Uudised

22. novembril tuleb Eesti Maaülikoolis kaitsmisele doktoritöö, mis keskendub taimekooslustele. 

Thaisa Fernandes Bergamo kaitsmisele tulevast doktoritööst "Kliimamuutuse mõju hindamine rannaniidu taimekooslusele mesokosmi katse ja mehitamata õhusõidukiga kogutud andmete põhjal. Combining unmanned aerial vehicles and a mesocosm experiment to unveil plant communities shifts under global change conditions in coastal meadows" selgub, et ranniku märgalade koosluses ilmnevad aja jooksul vee- ja soolsusrežiimis märkimisväärsed muutused, mis toovad esile taimeliikide reaktsiooni keskkonnamuutuste suhtes. 

Uuring viidi läbi uuringukohtades Lääne-Eestis ja katsekeskkonnas. Esimesel juhul valiti Silma looduskaitsealal, Matsalu rahvuspargis ja Vormsi saarel ranniku taimekoosluste ning maapealse biomassi kaardistamiseks kokku üheksa rannaniiduala (I, II). Teine osa hõlmab mesokosmi katset (III), mille käigus kasutati katse seadmiseks ja eksperimenteerimiseks Silma looduskaitsealalt kogutud proove.

Vaatamata oma suhteliselt väikesele pindalale (45 228 km²) iseloomustab Eestit mitmekesine geoloogia, pinnamood ja kliima. Läänemere rannaniidud on tekkinud ja need säilivad maa isostaatilise tõusu, setete kogunemise ning alade vähese intensiivsusega majandamise – karjatamise või niitmise – tõttu. Eesti rannikumärgaladel on ebatavaline hüdroloogiline režiim. Kuna loodete ulatus on väga väike (~0,02 m), põhjustab rannaniitude üleujutusi valdavalt tsüklonaalne aktiivsus Põhja-Atlandil ja Fennoskandias.

Üleujutuste sagedus ja ulatus on ebaregulaarne ning varieerub kogu rannikumaastikul, sõltudes tuule kiirusest ja suunast. Hiljutised hinnangud suhtelise meretaseme tõusu kohta kolmelt mõõnamõõturilt piki Eesti rannikut on järgmised: Tallinnas 1,5–1,7 mm a-1, Narva-Jõesuus 1,7–2,1 mm a-1 ja Pärnus 2,3–2,7 mm a-1 (Ward et al., 2014). Taimekoosluse klassifitseerimiseks ja biomassi prognoosimiseks analüüsiti üheksat rannikumärgala kolmes kohas Silma looduskaitsealal, kahes kohas Matsalu rahvuspargis ja neljas kohas Vormsi saarel. Neis kohtades esinevad kõik väitekirjas käsitletud taimekooslused.

Uurimiskohtade taimekooslused liigitati vastavalt Burnside´i jt fütosotsioloogilisele klassifikatsioonile (2007): pilliroostik, võsasoo, madal rannik, kõrgrannik, pioneerliikidega paljakud, kõrgrohustu, võsa ja metsamaa. Võsasoo ning võsa ja metsamaa jäeti nende marginaalse esinemise tõttu uurimusest välja.

Uurimistöö käigus tehti kaks erinevat analüüsi, kasutades UAV-ga kogutud multispektraal- ja rgb-fotosid. UAV multispektraalseid pilte kasutati taimekoosluste kaardistamiseks Silma looduskaitsealal Põhja-Tahu, Lõuna-Tahu ja Kudani rannaniidul (I). Järgnevalt kasutati multispektraalseid ja rgb-pilte kõrge ruumilise eraldusvõimega kaartide koostamiseks maapealse biomassi tuvastamiseks kõigis üheksas uuringukohas (II). Taimekoosluste kaardistamiseks (I) ja maapealse biomassi prognoosimiseks (II) kasutati otsustusmetsa klassifikatsiooni.

Seejärel analüüsiti maapealse biomassi kaartide abil majandamisviisi ja intensiivsuse mõju rannaniitude heinamaade struktuurile (II). Teavet rannaniitude kasutusviisi kohta saadi maaomanikega isiklikult suheldes. Uurimistöö teises osas valiti mesokosmi katse jaoks kolm taimekooslust: pioneerliikidega paljakud, madal rannik ja kõrgrannik. Need kooslused valiti sealsete võtmeliikide spetsiifilise autökoloogilise kasvukohaeelistuse tõttu (näiteks soolsus ja mulla veesisaldus).

Katsest välja jäetud pilliroostikus ja võsasoos domineerivad üleujutust taluvad liigid; kõrgrohustu kujutab endast maismaa ja märgalade ökosüsteemi vahelist kooslust ning võsa on täielikult maismaa. Silma looduskaitsealal varuti Põhja-Tahu alalt 2018. aasta juunis kolmest valitud taimekooslusest 15 mätast (suurus 50 x 70 cm, paksus 30 cm). Mesokosmi katse varustus koosnes mahutitest (90L, mõõtmed 56 x 79 x 32 cm), mis olid täidetud 2:1:1 mullaseguga, mis koosneb pestud sõmera struktuuriga liivast, savist ja kompostist, mis on väga sarnane märgala põhjasubstraadiga.

Mahutid numereeriti ja varustati vastava tähisega. Mahutid asusid kogu katse jooksul samal kohal. Katse käiku hinnati alalise gradueeritud 50 cm² kvadraadi abil, mis jaotati 25 kvadraadiks (10 x 10 cm), ja määrati kindlaks muutused esinevate taimeliikide arvukuses pinnakatte pindala järgi (katteprotsent). Katse kestis kolme aastat veetaseme ja soolsuse tingimustes, mis tuletati kliimamuutuste prognoosidest 2100. aastaks.

Liikide arvukus ja liigirikkus arvutati 2018., 2019. ja 2020. aastaks iga taimekoosluse kohta eraldi. Liigirikkuse erinevusi aastati ja kasvutingimuste suhtes hinnati Kruskal Wallise testiga, mis põhineb Bonferroni kohandustega Dunni testil, et tuvastada liigirikkuse erinevusi igal aastal. Liigilise arvukuse esitamiseks kasutati arvukuse kõveraid. Taimekoosluse koostise erinevuste uurimiseks kasutati permutatsioonilist mitmemõõtmelist analüüsi Bray-Curtise erinevusega. Aasta ristmõju analüüsis käsitleti töötlemisviisi fikseeritud mõju ja valimeid juhusliku mõjuna.

Rannaniitudel hinnati taimekoosluste levikut, maismaa biomassi ja taimestiku vertikaalset struktuuri. Fleissi kapa kordaja 0,89 põhjal kaardistati põhjalikult taimekooslused (I). Otsustusmetsa klassijärgsed vead näitavad, et homogeensema struktuuriga piirkondi on kergem klassifitseerida kui keerulise struktuuriga koosluseid. Otsustusmetsa algoritmi jõudlusanalüüs näitas, et biomassi hindamisel saadi parim tulemus, kui multispektraalne info kombineeriti fotogramm-meetriliselt loodud digitaalse maastikumudeliga (DTM, ingl digital terrain model) (II).

Tulemused viitavad sellele, et mitme anduri kombinatsiooni saab kasutada ökosüsteemi omaduste mõõtmiseks, mida ainult spektraalinformatsiooni analüüsides ei pruugi tuvastada. Käesoleva uuringu maapealse biomassi prognooside suur täpsus näitab, et rannaniitude jälgimisel on kaugseire UAV-ga sobiv meetod. Struktuurianalüüsi tulemused näitab, mil määral mõjutab biomassi jaotust karjatamise kestus ja heterogeensus.

Pidevalt majandatavatele rohumaadele on iseloomulikud suuremad ja homogeensemad alad (II). Üldine lineaarne mudelianalüüs ja Mann-Whitney u-testid näitasid, kuidas taimtoidulised liigid mõjutavad rohumaa struktuuri. Rohumaad, millel karjatatakse erinevaid taimtoidulisi, on mitmekesisema struktuuriga kui veiste karjamaa (II). Mesokosmi katse tulemused näitasid, et kõigis kolmes Läänemere ranniku märgalade koosluses ilmnesid aja jooksul vee- ja soolsusrežiimis märkimisväärsed muutused, mis tõi esile taimeliikide reaktsiooni keskkonnamuutuste suhtes (III).

Pioneerliikidega paljakutel suurenes liigirikkus ja taimkate kõigi keskkonnamuutuste korral, sellega võrreldes esines madalal rannikul ja kõrgrannikul nii veetaseme kui ka soolsusega seotud muutusi vähemal määral. Pioneerliikidega paljakuid mõjutab enamasti soolsus, seda isegi peamiselt sõmerast, keskmise fraktsiooniga ja peenest liivast koosnevas pinnases, mis säilitab vähem toitaineid kui peenema fraktsiooniga muld. Spergularia marina ja Glaux maritima aitasid kaasa liigirikkuse suurenemisele mulla suurenenud ja vähenenud soolsuse tingimustes.

Üldiselt ei ilmnenud madala ranniku ja kõrgranniku taimekooslustes soolsuse muutumise korral olulisi muutusi võrreldes kontrollkatsega. Nendes kooslustes on liike, mis kasvavad nii soolases kui ka mittesoolases keskkonnas. Veetaseme muutus mõjutas pioneerliikidega paljakute taimekooslust sarnaselt soolsuse muutmisega. Selle koosluse liigirikkus suurenes võrreldes kontrollkatsega kõrgema veetaseme korral. Kõrgema veetasemega kohanenud liike nagu Eleocharis palustris esines kõrgenenud veetaseme korral kolmandal aastal rohkem; alanenud vees leidus katse lõpus rohkem väiksema veevajadusega liike, nagu Glaux maritima ja Centaurium littorale.

Madalal rannikul registreeriti madalama veetaseme korral võrreldes kontrollkatsega liigirikkuse muutus. Aja jooksul toimuv liikide varieeruvus ilmnes vähese pinnakatvusega liikide puhul, näiteks ahenesid Carex flacca ja Triglochin palustris´e kasvukohad. Madal rannik asub veetasemelt pioneerliikidega paljaku ja kõrgranniku vahel ning see võib seletada, miks sealsed liigid taluvad mulla mitmesuguseid niiskustingimusi.

Kõrgranniku koosluses vähenes kõrgenenud veetaseme korral liikide arv ja sellest tulenevalt ka liigirikkus; sealjuures laienesid vähese pinnakatvuse ja madala veetasemega kohastunud liikide Stellaria graminea ja Viola canina kasvukohad.

Uurimus näitas, et ökoloogilistes uuringutes võib erinevate metoodikate kombinatsioon osutuda tõhusaks. Vaid vähestes uuringutes kombineeritakse ökosüsteemiprotsesside mõistmiseks erinevaid lähenemisviise, näiteks kaugseiret ja katseplatvorme, antud töös mesokosmi katset. Uued tehnoloogilised edusammud kaugseire vallas võivad lahendada küsimusi, millele vastuse leidmine traditsiooniliste ökoloogiliste meetodite abil oleks keeruline või ebapraktiline.

Samas on traditsioonilise lähenemisviisiga, näiteks mesokosmi katsega saadud teadmised uue tehnoloogilise potentsiaali rakendamiseks väga vajalikud. Uurimus näitas, et UAV on sobiv vahend rannikurohumaade struktuuri ja taimekoosluste leviku täpse eraldusvõimega kaartide koostamiseks. Teisest küljest aitab mesokosmi katse mõista taimekoosluse koostise muutusi eri veetaseme ja soolsuse tingimustes.

Thaisa Fernandes Bergamo kaitseb filosoofiadoktori väitekirja 22. novembril kell 11.15 Fr. R. Kreutzwaldi 5 ruumis 2C5. Doktoritöö juhendajad on professor Kalev Sepp, Dr. Raymond D. Ward ja professor Christopher B. Joyce (University of Brighton) ning oponent Prof. Dr. Keith Edwards (University of South Bohemia). Dissertatsiooniga saab tutvuda Eesti Maaülikooli digitaalarhiivis EMU DSpace.