Eteläboreaalisen vyöhykkeen putkilokasvien lajirunsaus maisematasolla

Abstract

Biodiversiteetin epätasaista jakaantumista on usein tutkittu putkilokasveilla, koska ne ovat ravintoketjun ensimmäinen taso. Putkilokasvien lajirunsauden selittäjät riippuvat mittakaavasta. Suurilla alueilla auringon energian määrä ja veden saatavuus selittävät hyvin putkilokasvien lajimäärää pohjoisella pallonpuoliskolla. Maisematasolla ilmasto ei ole merkittävä selittäjä. Paikallisella tasolla lajirunsauteen vaikuttavat abioottiset ja bioottiset tekijät. Boreaalisessa metsässä ravinteisuus, vesitalous ja valon määrä selittävät lajimäärää. Lisäksi ihmisen toimilla on merkitystä putkilokasvien lajimäärään. Se kasvaa, koska siemeniä kulkeutuu ihmisen mukana uusille alueille. Ihmisen toiminta aiheuttaa häiriöitä ja lisää ympäristön heterogeenisyyttä. Elinympäristöjen määrän kasvaessa myös lajimäärä kasvaa. Keskimääräiset häiriöt vähentävät kilpailua ja pitävät yllä sukkession eri vaiheita. Tässä tutkimuksessa on mallinnettu koko putkilokasvilajiston ja alkuperäislajien lajimäärään vaikuttavia tekijöitä eteläboreaalisella metsävyöhykkeellä. Koko lajimäärään oletin vaikuttavan eniten ihmistoiminnan. Alkuperäislajien, eli ennen 1600-lukua alueelle saapuneiden lajien, oletin olevan suhteessa enemmän riippuvaisia abioottisista tekijöistä. Tutkimuksen aineistona käytettiin Luopioisista kerättyä kasvillisuuskartoitusaineistoa 286 neliökilometriltä. Lajirunsautta mallinnettiin yleistetyllä additiivisella mallilla (GAM). Neliökilometriruudulta tiedettiin kasvien lajimäärä ja sitä selitettiin paikkatietoaineistoista lasketuilla muuttujilla. Malliin sovitettiin 13:a muuttujaa, jotka olivat abioottisia, bioottisia tai ympäristön heterogeenisyyttä kuvaavia. Tuloksena oli, että kaikkien putkilokasvien lajimäärää selittivät parhaiten ihmisen vaikutus, kasvupaikan ravinteisuus ja ympäristön heterogeenisyys. Tulokset ovat hyvin samanlaisia kuin aiemmin tehdyissä tutkimuksissa. Alueelle alkuperäisten lajien runsaus ei selittynyt niillä tekijöillä kuin oletin. Alkuperäislajien runsautta selitti ihmisen toiminta, ravinteisuus, vesitalous ja ympäristön heterogeenisyys. Alkuperäislajien malli oli hyvin samankaltainen kuin kaikkien lajien malli. Siinä oli vain kolme lisämuuttujaa ja huonompi selitysaste. Mallintaminen perustui korrelaatioon, joten yllätyksenä tullut ihmisen toiminnan suuri merkitys alkuperäislajeille voi selittyä myös sillä, ettei asutus ole alueelle sijoittunut sattumanvaraisesti, vaan valmiiksi lajirunsaille alueille. Samanlaisia tuloksia on saatu Keski-Euroopassa tehdyissä tutkimuksissa.

Vascular plants are often used to study unevenly distributed biodiversity because plants are primary producers. Explanatory variables of vascular plant species diversity depend on study scale. In the continental-scale, amount of solar radiation and the availability of water explain plant diversity well in the northern hemisphere. In the landscape level climate is not a significant determinant. On the local scale the plant species diversity is affected by abiotic and biotic factors. In a boreal forest, the amount of nutrients, water economy and the amount of light explain the species diversity. Furthermore, the activities of humans have a significant effect on the species richness of plants. It increases because seeds disperse with humans to new areas. The activities of humans cause disturbances and add to the environmental heterogeneity. While the quantity of habitats increases, the species richnes also increases. Intermediate disturbances lessen the competition and maintain the various phases of succession. In this research I have modeled factors affecting all vascular plant species and native species richness in the region of southern boreal forest. I assumed the activities of humans were the most significant factor affecting the number of all plant species. Native species, which arrived to the region before the 17th century, were assumed to be more dependent on abiotic factors. Plant survey material gathered from 286 square kilometers in the municipality of Luopioinen was used in this research. The plant species richness on a square kilometer rectangle was known and it was explained using variables calculated from geographic information using a Generalized Additive Model (GAM). Thirteen variables, which were abiotic, biotic, or explaining environmental heterogeneity were fitted into the model. The result was that species richness of all vascular plants was best explained by the impact of humans, nutrient level of the soil and the heterogeneity of the environment. The results were fairly similar to previous research. The native species didn't behave in the model like I assumed. The diversity of the native species was explained by the impact of humans, nutrition level, water economy and the heterogeneity of the environment. The model for the native species was very much like the model for all species. There were only three additional variables and the level of determination of the model was lower. The used modeling approach cannot detect causality, so the impact of humans on the native species, which came as a surprise, could be explained by the fact that human settlements can have emerged on already species rich regions instead of being randomly distributed. This finding is supported by research conducted in Central Europe.