Factors contributing to the spatial variation of stream communities in boreal and tropical regions

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-2942-0
Title: Factors contributing to the spatial variation of stream communities in boreal and tropical regions
Author: Jyrkänkallio-Mikkola, Jenny
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Geosciences and Geography
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Belongs to series: Helsingin yliopisto, matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta, geotieteiden ja maantieteen laitos - URN:ISSN:1798-7911
Abstract: Freshwaters harbour disproportionally high biodiversity in relation to their area. Yet, they are among the most threatened ecosystems on Earth due to the increasing anthropogenic pressures. The ongoing climate change and Holocene extinctions give rise to an increasing need for conservation efforts in order to avoid future species losses. Successful conservation attempts require a comprehensive understanding how species and communities are distributed in space and time. There are notable gaps in the knowledge of diversity gradients of hyperdiverse microbes and invertebrates, and this knowledge gap is more pronounced in the tropics. This thesis seeks to 1) investigate the effects of local environmental, catchment characteristics, spatial and climatic factors on stream communities across sites and catchments; 2) examine benthic diatom diversity patterns and the underlying factors within and among streams and stream orders; 3) examine the effect of environmental heterogeneity on benthic diatom beta diversity and; 4) compare the diversity patterns of stream diatoms and insects between boreal and tropical regions. To accomplish these aims, microbial and insect communities were collected from boreal and tropical regions and the underlying causes of community spatial variation were investigated using advanced statistical methods. The thesis demonstrated that stream communities are driven by a range of factors acting on multiple spatial scales. Water chemistry, stream physical variables, biotic interactions, land use, spatial and climatic factors contributed to the variation in stream community composition and taxonomic richness. Diatom community composition exhibited significant within- and among-stream variation at intermediate spatial scales, which has relevance for biomonitoring using diatoms. Headwater streams exhibited higher beta diversity and harboured regionally unique diatom communities, which encourages the conservation of headwater streams. It was further demonstrated that environmental heterogeneity promotes diatom beta diversity, which emphasizes the role of habitat heterogeneity in sustaining diverse communities. Somewhat surprisingly, diatom species richness was not higher in the tropics than in the boreal study region, and a notable number of diatom species were found from both regions. This implies that diatoms may not follow the traditional global latitudinal diversity gradient and further suggests that some diatom species exhibit global distributions. Insect genus richness was slightly higher in the tropics than in the boreal study region, whereas insect abundance was significantly higher in the boreal than the tropical region. The large within-region variation in insect genus richness and abundance may be more strongly driven by factors operating at regional scale than by the region itself, further suggesting that streams exhibit uniqueness and do not fit well into predefined categories based purely on latitude. In summary, this thesis increases knowledge of the underlying variables affecting stream community variation. Further, biomonitoring and conservational efforts may benefit from the identified factors contributing to regional stream diversity. Finally, this thesis increases knowledge and understanding of the similarities and differences of stream communities across regions.Makeiden vesien kokonaispinta-alaan suhteutettuna niiden eliöstö on hyvin monimuotoinen. Väestönkasvun makeisiin vesiin kohdistama paine asettaa ne maapallon uhatuimpien ekosysteemien joukkoon. Ilmastonmuutos ja kuudes joukkosukupuutto korostavat suojelutoimien lisäämisen tarvetta tulevien sukupuuttojen välttämiseksi. Onnistuneet suojelutoimet vaativat kattavaa ymmärrystä lajien ja yhteisöjen maantieteellisestä levinneisyydestä. Mikroskooppisisten eliöiden ja selkärangattomien levinneisyyteen liittyvä tutkimus on ollut vähäistä verrattuna suurempiin eliöihin ja erityisen vähän näihin eliöihin kohdistuvia tutkimuksia on tehty tropiikissa. Tämän väitöskirja pyrkii 1) selvittämään paikallisten ympäristötekijöiden, maankäytön, spatiaalisten- ja ilmastotekijöiden vaikutusta virtavesien eliöyhteisöihin purojen sisällä ja niiden välillä; 2) tutkimaan pohjan piilevien monimuotoisuuden säännönmukaisuuksia ja niihin vaikuttavia tekijöitä erityyppisissä ja -kokoisissa virtavesissä; 3) tutkimaan ympäristötekijöiden heterogeenisyyden vaikutusta pohjan piilevien beta-diversiteettiin ja; 4) vertailemaan virtavesien pohjan piilevien ja selkärangattomien pohjaeläinten monimuotoisuuden säännönmukaisuuksia boreaalisilla ja trooppisilla alueilla. Näitä tavoitteita varten boreaaliselta ja trooppiselta alueelta kerättiin kattava mikroeliö- ja vesihyönteisaineisto, jonka jälkeen näiden yhteisöjen spatiaalisen vaihtelun taustalla olevia syitä tutkittiin monipuolisilla tilastotieteellisillä menetelmillä. Tämä väitöskirja osoitti, että virtavesiyhteisöihin vaikuttaa suuri määrä eri mittakaavoilla toimivia tekijöitä. Vesikemia, virtaveden fysikaaliset ominaisuudet, bioottiset vuorovaikutukset, maankäyttö sekä spatiaaliset- ja ilmastotekijät vaikuttivat virtavesien yhteisörakenteeseen ja lajirunsauteen. Piilevien yhteisörakenteessa havaittiin suurta vaihtelua purojen sisällä ja välillä, mikä tulee ottaa huomioon piileviä käyttävissä biomonitorointiohjelmissa. Etenkin latvapurojen piileväyhteisöjen lajisto oli hyvin ainutlaatuista ja piilevien beta-diversiteetti oli latvapuroissa suurempaa, kuin suurissa joissa. Tämä tulos korostaa latvapurojen suojelun merkitystä. Ympäristötekijöiden heterogeenisyys kasvatti piilevien beta-diversiteettiä, mikä puolestaan korostaa elinympäristön heterogeenisyyden merkitystä yhteisöjen monimuotoisuudelle. Piilevien lajirunsaus ei ollut trooppisella alueella boreaalista aluetta suurempi ja suuri määrä piilevälajeja löydettiin molemmilta alueilta. Tämä tulos viittaa siihen, ettei piilevien lajimäärä välttämättä noudata perinteistä leveysasteen mukaista gradienttia, jonka mukaan lajimäärä kasvaisi navoilta päiväntasaajalle siirryttäessä. Lisäksi tulos tukee näkemystä, jonka mukaan joidenkin piilevälajien levinneisyys on maailmanlaajuinen. Hyönteissukujen määrä oli jonkin verran suurempi tropiikissa kuin boreaalisella alueella, kun taas yksilömäärä oli huomattavasti suurempi boreaalisella alueella. Alueen sisäinen vaihtelu hyönteissuku- ja yksilömäärissä saattaa aiheutua enemmän alueellisista ympäristötekijöistä kuin alueesta itsestään, mikä viittaa siihen, että virtavedet ovat ominaispiirteiltään ainutlaatuisia, eivätkä välttämättä sovi leveysasteen mukaisiin keinotekoisiin ryhmiin. Väitöskirja lisäsi tietämystä virtavesien eliöyhteisöjen vaihteluun vaikuttavista tekijöistä. Alueelliset biomonitorointi- ja suojelutoimet saattavat hyötyä tunnistetuista virtavesien monimuotoisuuteen vaikuttavista päätekijöistä. Väitöskirja myös edisti virtavesiyhteisöjen alueiden välisten erojen ja samankaltaisuuksien ymmärtämystä.
URI: URN:ISBN:978-951-51-2942-0
http://hdl.handle.net/10138/231274
Date: 2018-02-09
Subject:
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
factorsc.pdf 12.71Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record