Distribution of non-biting midges (Diptera, Chironomidae) in subarctic lakes of Finnish Lapland applications in lake classification and palaeolimnology

Climate change contributes directly or indirectly to changes in species distributions, and there is very high confidence that recent climate warming is already affecting ecosystems. The Arctic has already experienced the greatest regional warming in recent decades, and the trend is continuing. However, studies on the northern ecosystems are scarce compared to more southerly regions. Better understanding of the past and present environmental change is needed to be able to forecast the future. Multivariate methods were used to explore the distributional patterns of chironomids in 50 shallow (≤ 10m) lakes in relation to 24 variables determined in northern Fennoscandia at the ecotonal area from the boreal forest in the south to the orohemiarctic zone in the north. Highest taxon richness was noted at middle elevations around 400 m a.s.l. Significantly lower values were observed from cold lakes situated in the tundra zone. Lake water alkalinity had the strongest positive correlation with the taxon richness. Many taxa had preference for lakes either on tundra area or forested area. The variation in the chironomid abundance data was best correlated with sediment organic content (LOI), lake water total organic carbon content, pH and air temperature, with LOI being the strongest variable. Three major lake groups were separated on the basis of their chironomid assemblages: (i) small and shallow organic-rich lakes, (ii) large and base-rich lakes, and (iii) cold and clear oligotrophic tundra lakes. Environmental variables best discriminating the lake groups were LOI, taxon richness, and Mg. When repeated, this kind of an approach could be useful and efficient in monitoring the effects of global change on species ranges. Many species of fast spreading insects, including chironomids, show a remarkable ability to track environmental changes. Based on this ability, past environmental conditions have been reconstructed using their chitinous remains in the lake sediment profiles. In order to study the Holocene environmental history of subarctic aquatic systems, and quantitatively reconstruct the past temperatures at or near the treeline, long sediment cores covering the last 10000 years (the Holocene) were collected from three lakes. Lower temperature values than expected based on the presence of pine in the catchment during the mid-Holocene were reconstructed from a lake with great water volume and depth. The lake provided thermal refuge for profundal, cold adapted taxa during the warm period. In a shallow lake, the decrease in the reconstructed temperatures during the late Holocene may reflect the indirect response of the midges to climate change through, e.g., pH change. The results from three lakes indicated that the response of chironomids to climate have been more or less indirect. However, concurrent shifts in assemblages of chironomids and vegetation in two lakes during the Holocene time period indicated that the midges together with the terrestrial vegetation had responded to the same ultimate cause, which most likely was the Holocene climate change. This was also supported by the similarity in the long-term trends in faunal succession for the chironomid assemblages in several lakes in the area. In northern Finnish Lapland the distribution of chironomids were significantly correlated with physical and limnological factors that are most likely to change as a result of future climate change. The indirect and individualistic response of aquatic systems, as reconstructed using the chironomid assemblages, to the climate change in the past suggests that in the future, the lake ecosystems in the north do not respond in one predictable way to the global climate change. Lakes in the north may respond to global climate change in various ways that are dependent on the initial characters of the catchment area and the lake.

Ilmastonmuutos vaikuttaa monella tavalla lajien jakautumiseen. On hyvin todennäköistä, että viimeaikaiset muutokset ovat jo vaikuttaneet niiden elinympäristöihin. Arktisten alueiden on viime vuosikymmeninä havaittu lämmenneen eniten. Pohjoisten alueiden elinympäristöistä on kuitenkin varsin vähän tutkimustietoa verrattuna eteläisempiin alueisiin. Jotta voisimme paremmin ennustaa tulevaa ympäristömuutosta, meidän on ymmärrettävä myös menneiden aikojen muutoksia, ja nyt meneillään olevaa muutosta. Monimuuttujamenetelmien avulla selvitettiin surviaissääskien jakautumista 50 matalassa (≤ 10m) järvessä suhteessa 24 ympäristömuuttujaan Pohjois-Fennoskandiassa boreaalisen ja arktisen alueen välisellä vaihettumisvyöhykkeellä. Korkeimmat lajistorikkaudet havaittiin noin 400 m korkeudella merenpinnasta sijaitsevissa järvissä. Merkittävästi suppeampi lajisto löytyi kylmistä tundrajärvistä. Järven alkaliniteetti korreloi parhaiten (posit.) lajistorikkauden kanssa. Monet suvut ja lajiryhmät suosivat joko tundra-alueen tai metsäisen alueen järviä. Järven pohjasedimentin orgaanisen aineksen osuus (LOI), järviveden orgaanisen hiilen pitoisuus, pH ja ilman keskilämpötila heinäkuussa selittivät parhaiten surviaissääskien osuuksien vaihtelua tutkimusjärvissä. Näistä LOI oli vahvin muuttuja selittämään lajistollista vaihtelua. Lajistokoostumuksen perusteella järvet jaettiin kolmeen pääryhmään: (i) pienet, matalat järvet, joiden LOI on korkea, (ii) suurehkot järvet, joissa on suhteellisen paljon emäskationeita, ja (iii) kylmät ja kirkkaat oligotrofiset tundra järvet. Järviryhmiä erotteli parhaiten LOI, lajistorikkaus ja magnesiumpitoisuus. Näillä menetelmillä voitaisiin jatkossa helposti seurata surviaissääskien levinneisyyksissä tapahtuvia muutoksia ilmastollisesti herkillä vaihettumisvyöhykkeillä. Monet nopeasti leviävät hyönteiset, mukaan lukien surviaissääsket, levittäytyvät tehokkaasti uusille alueille ympäristömuutoksen ajamina. Tähän kykyyn ilmentää muuttuvia olosuhteita perustuu niiden käyttö muinaisten ympäristöolojen rekostruoinnissa. Niiden jäänteistä voidaan muodostaa käsitys esimerkiksi tiettynä ajanjaksona vallinneista ravinteisuus- tai lämpöolosuhteista. Tässä tutkimuksessa otettiin kolmesta puurajan läheisestä järvestä pitkät sedimenttinäytteet, joista tutkittiin järvissä tapahtuneita ympäristömuutoksia Holoseenin (viimeisen 10000 vuoden) aikana ja rekostruoitiin kvantitatiivisesti muinaisia lämpötiloja. Tuloksista ilmeni, että järvistä rekostruoituihin lämpötila-arvoihin vaikuttavat mm. järven ja valuma-alueen ominaisuudet, ja näistä johtuvat muut ympäristömuuttujat, joilla saattaa olla lämpötilaa suorempi vaikutus surviaissääskien menestymiseen. Pitkällä ajanjaksolla tapahtuneet yhtäaikaiset vaihtelut valuma-alueen kasvillisuudessa ja surviaissääskilajistossa osoittavat kuitenkin, että nämä reagoivat samaan ympäristöpaineeseen, Holoseenin aikaiseen ilmastonvaihteluun, joka pitkällä ajanjaksolla on ollut lajistovaihteluita määräävä tekijä. Tätä tukee myös useiden järvien samansuuntaiset trendit lajistojen yhteisvaihtelussa Holoseenin aikana. Lapin järvissä surviaissääskien jakautuminen oli yhteydessä niihin fysikaalisiin ja limnologisiin muuttujiin, jotka todennäköisesti tulevat muuttumaan myös ennustetun ilmastonmuutoksen vaikutuksesta. Menneiden ympäristömuutosten tutkiminen osoitti, että järvien vaste ilmastonmuutokseen on ollut hyvin erilainen ja osittain epäsuora. Tämä antaa olettaa, etteivät pohjoisen järvet reagoi tulevaisuudessakin ilmastonmuutokseen yhdellä ennustettavalla tavalla, vaan että ne tulevat reagoimaan hyvin vaihtelevasti riippuen järven ja sen valuma-alueen luonteista.