Search

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone., Häiringud on ebakorrapäraselt toimuvad sündmused, mis kutsuvad esile muutusi ökosüsteemi, koosluse või populatsioonide struktuuris ning loovad vaba ruumi uutele tulijatele. Häiringud on oluliseks looduslikke kooslusi kujundavaks teguriks põhjustades koosluste ruumilist ja ajalist muutlikkust. Elupaika kujundavad liigid muudavad keskkonnatingimusi ja toetavad suuremat liigirikkust. Doktoritöö eesmärgiks oli uurida füüsikaliste häiringute (põhjasette eemaldamine ja lisandumine, süvendustööd), häiringu toimumise aja ja elupaika kujundavate võtmeliikide (pikk merihein, söödav rannakarp jt) mõju põhjasette omadustele (orgaanilise materjali sisaldus, granulomeetriline koosseis, hapnikuvoog) ja põhjaelustiku kooslustele Läänemere põhjaosas. Pealmise settekihi eemaldamine vähendas põhjaelustiku liigirikkust ja asustustihedust, kuid ei mõjutanud orgaanilise materjali sisaldust põhjasettes. Häiringu mõju oli tugevam kevadel. Põhjaloomastiku domineerimisstruktuur taastus kiiremini kui liikide asustustihedused. Settekihi akumuleerumine ei põhjustanud olulisi muutusi põhjasette omadustes, küll aga langes meriheina eemaldamise tagajärjel liigirikkus ja põhjaorganismide asustustihedus. Meriheina eemaldamine vähendas peeneteralise fraktsiooni ja orgaanilise materjali hulka settes ja suurendas ajutiselt sette hapnikutarvet. Koloniseeriva põhjaloomastiku koosluse domineerimisstruktuur ei sõltunud koosluse esialgsest liigilisest koosseisust vaid avatusest lainetusele. Söödav rannakarp suurendas niitjate vetikate, herbivooride ja detrivooride hulka kuid vähendas mändvetikate biomassi. Rannakarbi mõju oli suurem lainetusele mõõdukalt avatud piirkonnas võrreldes lainetuse eest varjatud piirkonnaga. Ulatuslike süvendustööde mõju põhjaloomastikule oli nõrk ja koosluste taastumine oli kiire, mis näitab, et kõrge stressitaluvusega Läänemere põhjaloomastiku liigid elavad kergesti üle süvendustöödega seotud häiringud., Disturbance is mainly described as discrete event in time that disrupts ecosystem, community, or population structure, and creates opportunities for new individuals to become established. Disturbance is a key factor regulating the structure and functioning of natural communities and causing spatial and temporal heterogeneity. Most habitats are generated by the presence of a single or a few habitat-modifying species that alter local environmental conditions and support species diversity. The aim of this thesis was to study the effects of physical disturbances (sediment removal and addition, dredging activities) and habitat-modifying species (e.g. Zostera marina, Mytilus trossulus) on sediment properties (organic matter content, granulometric composition, oxygen flux) and benthic communities in the northern Baltic Sea. The removal of the upper sediment layer decreased species diversity and species’ densities but did not influence the organic matter content of sediment. The impact of disturbance was stronger in spring than in summer. The dominance structure of zoobenthos recovered faster than the densities of zoobenthos species. The addition of sediment did not cause changes in sediment organic matter content and oxygen flux. The removal of Z. marina significantly decreased diversity and density of benthic organisms, content of fine particles and organic matter, and temporarily increased the sediment oxygen consumption. The dominance structure of the colonising invertebrates depended on the wave exposure rather than on the initial composition of the invertebrate community. M. trossulus enhanced the growth of filamentous algae, herbivores, and deposit feeders and decreased the biomass of charophytes. Stronger effects of M. trossulus emerged in the moderately exposed than in the sheltered area. Large-scale dredging had weak effects on benthic invertebrates and the recovery of the communities took place within a year.

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone, Bioloogiline mitmekesisus tagab ökosüsteemi funktsioneerimise muutuvates keskkonnatingimustes. Merealade ja ranniku kasutamine inimeste poolt on aga järjest intensiivistunud ning merealad on üha suureneva inimtegevustest tuleneva surve all. Mere kaitse ja majandamise otsuste jaoks on vaja bioloogilise mitmekesisuse kaarte, kuid tavapärane proovide kogumisel põhinev metoodika ei sobi suurte merealade kaardistamiseks. Käesolevas töös modelleeriti merepõhja suurtaimestiku ja suurselgrootute liigirikkuse ruumilist levikut Eestis kasutades sisendina proovipunktipõhiseid bioloogilise mitmekesisuse andmeid ja erinevate keskkonnamuutujate kaardikihte. Kõrgeimad põhjaelustiku liigirikkuse väärtused registreeriti Lääne-Eesti saarestikus. Võimalikke muutusi põhjaelustiku liigirikkuses tuleviku kliima tingimustes hinnati samuti modelleerimise abil ja leiti, et nii taimestiku kui loomastiku liigirikkus väheneb suuremal osal Eesti merealast. Modelleeritud liigirikkuse kaardikihte kasutati mereranna geomorfoloogia ja põhjaelustiku liigirikkuse vaheliste seoste uurimiseks, mille tulemusel leiti, et ranna geomorfoloogiliste tüüpide vahel esinesid statistiliselt olulise erinevused merepõhja elustiku liigirikkuses. Arendati välja metoodika merepõhja substraadi ja elustiku kaardistamiseks kasutades sonarit, veealuseid videoid ja matemaatilist modelleerimist. Metoodika võimaldab punktipõhise kaardistamisega võrreldes kõrgema detailsusega merepõhja substraadi ja elustiku leviku kaardistamist. Lisaks töötati välja põhjaelustiku liigirikkuse ja teiste mere loodusväärtuste (põhjaelustiku liigid, linnud, hülged) levikuandmete kasutamise hõlbustamiseks mere majandamisel spetsiaalsed meetodid – merekeskkonna tundlikkuse (EVP) ja riski profiilide (ERP) kaardikihid. EVP näitab merekeskkonna potentsiaalset tundlikkust häiringutele ja ERP võimaldab kindlaks teha piirkonnad, kus oht keskkonnale on kõrgeim nii elustiku pikaajalise taastumise kui kõrge inimtegevustest tuleneva surve tõttu., Biodiversity is important for keeping marine ecosystem functionality under changing environmental conditions. The human use of marine areas is increasing worldwide and intensively used marine areas are under increasing pressures. Decrease of marine biodiversity has already taken place. Therefore, knowledge about spatial patterns of biodiversity and its connections with environmental gradients is crucial to detect and follow changes in biodiversity and to form a well-informed basis for the protection and management of marine resources. In this study, the distribution of species richness of seabed macrovegetation and macroinvertebrates was modeled in the Estonian marine area based on previous point-wise sampling data and map layers of environmental variables (water depth, salinity etc). Highest biodiversity values were detected in the western Estonia archipelago. Potential changes of species richness in the conditions of future climate change were also estimated by modeling. It was found that biodiversity of both seabed flora and fauna will probably decrease across Estonian sea area. Modeled benthic biodiversity layers were further used to test the relationships between underwater biodiversity and shore geomorphology and it was shown that differences in the benthic biodiversity values close to different geomorphological shore types exist. Methodology for mapping seabed substrate and biota using acoustic scanning (sonar), underwater video and mathematical modeling was developed. Compared to the previous point-wise mapping the new sonar- and modelling-based methodology enables mapping of seabed substrate and biota with significantly higher resolution. To facilitate the use of spatial data of biodiversity and other nature values (benthic species, seals, birds) in marine management, marine environmental vulnerability (EVP) and risk (ERP) profiles were developed. EVP identifies environmentally vulnerable areas and ERP identifies areas where environmental risks are highest., https://www.ester.ee/record=b5251349~S1

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone, Röövtoidulised suurselgrootud, peamiselt vähilaadsed, on rannikumere toitumisvõrgustikes oluliseks lüliks põhjaelustiku ja kalade vahel ning ühtlasi nad reguleerivad väiksemate selgrootute arvukust. Läänemere põhjaosas elas selle rühma esindajaid seni ainult kaks liiki – läänemere krevett (Palaemon adspersus) ja põhjamere garneel (Crangon crangon). Hiljuti lisandusid neile kohalikele liikidele kaks võõrliiki – elegantne krevett (Palaemon elegans) ja rändkrabi (Rhithropanopeus harrisii). Kohalike ja võõrliikidest röövtoiduliste suurselgrootute leviku, elupaigaeelistuste ja toitumise uurimiseks kasutati olemasolevaid põhjaelustiku leviku andmeid, spetsiaalselt uuritavatele liikidele suunatud proovide kogumist loodusest ja laborikatseid, kus rakendati muuhulgas loomade raadiomärgistamist. Võõrliigist kreveti levik oli ulatuslikum kui kohalike krevettide levik. Võõrliik oli kohalike krevettidega võrreldes enam seotud elupaikadega, millele on iseloomulikud etrofeerumise tunnused (kõrge toitainete kontsentratsioon, lühiealiste niitjate vetikate suur hulk). Krevettide toitumisuuringud näitasid, et uuritud Palaemon liikide toitumisintensiivsus ja toidu kooseis ei erinenud. Seega on kohaliku ja võõrkreveti roll rannikumere toiduvõrkudes sarnane, ent võõrliik võib troofilisi suhteid ümber kujundada piirkondades, kus kohalikud krevetid puuduvad. Kõige kitsama elupaigakasutusega oli põhjamere garneel ja Palaemon liikidest oli võõrliigi P. elegans spetsialiseerumise tase mõnevõrra kõrgem kui kohalikul liigil. R. harrisii eelistas põisadruga (Fucus vesiculosus) elupaika mis viitab sellele, et põisadruga elupaik pakub krabile aastaringset stabiilset elupaika ja et mitmekesine põhjakooslus võib saada seetõttu krabidest oluliselt mõjutatud. Doktoritöö tulemused näitasid, et elupaikade iseloom ja seisund mõjutab kohalike ja võõrliikide levikumustreid ning võõrliikidest selgrootute kiskjate saabumine ja kiire levila laienemine Läänemere põhjaosas toovad kaasa täiesti uue ökoloogilise funktsiooni (suuremõõtmeline kiskja) või juba varem regionaalselt esinenud funktsiooni leviku piirkondadesse, kus see varem puudus., Decapod crustaceans, such as crabs and shrimps play an important role in coastal ecosystems as they prey on small benthic invertebrates and at the same time they are an important food item for fishes. Until recently, this group of macroinvertebrates consisted of only a few species in the northern Baltic Sea, including only two species of native shrimps – Crangon crangon and Palaemon adspersus. However, very recently two non-native crustacean predators arrived – the shrimp Palaemon elegans and the crab Rhithropanopeus harrisii. Data from available databases were used together with field sampling and laboratory experiments (incl. radio frequency positioning technology) to describe the geographical distribution, habitat selection, and feeding of native and invasive predatory crustaceans in the coastal areas of the northern Baltic Sea. The distribution of the non-native P. elegans was wider than that of native species. P. elegans was associated with lower salinity, higher concentrations of nutrients and higher proportions of ephemeral filamentous algae, relative to P. adspersus. According to results of the experiment on feeding activity, P. elegans performs a similar role in the coastal food web as the native congener, although it may rearrange trophic interactions and introduce new ecological function in the most eutrophicated areas previously lacking any native shrimp. Among the studied shrimps, C. crangon had the highest habitat specialization. The non-native P. elegans showed slightly higher habitat specialization compared to the native P. adspersus. The invasive crab R. harrisii preferred habitats with bladder wrack where the diverse native community may become heavily impacted by this novel large-bodied predator. This thesis showed that the successful establishment of non-native predatory invertebrates can introduce new ecological functions (large-bodied predators) or considerably strengthen already existed ones, while the heterogeneity of habitats has varying effects on the distribution patterns of native and invasive species.

The relationship between biodiversity and stability of marine benthic assemblages was investigated through meta-analyses using existing data sets (n = 28) covering various spatial (m-km) and temporal (1973-2006; ranging from 5 to >250 months) scales in different benthic habitats (emergent rock, rock pools and sedimentary habitats) over different European marine systems (North Atlantic and western Mediterranean). Stability was measured by a lower variability in time, and variability was estimated as temporal variance of species richness, total abundance (density or % cover) and community structure (using Bray-Curtis dissimilarities on species composition and abundance). Stability generally decreased with species richness. Temporal variability in species richness increased with the number of species at both quadrat (

The project was carried out within the framework of the MarBEF Network of Excellence ‘Marine Biodiversity and Ecosystem Functioning’ which was funded by the Sustainable Development, Global Change and Ecosystems Programme of the European Community’s Sixth Framework Programme (contract no. GOCE-CT-2003-505446). Additional funding was provided by participating institutions and the Irish Research Council for Science, Engineering and Technology. Ecosystems are under pressure from multiple human disturbances whose impact may vary depending on environmental context. We experimentally evaluated variation in the separate and combined effects of the loss of a key functional group (canopy algae) and physical disturbance on rocky shore ecosystems at nine locations across Europe. Multivariate community structure was initially affected (during the first three to six months) at six locations but after 18 months, effects were apparent at only three. Loss of canopy caused increases in cover of non-canopy algae in the three locations in southern Europe and decreases in some northern locations. Measures of ecosystem functioning (community respiration, gross primary productivity, net primary productivity) were affected by loss of canopy at five of the six locations for which data were available. Short-term effects on community respiration were widespread, but effects were rare after 18 months. Functional changes corresponded with changes in community structure and/or species richness at most locations and times sampled, but no single aspect of biodiversity was an effective predictor of longer-term functional changes. Most ecosystems studied were able to compensate in functional terms for impacts caused by indiscriminate physical disturbance. The only consistent effect of disturbance was to increase cover of non-canopy species. Loss of canopy algae temporarily reduced community resistance to disturbance at only two locations and at two locations actually increased resistance. Resistance to disturbance-induced changes in gross primary productivity was reduced by loss of canopy algae at four locations. Location-specific variation in the effects of the same stressors argues for flexible frameworks for the management of marine environments. These results also highlight the need to analyse how species loss and other stressors combine and interact in different environmental contexts. Publisher PDF