Trait-based selection and plant communities in high-latitude ecosystems

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6530-5
Title: Trait-based selection and plant communities in high-latitude ecosystems
Author: Happonen, Konsta
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Geosciences and Geography
Doctoral Programme in Wildlife Biology
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2020-10-20
Language: en
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6530-5
http://hdl.handle.net/10138/319025
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: According to theory, the functional traits of species dictate how environmental selection affects them, and also the functioning of ecosystems that those species form. However, we lack a general understanding about how exactly environmental selection affects the trait composition of communities, and consequently, ecosystem functions. In this thesis, I study how the effects of environmental selection manifest in the functional composition of field-layer plant communities in the tundra and in boreal forests. My aims are 1) to sharpen our understanding about the effects of trait-based selection on plant communities by accounting for the microenvironment in models of trait composition, 2) to elucidate the effects of that selection on tundra carbon cycling, and 3) to reveal how forestry and reindeer husbandry, two forms of human land use, modulate long-term vegetation changes by favouring certain trait combinations over others. The study areas span four tundra landscapes in Finnish Lapland, Greenland, Svalbard, and the southern Indian Ocean, and hundreds of herb-rich boreal forest patches in Northern Finland. I use linear modelling to study how the results of vegetation surveys, visual, sensor-based and laboratory measurements of traits and the environment, and carbon flux chamber measurements relate to each other. My results suggest the following. 1) The environment strongly determines the functional composition of plant communities when accounting for microenvironmental conditions. Warm, ungrazed and unshaded conditions favor larger plants. Leaf traits that confer fast returns on invested resources are favoured in conditions of high soil resource availability, in ungrazed areas, and in the shade. 2) In the tundra, communities consisting of larger plants cycle carbon more rapidly and have larger above-ground carbon stocks. Communities with “fast” leaf traits also cycle carbon with higher intensity, but they have lower above-ground carbon stocks than communities with “slow” leaf traits. 3) In boreal forests, forestry modifies the functional composition of understory communities by decreasing the amount of light in the long term. While forestry seems to accelerate vegetation change, reindeer husbandry could be seen to counteract it by inhibiting the growth of average plant size observed in areas without reindeer. These results show that the functional traits of plants dictate how they are affected by environmental selection pressures. The effects of this selection are consistent at the community level across locations up to 15000 km apart. Furthermore, human land use is an important control of the functional composition of communities alongside natural environmental variation. This information will be useful in predicting which species will suffer and which benefit from global change, and what will be the consequences for ecosystem functioning.Lajeja on miljoonia ja jokainen niistä elää rajallisella alueella. Tutkijat tarvitsevat keinoja yleistää yksittäisiä lajeja koskevat tiedot käyttökelpoisiksi muiden lajien tutkimiseen. Yleistää voi esimerkiksi eliöiden mitattavien ominaisuuksien pohjalta. Voidaan esimerkiksi kysyä, onko jokin elinympäristö yhtä hyvä suurille ja pienille lajeille. Väitöskirjassani tutkin, voidaanko kasvilajien ominaisuuksia käyttää ennustamaan niiden suosimia elinympäristöjä ja vaikutusta ekosysteemitoimintoihin. Väitöskirjani tutkimusalueet ovat neljä tundramaisemaa Lapissa, Grönlannissa, Huippuvuorilla ja eteläisellä Intian valtamerellä, sekä lehtolaikuissa Pohjois-Suomen metsissä. Ilmastonmuutos ja ihmisen maankäyttö aiheuttavat nopeita ympäristömuutoksia näillä alueilla. Jos ymmärtäisimme, millaisia lajeja muuttuneet ympäristöt suosivat, voisimme ennustaa nykyistä paremmin tulevaisuuden kasvillisuuden koostumuksen. Tutkimukseni osoittavat, että kokoakseli ja lehtitalousspektri säätelevät lajeille suotuisia elinympäristöjä niin tundralla kuin metsissäkin. Lämpimät, valoisat ja laiduntamattomat ympäristöt ovat hyviä suuriksi kasvaville lajeille. Rehevät, varjoisat ja laiduntamattomat ympäristöt taas suosivat “sijoittajalajeja”, eli lajeja jotka laittavat kaikki resurssinsa peliin nopeiden voittojen toivossa. Tätä lajien ominaisuuksien säätelemää lajiston valikoitumista voidaan käyttää ennustamaan ekosysteemien muutosta. Ihmisen aiheuttamat ilmaston ja maankäytön muutokset ovat jo vaikuttaneet tundran ja boreaalisten metsien kasvillisuuteen ja ekosysteemitoimintoihin, ja muutokset tulevat jatkumaan. Lämpimämmissä olosuhteissa suuret kasvit syrjäyttävät pienemmät. Ihmisen muokkaamat rehevät metsät ovat varjoisempia kuin luonnontilaiset, mikä suosii sijoittajalajeja säästäjien kustannuksella. Toisaalta kasvaneet porotiheydet poronhoitoalueella saattavat hidastaa kasvillisuusmuutoksia viemällä suurilta kasveilta niiden valintaedun. Lajien ominaisuuksia voidaan siis käyttää ennustamaan niiden ympäristövaatimuksia ja vaikutusta ekosysteemitoimintoihin. Ominaisuudet ovat yhteisiä suureita, joiden avulla yksittäisten lajien vuorovaikutussuhteet ympäristönsä kanssa voidaan tehdä vertailukelpoisiksi. Tämä tieto on mielenkiintoista itsessään, mutta on myös hyödyksi lajien suojelun suunnittelussa sekä globaalimuutoksen seurausten ennustamisessa ekosysteemien toiminnalle.
Subject: luonnonmaantiede
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
happonen_konsta_dissertation_2020.pdf 2.418Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record