Maankäyttöön perustuvalla takautuvalla mallinnuksella pystytään ennustamaan pohjaeläimistön havaitsemistodennäköisyyksiä (pc) vertailuoloissa, vaikka vertailupaikkoja ei olisi saatavilla. Kivennäismaiden jokityypin lajikohtaiset mallit ennustivat pc -arvot hyvin lähelle havaittuja (todellisten vertailupaikkojen perusteella estimoituja) arvoja ja niistä lasketut O/E-suhteet olivat käytännössä samat, eli tilaluokittelussa päädyttiin samaan lopputulokseen. Mallinnuksen
validointi siis onnistui kivennäismaiden vertailupaikkojen avulla, mikä vahvisti menetelmän toimivuuden ja mahdollisti sen testaamisen savimaiden jokityypille.
Savimaiden jokityypin mallien pc ennusteet erosivat huomattavasti käytössä olevista muihin jokityyppeihin perustuvista estimaateista, mutta koska niihin pohjautuvissa O/E-suhteissa ei ollut merkittävää eroa, oli tilaluokittelun lopputulos käytännössä sama. Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin vain yhden tilaluokittelussa käytettävän parametrin (O/E-suhde) laskemiseen tarvittavia vertailuoloja ja vaikka kehitetty lähestymistapa toimii näinkin, sitä voi vielä hioa teknisesti ja se on sovellettavissa laajasti. Samaa periaatetta, mutta muunlaisia tilastollisia malleja voi käyttää muillekin tilamuuttujille, kuten Suomessa pohjaeläimille käytettävälle PMA:lle, jota varten täytyy havaitsemistodennäköisyyksien sijasta mallintaa lajien suhteelliset runsaudet.
Periaatetta voi luonnollisesti soveltaa muillekin eliöryhmille tai muihin elinympäristöihin. Tämänkaltaisilla malleilla voisi olla tilaluokittelun ohella myös yleisempää käyttöä, esimerkiksi arvioitaessa eri mittakaavoissa ihmisen aiheuttamaa lajikatoa tai lajikoostumuksessa tapahtuneita muutoksia.
KIITOKSET
Suuri kiitos ohjaajilleni Heikki Hämäläiselle ja Jukka Aroviidalle kaikista ohjeista ja palautteesta sekä tuesta ja motivaatiosta tutkimuksen edetessä. Kiitos Sabrina Nykäselle ja Petteri Vehviläiselle avusta karttakuvien kanssa. Haluan kiittää myös Maa- ja Vesitekniikan tuki ry:tä ja Suomen Luonnonsuojelun Säätiötä tutkimukseen annetuista apurahoista. Lisäksi haluan kiittää upeita ystäviäni ja perhettäni kaikesta tuesta ja kannustuksesta tämän työn aikana.
KIRJALLISUUS
Allan J.D. 1995. Stream Ecology. Structure and Function of Running Waters. Kluwer Academic Publishers, The Netherlands.
Allan J.D. 2004. Landscapes and Riverscapes: The Influence of Land Use on Stream Ecosystems. Annu. Rev. Ecol. Evol. Syst. 35: 257-284.
doi:10.1146/annurev.ecolsys.35.120202.110122.
Anonyymi 2020. Vesistöjen kuormitus ja luonnon huuhtouma.
https://www.ymparisto.fi/fi-FI/Kartat_ja_tilastot/Vesistojen_kuormitus_ja_luonnon_huuhtouma. Luettu 30.4.2021.
Aroviita J., Ilmonen J., Rajakallio M., Sutela T., Mykrä H., Martinmäki-Aulaskari K., Karttunen K., Kuoppala M., Leinonen A. & Jyväsjärvi J. 2021. Pienten virtavesien tilan arvioinnin kehittäminen. Suomen ympäristökeskuksen raportteja 25/2021. Suomen Ympäristökeskus, Helsinki, 70 s.
Aroviita J., Koskenniemi E., Kotanen J. & Hämäläinen H. 2008. A priori typology-based prediction of benthic macroinvertebrate fauna for ecological classification of rivers. Environ. Manage. 42: 894–906
Aroviita J., Mykrä H., Muotka T. & Hämäläinen H. 2009. Influence of geographical extent on typology-and model-based assessments of taxonomic completeness of river macroinvertebrates. Freshw. Biol. 54: 1774-1787.
Aroviita J., Vuori K.-M., Hellsten S., Jyväsjärvi J., Järvinen M., Karjalainen S. M., Kauppila P., Korpinen S., Kuoppala M., Mitikka S., Mykrä H., Olin M., Rask M., Riihimäki J., Räike A., Rääpysjärvi J., Sutela T., Vehanen T. & Vuorio K.
2014. Maa- ja metsätalouden kuormittamien pintavesien ekologinen tila ja sen seuranta. Suomen ympäristökeskuksen raportteja 12/2014. Suomen Ympäristökeskus, Helsinki, 96 s.
Aroviita J., Mitikka S. & Vienonen S. (toim.), 2019. Pintavesien tilan luokittelu ja arviointiperusteet vesienhoidon kolmannella kaudella. Suomen Ympäristökeskuksen raportteja 37/2019. Suomen Ympäristökeskus, Helsinki, 177 s.
Bailey R.C., Linke S. & Yates A.G. 2014. Bioassessment of freshwater ecosystems using the Reference Condition Approach: comparing established and new methods with common data sets. Freshwater Science 33: 1204-1211.
doi:10.1086/678771.
Baker E.A., Wehrly K.E., Seelbach P.W., Wang L., Wiley M.J. & Simon T. 2005. A Multimetric Assessment of Stream Condition in the Northern Lakes and Forests Ecoregion Using Spatially Explicit Statistical Modeling and Regional Normalization. Trans. Am. Fish. Soc. 134: 697-710, doi:10.1577/T03-205.1.
Cohen A.S., 2003. Paleolimnology: the history and evolution of lake systems. Oxford University Press.
Death R.G. & Winterbourn M.J. 1995. Diversity Patterns in Stream Benthic Invertebrate Communities: The Influence of Habitat Stability. Ecology 76: 1446-1460, doi:10.2307/1938147.
Dudgeon D., Arthington A.H., Gessner M.O., Kawabata Z., Knowler D.J., Lévêque C., Naiman R.J., Prieur-Richard A., Soto D., Stiassny M.L.J. & Sullivan C.A.
2006. Freshwater biodiversity: importance, threats, status and conservation challenges. Biological Reviews 81: 163-182, doi:10.1017/S1464793105006950.
Dynesius M. & Nilsson C. 1994. Fragmentation and flow regulation of river systems in the northern third of the world. Science 266: 753–762.
Ekholm P., Kallio K., Salo S., Pietiläinen O., Rekolainen S., Laine Y. & Joukola M.
2000. Relationship between catchment characteristics and nutrient concentrations in an agricultural river system. Water. Res. 34: 3709-3716, doi:10.1016/S0043-1354(00)00126-3.
Ekholm E., Mannio J., Silvo K. & Hellsten H. 2012. Vesiemme koko kuva? Vesitalous 5/2012: 6-8.
Espey Jr W.H., Morgan C.W. & Masch F.D. 1966. Study of some effects of urbanization on storm runoff from a small watershed.
Euroopan yhteisö 2000. Euroopan parlamentin ja neuvoston direktiivi 2000/60/EY, annettu 23 lokakuuta 2000, yhteisön vesipolitiikan puitteista. Euroopan yhteisöjen virallinen lehti, L 327. 72 s.
Finér L., Lepistö A., Karlsson K., Räike A., Tattari S., Huttunen M., Härkönen L., Joensuu S., Kortelainen P., Mattsson T., Piirainen S., Sarkkola S., Sallantaus T.
& Ukonmaanaho L. 2020. Metsistä ja soilta tuleva vesistökuormitus 2020.
Valtioneuvoston selvitys- ja tutkimustoiminnan julkaisusarja 2020:6. 77s.
Gell P., Tibby J., Fluin J., Leahy P., Reid M., Adamson K., Bulpin S., MacGregor A., Wallbrink P. & Hancock G. 2005. Accessing limnological change and variability using fossil diatom assemblages, south‐east Australia. River Research and Applications 21: 257-269.
Haaranen T. 2012. Maatalouden vesiensuojelu. Vesitalous 5/2012: 18-19.
Hall R. J. & Ide F. P. 1987. Evidence of acidification effects on stream insect communities in central Ontario between 1937 and 1985. Can. J. Fish. Aquat. Sci.
44: 1652–1657
Hassan M.A., Church M., Lisle T.E., Brardinoni F., Benda L. & Grant G.E. 2005.
Sediment transport and channel morphology of small, forested streams 1. Jawra journal of the american water resources association 41: 853-876.
Herrmann J. 1987. Aluminium impact on freshwater invertebrates at low pH: A review. Teoksessa: Speciation of metals in water, sediment and soil systems. 157-175. Springer, Berlin, Heidelberg.
Hilborn R. & Mangel M. 1997. The ecological detective: confronting models with data. Princeton University Press.
Hirsch R.M., Walker J.F., Day J.C. & Kallio R. 1990. The influence of man on hydrologic systems. Surface Water Hydrology. Geol. Soc. Am. Boulder, Colorado.
Honka M. 2020. Happamuuden vaikutus pohjaeläimistön tilaan Länsi-Suomen joissa. Pro gradu -tutkimus. Jyväskylän Yliopisto. Bio- ja ympäristötieteiden laitos.
Hughes R.M., Larsen D.P. & Omernik J.M. 1986. Regional reference sites: a method for assessing stream potentials. Environ. Manage. 10: 629-635.
Hämäläinen H., Aroviita J., Koskenniemi E., Bonde A. & Kotanen J. 2007. Suomen jokien tyypittelyn kehittäminen ja pohjaeläimiin perustuva ekologinen luokittelu.
Länsi-Suomen ympäristökeskus 04/2007. 64 s.
Hämäläinen H. & Huttunen P. 1990. Estimation of acidity in streams by means of benthic invertebrates: evaluation of two methods. Acidification in Finland. 1051-1070. Springer, Berlin, Heidelberg.
Johansson K. & Nyberg P. 1981. Acidification of surface waters in Sweden – effect and extent 1980.Information fraan Soetvattenslaboratoriet, Drottningholm.
Jones J.I., Duerdoth C.P., Collins A.L., Naden P.S. & Sear D.A. 2014. Interactions between diatoms and fine sediment. Hydrol. Process. 28: 1226-1237.
Jyväsjärvi J., Nyblom J. & Hämäläinen H. 2010. Palaeolimnological validation of estimated reference values for a lake profundal macroinvertebrate metric (Benthic Quality Index). J. Paleolimnol 44: 253-264.
Järvinen, M., Aroviita, J., Hellsten, S., Karjalainen, SM., Kuoppala, M. Meissner, K., Mykrä H. & Vuori K-M. 2019. Jokien ja järvien biologinen seuranta – näyttenotosta tiedon tallentamiseen. ver 6.9.2019. 42 s. Suomen ympräristökeskus.
https://www.ymparisto.fi/fi-FI/Vesi/Pintavesien_tila/
Pintavesien_tilan_seuranta/Biologisten_seurantamenetelmien_ohjeet
Kilgour B.W. & Stanfield L.W. 2006. Hindcasting reference conditions in streams. American Fisheries Society Symposium. 48: 623-639.
Laki vesienhoidon ja merenhoidon järjestämisestä 30.12.2004/1299
Launois L., Veslot J., Irz P. & Argillier C. 2011a. Development of a fish-based index (FBI) of biotic integrity for French lakes using the hindcasting approach. Ecol.
Ind. 11: 1572-1583.
Lecerf A. & Richardson J.S. 2010. Litter decomposition can detect effects of high and moderate levels of forest disturbance on stream condition. For. Ecol.
Manage. 259: 2433-2443.
Louhi P., Richardson J.S. & Muotka T. 2017. Sediment addition reduces the importance of predation on ecosystem functions in experimental stream channels. Can. J. Fish. Aquat. Sci. 74: 32-40.
Malmqvist B. & Rundle S. 2002. Threats to the running water ecosystems of the world. Environ. Conserv. 29: 134-153.
Maltby L. 1991. Pollution as a probe of life-history adaptation in Asellus aquaticus (Isopoda). Oikos: 11-18.
Matthaei C.D., Piggott J.J. & Townsend C.R. 2010. Multiple stressors in agricultural streams: interactions among sediment addition, nutrient enrichment and water abstraction. J. Appl. Ecol. 47: 639-649.
Moss B.R. 2018. Ecology of Freshwaters: Earth's Bloodstream. 5th ed. John Wiley & Sons.
Moss D., Furse M.T., Wright J.F. & Armitage P.D. 1987. The prediction of the macro‐
invertebrate fauna of unpolluted running‐water sites in Great Britain using environmental data. Freshwat. Biol. 17: 41-52.
Mustonen K., Mykrä H., Louhi P., Markkola A., Tolkkinen M., Huusko A., Alioravainen N., Lehtinen S. & Muotka T. 2016. Sediments and flow have mainly independent effects on multitrophic stream communities and ecosystem functions. Ecol. Appl. 26: 2116-2129.
Myers R.H. & Myers R.H. 1990. Classical and modern regression with applications. Duxbury press Belmont, CA.
Nyblom J. 2015. Yleistetyt lineaariset mallit. Matematiikan ja tilastotieteen laitos, Jyväskylän Yliopisto.
Ostermiller J.D. & Hawkins C.P. 2004. Effects of sampling error on bioassessments of stream ecosystems: application to RIVPACS-type models. J. N. Am. Benthol.
Soc. 23: 363-382.
Paul M.J. & Meyer J.L. 2001. Streams in the urban landscape. Annu. Rev.Eco.l Syst. 32: 333-365.
Rajakallio M., Jyväsjärvi J., Muotka T. & Aroviita J. 2021. Blue consequences of the green bioeconomy: clear‐cutting intensifies the harmful impacts of land drainage on stream invertebrate biodiversity. J. Appl. Ecol.
Reynoldson T.B., Norris R.H., Resh V.H., Day K.E. & Rosenberg D.M. 1997. The reference condition: a comparison of multimetric and multivariate approaches to assess water-quality impairment using benthic macroinvertebrates. J. N.
Am. Benthol. Soc. 16: 833-852.
Rosemond A. D., Reice S. R., Elwood J. W. & Mulholland P. J. 1992. The effects of stream acidity on benthic invertebrate communities in the south-eastern United States. Freshw. Biol. 27: 193–209.
Rosenberg D.M. & Resh V.H. 1993. Freshwater biomonitoring and benthic macroinvertebrates. Chapman & Hall. New York, NY, USA.
Rosenberg D.M., Reynoldson T.B. & Resh V.H. 2000. Establishing reference conditions in the Fraser River catchment, British Columbia, Canada, using the BEAST (BEnthic Assessment of SedimenT) predictive model. Teoksessa:
Wright J.F., Sutcliffe D.W. & Furse M.T. (toim.), Assessing the biological quality of fresh waters: RIVPACS and other techniques: 181-194. Freshwater Biological Association. Cumbria, UK.
Sala O.E., Chapin F.S., Armesto J.J., Berlow E., Bloomfield J., Dirzo R., Huber-Sanwald E., Huenneke L.F., Jackson R.B. & Kinzig A. 2000. Global biodiversity scenarios for the year 2100. Science 287: 1770-1774.
Seelbach P.W., Wiley M.J., Soranno P.A. & Bremigan M.T. 2002. Aquatic Conservation Planning: Using Landscape Maps to Predict Ecological Reference Conditions for Specific Waters. Teoksessa: Gutzwiller K.J. (toim.), Applying Landscape Ecology in Biological Conservation. Springer, New York, NY.
Seddon E., Hill M., Greenwood M.T., Mainstone C., Mathers K., White J.C. & Wood P.J. 2019. The use of palaeoecological and contemporary macroinvertebrate community data to characterize riverine reference conditions. River Research and Applications 35: 1302-1313.
Smol J.P. 1992. Paleolimnology: an important tool for effective ecosystem management. Journal of aquatic ecosystem health 1: 49-58.
Soranno P.A., Cheruvelil K.S., Stevenson R.J., Rollins S.L., Holden S.W., Heaton S.
& Torng E. 2008. A framework for developing ecosystem‐specific nutrient criteria: Integrating biological thresholds with predictive modeling. Limnol.
Oceanogr. 53: 773-787.
Soranno P.A., Wagner T., Martin S.L., McLean C., Novitski L.N., Provence C.D. &
Rober A.R. 2011. Quantifying regional reference conditions for freshwater ecosystem management: A comparison of approaches and future research needs. Lake Reserv. Manage. 27: 138-148.
Sponseller R.A., Benfield E.F. & Valett H.M. 2001. Relationships between land use, spatial scale and stream macroinvertebrate communities. Freshwat. Biol. 46:
1409-1424.
Stoddard J., Hawkins C. & Stevenson J. 2017. The concept of reference condition, revisited. Society for Freshwater Science. Raleigh, NC.
Suomen ympäristökeskus 2019. Pintavesien luokittelun lajitaulukot.
https://www.ymparisto.fi/fi-FI/Vesi/Pintavesien_tila/Pintavesien_luokittelu/Lajitaulukot
Sutela T., Vuori K.-M., Louhi P., Hovila K, Jokela S., Karjalainen S. M., Keinänen M., Rask M., Teppo A., Urho L., Vehanen T., Vuorinen P. J. & Österholm P. 2012.
Happamien sulfaattimaiden aiheuttamat vesistövaikutukset ja kalakuolemat Suomessa. Suomen ympäristö 4/2012. 61 s
Thornton J.A., Rast W., Holland M.M., Jolankai G. & Ryding S.O. 1999. Assessment and control of nonpoint source pollution of aquatic ecosystems. –MaB Series 23, UNESCO. 466 s.
Turunen J. 2018. Responses of biodiversity and ecosystem functions to land use disturbances and restoration in boreal stream ecosystems. Acta Universitatis Ouluensis. A Scientiae Rerum Naturalium. 708.
Turunen J, Elbrecht V, Steinke D, Aroviita J. 2021. Riparian forests can mitigate warming and ecological degradation of agricultural headwater streams.
Freshw. Biol. 66: 785–798. doi.org/10.1111/fwb.13678
Turunen J., Marttila H., Kämäri M., Saari M., Heikkinen K., Postila H., Koljonen S.
2019. Kiintoaineen eroosio ja sedimentaatio virtavesissä - luonnollisesta prosessista virtavesien ongelmaksi. Suomen ympäristökeskuksen raportteja 46/2019.
Suomen Ympäristökeskus, Helsinki, 76 s.
Van Sickle J., Baker J., Herlihy A., Bayley P., Gregory S., Haggerty P., Ashkenas L.
& Li J. 2004. Projecting the biological condition of streams under alternative scenarios of human land use. Ecol. Appl. 14: 368-380.
Vinson M.R. & Hawkins C.P. 1998. Biodiversity of stream insects: Variation at local, basin, and regional scales. Annu. Rev. Entomol. 43: 271–293.
Vuori K.-M., & Joensuu I. 1996. Impact of forest drainage on the macroinvertebrates of small boreal headwater stream: Do buffer zones protect lotic biodiversity?
Biolog. Conserv. 77: 87–95.
Vuori K.-M., Bäck S., Hellsten S., Karjalainen S.-M., Kauppila P., Lax H.-G., Lepistö L., Londesborough S., Mitikka S., Niemelä P., Niemi J., Perus J., Pietiläinen O.-P., Pilke A., Riihimäki J., Rissanen J., Tammi J., Tolonen K., Vehanen T., Vuoristo H. & Westberg V. 2006. Suomen pintavesien tyypittelyn ja ekologisen luokittelujärjestelmän perusteet. Suomen ympäristö 807. Suomen ympäristökeskus, Helsinki. 151 s.
Vörösmarty C.J, Green P., Salisbury J. & Lammers R.B. 2000. Global water resources:
vulnerability from climate change and population growth. Science 289, 284–
288.
Vörösmarty C.J., McIntyre P.B., Gessner M.O., Dudgeon D., Prusevich A., Green P., Glidden S., Bunn S.E., Sullivan C.A., Liermann C.R. & Davies P.M. 2010.
Global threats to human water security and river biodiversity. Nature 467: 555-561.
Wagenhoff A., Townsend C.R. & Matthaei C.D. 2012. Macroinvertebrate responses along broad stressor gradients of deposited fine sediment and dissolved nutrients: a stream mesocosm experiment. J. Appl. Ecol. 49: 892–902.
Waters T.F. 1995. Sediment in streams: Sources, biological effects and control. American Fisheries Society.
Williams C.B. 1964. Patterns in the balance of nature. Academic Press, London, UK.
Wright J.F., Sutcliffe D.W. & Furse M.T. 2000. Assessing the biological quality of fresh waters: RIVPACS and other techniques. Freshwater Biological Association, Ambleside.