ERIKOISNÄYTÖS JÄRVEN TARINASTA

Lammin biologisen aseman Ympäristötutkimuksen Säätiö järjesti erikoisnäytöksen Suomen katsotuimmasta dokumenttielokuvasta ”Järven tarina” Hämeenlinnan Verkatehtaan Bio Rexissä 17.8.2016. Säätiön varainkeruutilaisuutena järjestettyyn näytökseen oli kutsuttu käsikirjoittaja/ohjaaja/tuottaja Marko Röhr kertomaan elokuvasta ja vastaamaan katsojien kysymyksiin sen teosta. Moni liki 150 katsojasta kommentoi, että Marko Röhrin kertomukset toivat syvyyttä itse elokuvaan ja olivat oivallinen lisä elokuvanautintoon. Erityisen mielenkiintoisia olivat elokuvan tekemisen aikana ilmenneet monenlaiset vaikeudet ja suuri työmäärä. Yli 700 tunnista materiaalia oli kerätty helmet 76 minuuttiseen dokumenttiin. Paljon loistavaa materiaalia oli kuulemma jäänyt pois. Katsojat saivat kuulla, että parhaita paloja elokuvan ulkopuolelle jääneestä materiaalista tullaan näkemään tulevaisuudessa televisiosta lyhyinä teemapätkinä. Jäämme innolla odottamaan.

Näin kuvasivat elokuvakokemustaan Voglia Oy:n näytökseen kustantamat Lammin lukion abiturientit:

”Järven tarina dokumentti yllätti kaikki positiivisesti sen elokuvamaisuudellaan ja uskomattoman kauniilla kohtauksilla. Dokumentissa oli kaunis musiikki ja ihana iltasatumainen tarina vedenkierrosta. Järven tarinaa katsoessa ei välillä edes uskonut, että se kaikki on kuvattu Suomessa. Sillä se oli niin hienosti kuvattu ja toteutettu puhumattakaan upeista maisemista. Dokumentissa oli saatu kuvattua asioita mitä ei tule todennäköisesti näkemään itse, esimerkiksi mädin kehittyminen ja rupisammakoiden painiminen. Lisäksi dokumentissa oli paljon söpöjä ja hauskoja kohtauksia, kuten majavat, kuutit ja saukon leikki. Dokumentista todella oppi uusia asioita. Kaiken kaikkiaan dokumentti oli loistava ja upea.”

Janne Sundell

Säätiön asiamies

Beavers and beetles: studying how a wetland species influences forest beetles

Window traps are emptied out once a
 month so it is important to
attach them firmly to tree trunks. ©Mia Vehkaoja

My PhD research looks at how beavers affect forest beetle populations. I have several research questions: do beaver-induced flood zones have different beetle species assemblages than other areas, do the increased moisture and sunlight conditions in the flood zone affect species assemblage, and do beaver areas advance or hinder potential forest pests or protected species. I have also looked into the dead wood dynamics that beavers create at the flood zones, concluding that beavers are a primary disturbance agent of boreal wetlands. Their actions produce copious amounts of dead wood in boreal forests that are currently highly managed and have consequently become scarce in dead wood, which is necessary for many species of insects, fungi, birds, and even mammals. The dead wood created by beavers is also highly diverse, which therefore maximizes the number of deadwood-dependent species facilitated by beavers. The flooding caused by the species produce e.g. snags and deciduous dead wood, which are especially scarce in the boreal region.

My research combines a game species with widespread effects on its surroundings, and forest beetles, several species of which have become scarce and require protection. Beaver-induced flooding and the species’ habit of felling tree trunks may locally disturb forest owners, but my study is looking into whether beavers’ actions facilitate or disturb forest pests. Combining game and insect research is cool, and generates new information on which to base decision-making for future protection measures, beaver population management, and even for using beavers as a natural tool for restoring degraded wetlands and forests.

Window traps are good for collecting
forest invertebrates. ©Sari Holopainen

Studying insects is interesting yet challenging. Determining individuals to the species level nearly always requires capturing them first, although some species, such as the birch bark beetle (Scolytus ratzeburgi), can be identified by the unique pattern they leave on tree trunks. During the last three years I have used window traps to gather my insect data. The data have been collected from eight sites located at Evo and Isojärvi National Park. Beavers have previously been present at five of the sites, while three sites are controls that are unsuitable for beaver habitation due to certain environmental factors, e.g. not enough deciduous trees. I have a total of 120 traps spread out at the sites, so every summer I collect about 600 samples.

Window traps are widely used for determining the insect assemblages of sites. They are very simple to use: the trap is attached to a tree trunk or set to hang between two trees. Insects crawl or fly into the plastic plexiglas frame and then fall through the funnel into a liquid-filled container at the bottom. The container is filled halfway with water, dishwashing fluid, and salt. The dishwashing fluid prevents the insects from regaining flight, consequently drowning them. The salt helps preserve the insects until the trap is emptied out, which happens about once a month.

After the trap container has been emptied the gathered sample is sifted through using tweezers and a microscope, to separate the insect groups that I am interest in. Next the individuals are determined to the necessary level. Sometimes determining the family level is enough, but if making conservation decisions or gaining new information on certain species is the goal, it is usually necessary to determine individual insects to the species level. How this is done depends on the order in question, e.g. beetles are often recognized by their ankles and genitals. Species, genera, and families are determined using identification keys. The summer of 2016 was the last summer that I collected data for my PhD, so now I can focus on identifying the beetle samples. Once this is complete I can begin statistically analyzing the data. 

University of Helsinki PhD student Stella Thompson is a 2015 LBAYS grant recipient

Thermal melanism in the Glanville fritillary butterfly (Melitaea cinxia)

Melanin production in animals has been associated to a number of advantages spanning from UV light protection to a better ability to camouflage or produce warning coloration patterns. The most commonly proposed hypothesis to explain such phenomenon is related to the better ability of darker individuals to absorb and retain heat, and is known as “thermal melanism”. The thermal melanism hypothesis is associated in particular to organisms with a limited ability to thermoregulate, as ectotherms, whose fitness is tightly dependent on climatic conditions. Ectotherms living in cold climates are expected to show a high degree of phenotypic plasticity in order to better adapt to stringent environmental conditions.

In insects, melanin is not only related to the pigmentation of the surface of body parts, but is also released in the hemolymph as a key component of immune response. In fact, when the insect cuticle is breached via wounding or parasitism the phenoloxidase enzymatic pathway is activated and melanin is produced in order to neutralize foreign bodies entering the hemolymph. The activation of insect immunity, and in particular melanin production, has been shown to be a costly process, hence trade-offs between investment in immunity and other fitness-related traits can be expected when the conditions are not optimal.

I wanted to test the thermal melanism hypothesis on the Glanville fritillary butterfly (Melitaea cinxia), for which the northernmost limit of its distribution range is located in the Åland islands. Adults of the Glanville fritillary are observed to fly actively in conditions of full sun and temperatures above 18-20°C. However, when temperatures are lower and the sun is absent they are incapable of moving and performing their activities. In addition, a great variation in the wing pigmentation has been described, hence they are expected to be plastic. To test the plasticity of wings, I have exposed pupae to either a cold or control treatment, took photographs of adult wings and measured their darkness in a series of experiments performed in the spring of 2015 and 2016 at the Lammi biological station.

Furthermore, I was also interested in the connection between melanin allocation to wing patterns and the ability to produce melanin in the hemolymph as a key component of immunity. In order to test this, I collected hemolymph samples of control and previously cold exposed adults and measured the activity of the phenoloxidase enzyme. Finally, to test the costs associated to melanin production I infected control and cold exposed butterflies with a bacterial solution, and assessed lifespan.

Preliminary data show that cold exposed pupae resulted in adults with darker wings, indicating that they are able to modulate melanin allocation to wings in response to thermal conditions. In addition, exposure of pupae to a milder cold treatment still resulted in darker adults, but only in females, which in standard conditions are paler than males. This indicates that wings of the Glanville fritillary are highly plastic, and potentially supports the thermal melanism hypothesis. Contrary to my expectations, the production of phenoloxidase in the hemolymph was higher in adults that had been exposed to the cold conditions, suggesting that there is no trade-off in the allocation of melanin between wing patterns and immune defense. Moreover, the condition of females seemed not to be affected by cold nor bacterial infection, since the lifespan data did not significantly differ among treatment groups. Males showed a similar response, except for the ones that experienced both cold exposure and bacterial infection, for which we observe a significantly lower lifespan. Based on these data, the upregulated phenoloxidase production of cold exposed individuals did not seem to improve the ability to survive or fight infections, but instead it seems associated to a lifespan cost in males.

In order to elucidate the adaptive value of darker butterflies, and demonstrate or reject the thermal melanism hypothesis, I carried out another experiment in a large outdoor enclosure at the Lammi biological station in summer 2016. I measured traits as heat absorption capacity with a thermal image camera, as well as flight ability and reproductive success of cold exposed butterflies to pinpoint potential advantages in terms of dispersal or fitness traits. I am looking forward to the exciting results!

Elena Rosa is a University of Helsinki PhD student and 2015 grant recipient

TUULEN VIEMÄÄ JA HYÖNTEISTEN SYÖMÄÄ

Kansainvälisten lahopuutapaamisen (Dead Wood Meeting) kakkospäivänä Lammin biologisella asemalla käsiteltiin muun muassa kirjanpainajan massaesiintymiä sekä ovelia menetelmiä, joilla lahottajasienet levittävät itiöitään.

Panu Halmeen ryhmä Jyväskylän yliopistosta oli selvittänyt yhteistyössä Helsingin yliopiston Veera Norroksen kanssa, missä kuolleen puun osissa eri kääpälajit elävät ja miten ne sieltä levittävät itiöitään. Yöllä ja kostealla säällä itiöitä lentelee tiuhaan mutta sateella vähemmän. Vaihtelua on vuosittain.

Jos itiöt ovat isoja, niitä on vähemmän. Myös itiöiden määrä oli saatu selville: isoimmat käävät tuottavat vuodessa vain yhden millilitran itiöitä. Kuulostaa vähältä, mutta samaa luokkaa lienee ihmismiestenkin siementuotanto. 

Tomáš Přívětivý Tšekin tasavallasta oli tutkinut Euroopan tärkeän puulajin pyökin lahoamisnopeutta. Lahottajien työtä nopeuttavat muun muassa lämpö, kosteus ja puun ohuus. Maassa pyökit lahosivat noin 30–50 vuodessa.

Tsekkiläinen Markéta Táborská tutki Keski-Euroopan luonnonmetsien lahopuiden sammalia eri maaston korkeuksilla. Lajikirjo oli yhtä laaja kuusi- ja pyökkimetsissä. Monipuolisin lajisto löytyi lahoamisprosessin keskivaiheilla olevista puista. 

Jonas Hagge Münchenin teknillisestä yliopistosta esitteli käytännönläheisiä kokeita lahopuun lisäämisestä metsiin sekä kuusissa elävän kirjanpainajan (Ips Typographus) massaesiintymien rajoittamisesta.

– Suojelualueilla on tärkeää säilyttää tuulenkaadot ja lahopuujatkumo. Kirjanpainajien massaesiintymien paikalliseen rajoittamiseen on löydettävissä teknis-taloudellisesti järkevä kompromissi, jolla suojeluarvot saadaan säilytetyksi, sanoi Hagge kertoessaan monialaisen BioHolz-projektin kokemuksista.

Kirjanpainajaa ehkäistiin tehokkaasti ”raapimalla” kaadetut rungot koneellisesti. Näin rungot tehtiin sopimattomiksi lajin toukille, mutta samalla säästettiin niiden viholliset ja monet muut tärkeät lahopuueliöt.

Nobuko Tuno Kanazawan yliopistolta Japanista kertoi sieniä syövistä ja niiden itiöitä levittävistä kaksisiipisistä. Esimerkiksi haisusieni houkuttelee monia lajeja itiöiden levitykseen matkimalla mätänevän hedelmän lemuja. Lattakäävän itiöiden kova kuori taas sulaa sopivasti mahlakärpästen mahassa.

Tuno päätteli sienten hyötyvän monella tapaa siitä, että hyönteiset levittävät niiden itiöitä. Osa itiöemistä on todennäköisesti kehittynyt juuri hyönteislevitykseen sopiviksi.

Polyanina Kristina Pietarista kertoi hollanninjalavataudin ekologiasta ja siihen liittyvien sukkulamatojen ja kovakuoriaisten rooleista.

Lopuksi Panu Halme kertoi sienistä biodiversiteetin indikaattoreina vanhoissa metsissä. Halme pohti perusteellisesti, millaiset lajit ylipäätään sopivat indikaattoreiksi. Indikaattorilajin tulee olla helppo löytää ja tunnistaa, ja sen tulee olla vankka todiste ympäröivän luonnon arvosta ja lajiston monipuolisuudesta.

Dead Wood Meetingin jatkona Lammilla pidettiin alaan johdattava nelipäiväinen kurssi.

http://blogs.helsinki.fi/deadwoodmeeting/

Teksti: Auli Kilpeläinen

KAARNAN ALLA KUHISEE

Vanha luonnonmetsä näyttää hiljaiselta, mutta kaarnan alla kuhisee.

Myös alan tutkimus ja opetus on vauhdissa.

Nelisen vuotta sitten käynnistynyt pohjoismaalais-venäläinen lahopuuverkosto kokoontuu säännöllisesti pohtimaan ötököiden, sienten ja muiden lahopuueliöiden yhteistyötä.

Tänä vuonna verkosto järjestää kolme tapahtumaa uusimpien tutkimusten, kääpien ja tiedonhallinnan tiimoilta. Päätapahtuma Dead Wood Meeting http://blogs.helsinki.fi/deadwoodmeeting/  ja alan kurssi pidettiin Lammin biologisella asemalla elokuun toisella viikolla.

Tilaisuuden veti venäläistaustainen Dmitry Schigel joka työskentelee Tanskassa avointa luontotietoa kokoavassa järjestössä Global Biodiversity Information Facility. Schigelin sanoin deadwood eli lahopuu on ”piilevän monimuotoisuuden näkyvä merkki”.

Jacob Heilmann-Clausen Kööpenhaminan yliopistosta kertoi Tanskan pyökkimetsistä, joiden puissa asustaa 400 eri sienilajia. Tämä monimuotoisuus on kuitenkin hupenemassa vanhojen metsien pirstaloituessa.

Sonja Saine Jyväskylän yliopistosta esitteli keskisuomalaisten vanhan metsän kohteiden monimuotoisuutta. 14 tutkimusalueen kuolleilta pystypuilta löytyi yhteensä 107 sienilajia, joista keskimäärin parikymmentä kultakin alueelta.

– Lajien vaihtelu kohteittain kertoo siitä, että jokaisella tutkituista alueista on harvinaisia lajeja ja joka alue on omalaatuisensa ja suojelun arvoinen, sanoo Saine.

Tsekkiläiset Vojtěch Tláskal ja Tomáš Vrška olivat tutkineet lauhkean vyöhykkeen metsien ekologiaa, erityisesti ympäristötekijöiden vaikutusten puiden elinkaareen.

Japanilainen Keiko Kitabayashi kertoi, kuinka sieniä syövät hyönteisten toukat siirtävät koteloituessaan sieni-itiöitä maan sisään, missä ne auttavat sienijuurten muodostumista. Keiko myös valokuvasi innokkaasti kaikki sienet Lammin luontopolun varrelta.

Brasilialainen, Ruotsissa toimiva Camila Duarte Ritter tutki mahdollisuutta määrittää sademetsän monimuotoisuutta paikallisten sienilajistojen avulla. Amazonin sademetsissä lajikirjon tutkimus perinteisin keinoin eli silmin nähtäviä lajeja havainnoimalla on vaikeaa, jopa vaarallista.

Ensimmäisen päivän päätti Renata Krzyściak-Kosińskan esitys Keski-Euroopan alkuperäisimmästä metsäalueesta Puolan ja Valko-Venäjän Białowieżassa. Metsä on siellä kasvanut yhtäjaksoisesti jääkaudesta lähtien ja selviytynyt monimuotoisuutensa turvin sekä luonnon että ihmisen aiheuttamista paineista.

Runsaasti lahopuuta sisältävät metsät ovat luonnon monimuotoisuuden ”hotspotteja”, joissa on erityisen rikas sieni-, kasvi- ja eläinlajisto. Lahopuu on tärkeää metsäekosysteemin toiminnalle: se parantaa maaperäoloja ja veden pidätyskykyä, ehkäisee eroosiota sekä sitoo hiiltä, ravinteita ja energiaa. Lisäksi lahopuu auttaa uusien puusukupolvien syntyä vanhaan metsään.

Päivän aikana useissa esityksissä sekä loppukeskustelussa nousi esille vaikeus tasapainottaa ihmisen välittömät tarpeet ja luonnon tarpeet, jotka usein ilmenevät pidemmällä aikavälillä.

Teksti: Auli Kilpeläinen

Pohjavesisysteemin integroiminen LBA:n ympäristönseurantajärjestelmään

Lammin biologisen aseman Ympäristötutkimuksen Säätiö myönsi apurahan Pro graduani varten vuonna 2015. Gradutyöni tarkoituksena oli tehdä taustatutkimus Lammin biologisen aseman ympäristön pohjavesi- ja maaperäolosuhteista. Helsingin yliopiston Geotieteiden ja maantieteen laitos asensi kuusi pohjavesiputkea Lammin biologisen aseman alueelle tammikuussa 2015.

Pohjavesiasemaa tullaan käyttämään akateemiseen tutkimukseen ja opetustarkoitukseen ja työhön kuului aseman toiminnan keskeisten parametrien kuvaaminen ja testaaminen. Havaintoputkia sijoitettiin sekä pohjaveden muodostumis- että purkaantumisalueille, jotta niistä saatava data kuvaisi mahdollisemman monimuotoisesti alueen pohjavesiolosuhteita. Havaintoputkien asennuksen yhteydessä otettiin maaperänäytteitä ja havainnoitiin samalla maaperän kerrosjärjestys. Näytteistä selvitettiin laboratoriossa raekokojakaumat, joiden avulla määritettiin maalajit sekä laskettiin maaperän vedenjohtavuusominaisuudet. Lisäksi maastossa arvioitiin maaperän vedenjohtavuutta slug-testin, Guelphin permeametrin, sekä imeytysrenkaan avulla. Pohjavesiputkista otettiin pohjavesinäytteitä, joista analysoitiin veden kemiallinen koostumus. Pohjavesi oli laadultaan hyvää kohonneita rauta-, mangaani- ja uraanipitoisuuksia lukuun ottamatta. pH-arvot olivat lähellä neutraalia, alkaliteettiarvot normaalit ja sähkönjohtavuus matala. Pohjaveden laadussa oli havaittavissa alueellista vaihtelua.

Havaintoputkiin asennettiin kesäkuussa vuonna 2015 jatkuvatoimiset automaattiset mittalaitteet, joiden avulla seurattiin pohjaveden pinnan korkeutta, lämpötilaa sekä yhdessä pisteessä lisäksi veden sähkönjohtavuutta.  Pinnan vaihtelua seurattiin kesän, syksyn sekä talven ajan. Pohjaveden pinnan vaihtelussa oli havaittavissa yhteys sadannan määrään. Pohjaveden pinnan korkeuden vaihtelussa oli sama trendi kaikissa putkissa.

Pohjavesiasemalta saatavan sekä jo olemassa olevan tausta-aineiston avulla arvioitiin vettä johtavien maaperäkerroksien, kallionpinnan sekä maaperän paksuuden vaihtelua alueella. Lammin pohjavesiaseman maaperä on suurimmalta osalta kivistä hiekkamoreenia, jonka päälle on kerrostunut noin 1 – 4 metrin paksuinen hienoaineskerros. Moreenikerroksien raekokojakaumat sekä vedenjohtavuusarvot vaihtelivat huomattavasti jopa samassa havaintopisteessä. Pohjavesivyöhyke esiintyy poikkeuksetta hyvin vettä johtavassa moreenikerroksessa, mutta sen paksuus ja syvyys vaihtelee. 

Linda Jalava on LBAYS:n 2015 stipendin saaja

Unlimited resource – unlimited pollution?

The world is suffocating with excess nitrogen. 78 % of air is molecular nitrogen N₂ which is in a form practically not exploitable to life. When this molecule is altered into reactive nitrogen Nr, it is a starting point of a cascade of multiple effects in our environment. Naturally, formation of reactive nitrogen happens during lightning and in biological nitrogen fixation with some leguminous plants and algae. They provide ecosystems this essential macronutrient which determines the productivity along with phosphorous. In more pristine environments, without any human influence, the amount of Nr is very low.

However, in 1909 Fritz Haber made an invention that changed the world. In order to supply nutrients desperately needed in agriculture feeding the growing human population – and into explosives industry – he presented a process that could modify molecular nitrogen into reactive form under presence of high temperature and pressure, known as Haber-Bosch process. Now, a hundred years later – the amount of Nr has doubled in the environment – mainly due to poor use efficiency of industrial fertilizers in agriculture where most of the Nr is lost to the environment. Part of the increase of Nr is based on different combustion processes in industry and transportation. Nr spreads with winds and is found in elevated amounts even in pristine environments situated hundreds or thousands of kilometers away from any human activities.

Excess Nr can have many unwanted effects to the environment as Nr is transferred sequentially through the environmental systems. Added Nr is causing eutrophication in aquatic ecosystems threatening the quality of water used in consumption, agriculture, fish production, industry and recreation. Acidification and increased productivity is resulted in massive loss of biodiversity globally. Nitrogen pollution in air manifests by producing 300-timer stronger greenhouse gas compared to CO₂ causing climate change, contributing to the production of toxic ground level ozone, and being the main cause of destruction of the protective UV-blocking ozone in stratosphere. Perhaps the most known effects to the public are the several hundred dead zones in marine environments, like in the Baltic Sea and Gulf of Mexico, and health risks like blue baby syndrome, respiratory illnesses and cancer. It seems the negative impacts are already exceeding the benefits.

The best and most efficient way of reducing nitrogen pollution would be limiting the use of industrial fertilizers and focusing in recycling the nitrogen in the form of fertilizers made from wastes and by-products. Human societies are practically wasting valuable nutrients in agriculture and wastewater treatment into waters, favoring the use of cheap industrial fertilizers. Or is it really cheap? 2 % of the world energy consumption is caused by industrial nitrogen fixation most of which is afterwards lost to the environment in agricultural practices. If we included the monetary valued negative impacts to the environment and health in the price of nitrogen fertilizers, the price would be significantly higher. The cost of health problems caused by Nr is 70 million euros/year in EU. Scientist have reached a conclusion that we have already exceeded the planetary boundaries of safe operating space in nitrogen use, in the rate of biodiversity loss and in climate change.

Even if we stopped using nitrogen fertilizers right now, the soil could be leaching Nr into the watershed for decades. The nitrogen is accumulated in the root zone of agricultural soils and released into watershed over time. If this is the case, we need much more long-term purifying capacity in the watersheds that can efficiently remove excess nitrogen from water and release it back into the atmosphere via microbial denitrification process or store it in biomass that can be recycled. Since 1990´s, constructed wetlands (CWs) have been frequently built for the purpose of catching the nutrients released by agricultural area or wastewater treatment plants. From a recycling point of view, denitrification could be criticized as a waste of nitrogen. However, as the recycling of nutrients in agriculture or in wastewater treatment cannot reach the 100 % efficiency, CWs can help to block this gap leaking into watersheds.

During the 1900s when man doubled the amount of Nr, he also drained 70% of the world´s wetlands. This was mainly because of population growth, agriculture, forestry and urbanization. With this reduction of wetlands, we have now lost much of the ecosystem services they provide. Constructed wetlands mimic the purifying processes of natural wetlands. It has been found that even moderately sized CWs can retain nutrients if built correctly near the nutrient source and have enough detention time. To promote biodiversity, CWs should have comparably large surface area.

The nitrogen crisis is not just local, but a global issue. It needs governmental policy as well as individual decision-making in everyday life. Constructed wetlands and natural wetland restoration are important part of the sustainable Green Economy.

PhD student Sari Uusheimo is a 2015 LBAYS grant recipient for her work on denitrification in constructed wetlands.