extent. Assessments of macroinvertebrate and macrophyte communities showed relatively high concordance, although the macrophyte model was strongly inferior to the invertebrate model. Number and abundance of TS showed a significant positive correlation with O/E. The TS were concentrated in sites classified as 'high' biotic quality, with few occurrences in 'good' status.The results suggest that large-scale freshwater bioassessments should use modelling approaches that account for continuous variation of biota and environment along multiple gradients. Simple typologies are likely to be usable only at regional scales and with simple environmental gradients. Biological quality classifications should be established with care to ensure that they agree with the ultimate environmental objectives (e.g. safeguarding TS)