Juhtumiuuring: rohukonn inimdominatsiooniga maastikel (0)

Maastikupõhise graafilise ühenduvusanalüüsi integreeriv kasutamine.
Juhtumiuuring : rohukonn inimdominatsiooniga maastikel
referaat õppeaines XXX
Koostas : XXXX
Juhendaja  : XXXX
Tartu 2013

Sissejuhatus

Rahvastiku arv maailmas aina kasvab, kuid maailmaruum jääb ikka samaks. Inimtegevus mõjutab kõike siin maakeral, kuid üha suuremas ohus on praegu meie jaoks väga tavaliste taime- ja loomaliikide hävinemine.
Erinevad liigid on muutunud haavatavaks, kuna nende elupaigaks sobivat maad on järjest vähem ja elupaigad on killustunud. Allesjäänud elupaikade vahelist liikumist pidurdavad maastiku läbitavuse vähenemine ja inimtekkelised takistused. Võimalus maastikul liikuda on liikide jaoks aga ellujäämiseks vajalik protsess, mida tuleb erinevatel inimmõjutustega maastikel uurida. Üheks selliseks uurimisviisiks on jägida liigi eluviise ja selle abil modelleerida võimalikud lahendused liigi ellujäämiseks.
Kas tänapäeva üha arenevas maailmas saab graafilise analüüsi abil analüüsida ökoloogilisi võrgustikke, maastikke ja elupaiku? Kas selline analüüsimeetod on lahenduseks liikide väljasuremisele või on tarvis leida alternatiivne lahendus liikide elupaikade hävitamisele inimeste poolt?
Käesolevas referaadis kasutatakse näidisliigina rohukonna (Rana temoraria) sigimispaiku Prantsuse alpides , kelle puhul kasutati graafilist ühenduvussuuringut (connectivity analysis ), mis koondas erinevaid aspekte nii elupaikade sobivuse, populatsiooni elupaiga kui ka maastiku läbitavuse vallast .
Antud referaat on üles ehitatud ühele näitele, testimaks kõige tähtsamaid aspekte elupaiga struktuuris, mis peab säilima erinevates maastikuplaneerimise etappides. On kombineeritud optimaalse teekonna ( least -cost) meetod ja elupaiga sobivuse mudel graafikupõhise esituse ja analüüsiga.

Milliseid lähenemisi saab kasutada liikide elupaikade hindamisel?

Nii liikide säilimise kui põllumajanduse ja maastikuplaneerimise jaoks on oluline, et oleks teada eri liikide reaktsioonid maastiku muutumisest tingitud liikumispiirangute ja keskkonnatingimuste suhtes. Tavaliselt kasutatakse ühendusteede hindamisel kahte lähenemist: 1) elupaikade vaheliste ühendusteede tugevuse hindamist ja paikade isoleerituse määramist dispersaalsuse simulatsiooniga (dispersal simulation). Selleks kasutatakse erinevaid modelleerimisvõimalusi. 2) uuritakse liigi populatsiooni järjepidevust oma elupaikades, milleks kasutatakse erinevaid elupaikade sobivuse mudeleid . Neid kahte lähenemist saab ühendada graaflise analüüsi raamistikku, mida tuntakse ka võrgustikanalüüsina. Graafiku abil saab lihtsalt esitada elupaikade paiknemist maastikul ja samal ajal integreerida sinna ka elupaikade vahelised liikumised.
Käesolevas referaadis on testimisalaks valitud rohukonna (Rana temporaria ) sigimispaigad Prantsuse alpides (Joonis 1).
Uurimus keskendus kahe teema integreerimisele:
1) maastiku läbitavus ehk tõkked, mis mõjutavad tiikide ümbruses olevaid koduterritooriume ja ühendusteid populatsioonide vahel
2) metsaalade levik ning elupaikade sobivus .
Tiikides sigivad kahepaiksed on paikanalüüsi jaoks väljakutse, kuna nende elutsükli lahutamatu osa on migratsioon tiikide ja kõrgemal maastikul asuvate elupaikade vahel.
Selline vajadus kahe erineva elukeskkonna järgi teeb kahepaiksed keskkonnast väga sõltuvaks ja haavatavaks elupaikade seisundi halvenemisele ja inimasustuse survele. Seega on tarvis terviklikku lähenemist selleks, et planeerida kahepaiksete asualade säilitamise ja eluapaikade majandamise meetmeid.
Joonis 1. Testmisala (4067 km2) Prantsuse alpides

Materjalid ja meetodid

Uuringus kasutati sigimistiikide asukohti graafiku sõlmpunktidena. Graafikut kasutati maastiku tüübi ja läbitavuse suhte kirjeldamiseks. Kõiki aspekte hõlmava graafiku ülesehitamiseks kasutati: 1) Iga-aastased asustatud paigad pandi sõlmpunktidena paika, optimaalse teekonna (least-cost) modelleerimist kasutades simuleeriti konnade iga-aastast keskmist jaotumist sigimispaikade vahel. 2) elupaikade sobivuse modelleerimine 3) võimalike sõlmühendusteede hindamine 3) graafiku ühendumisanalüüs, milleks kasutati Conefor Sensinode tarkvara.

Uurimisvaldkond ja rohukonnade tiigikasutus

Vaatluse all on rohukonn, kelle elupaiku ja elupaikade vahetamist jälgiti Prantsuse Alpides (Joonis 1). Rohukonn on kiire paljuneja, kudedes Prantsuse Alpides kevadeti erinevat tüüpi vesikeskkondades. Pärast paljunemisperioodi liiguvad konnad tiikidest metsa aladele , kus nad jäävad talveunne . Vahemaa tiikide ja metsa alade vahel võib olla kuni 1500 meetrit. Uuringus vaadeldud ala hõlmas 4067 ruutkilomeetrit Isere ja Savoie piirkonnas, kuhu jääb ka Gresivaudani tihedasti asustatud org. Orus asuvad kaks suurt linna – Grenoble ja Chambery, kus elab vastavalt 500 000 ja 100 000 inimest. Mõlemad piirkonnad laienevad aktiivselt äärelinnadesse. Seega on uuritud maastikul esindatud erineva linnastumisest tuleneva survega piirkonnad, mida ümbritseb mägine ala (looduslikud maastikud jäävad alla metsapiiri 1600 meetri kõrgusele). Lisaks on piirkonna loodealas tihe põllumajandusala, kus põldude võrgu vahele jäävad väikesed metsade laigud. Piirkonda iseloomustab ka tihe maanteede võrgustik – neli kiirteed ja lisaks mitmed riikliku ja kohaliku tähtsusega maanteed. Rohukonna populatsiooni ähvardavad siin isolatsioon ja kõrge suremus , mis tuleneb järjest rohkem killustatud metsaaladest, linnastumisest ja liikluskoormuse kasvust. Kuna tegu on mägise alaga, piiravad konnade levikut kliimatingimused, mistõttu võtsidki uurijad oma vaatluse alla vaid metsapiirist allapoole jäävad alad – seega on uuringualadeks kõrgused vahemikus 200-1600 m. Algandmetes kasutatud materjalis olid esitatud võimalikud sigimiskohad, mida peeti stabiilselt kasutusesolevaks juhul, kui seal oli varem tuvastatud rohukonnade kohalolu ja sigimine mitme järjestikuse aasta vältel.

Cost- distance meetod (optimaalse teekonna analüüs)

Cost-distance meetodit, mis põhineb maastiku läbitavusel, kasutati iga- aastaste koduterritooriumi elupaikade defineerimiseks. Nende abil piiritleti iga-aastased koduterritooriumid kui pidevalt kasutuses olevad migratsioonialad tiikide ümber. Need piiritleti nii, et neis oleks olemas ressursid , mida rohukonn vajab terve aasta jooksul – kudemiseks, toitumiseks ja talvitumiseks. Sellise piiritlemise tulemusel saadud alasid vaadeldi keskpunktidena ruumilise graafiku loomisel. Cost-distance analüüsiks kasutati ArcGIS Spatial Analyst tarkvara, mis arvutab tulemused välja toetudes sellele, kui palju energiat vaadeldav indiviid kasutab migratsioonil. Uuringu autorite simulatsioon näitas, et roohukonnad liiguvad mööda vähimaid takistusi pakkuvat pinda ja peatuvad, kui nad jõuavad kas takistuseni (näiteks maantee ) või jõuavad migratsiooni maksimaalse ressursikuluni.
Maastiku läbitavuse andmed võeti takistuskaardilt, kust saadi teada eri liikide võimekus eri tüüpi maastikel liikumisel. Takistuskaart omakorda arvutati taas ArcGis tarkvaraga, millele anti algandmeteks erinevad kaardid teede võrgustiku, taimkatte , hüdroloogiliste objektide jmt-ga.
Takistuste väärtused pandi paika skaalal 0-80. Vähim väärtus 0 tähistab konna jaoks kõige lihtsamalt läbitavat maastikku ehk märgala. Suurim väärtus 80 tähistab raskeimini läbitavat ehk linnasiseseid alasid ja teid. Kohati kasutati ka kordades kõrgeimat väärtust: näiteks 10 000 tähistab raudteemaastikku, mis on konna jaoks sisuliselt läbimatu (Joonis 2).
Joonis 2. Rohukonnade teekonna raskusastmete määramine eri tüüpi maastikel, takistuskaartide modelleerimiseks ArcGis tarkvaraga.

Ökoloogiline võrgustik ja võimalikud ühendusstruktuurid

Uuringu autorid testisid konnade võimalikku liikumist koduterritooriumi ulatuses kättesaadavate asupaikade vahel. Koduterritooriumiks loetakse 1500-meetrilist aastast rännuulatust. Varasemad uuringud kinnitavad 1500-meetrise ulatuse paikapidavust, kuid näitasid samas, et mõned konnad liiguvad kudemis- ja talvitumisala vahel isegi kuni 3000 meetrit. Seega kanti varasemalt loodud takistuskaardile optimaalse teekonna arvutamise meetodil loodud teekonnasimulatsioon igaks juhuks 3000-meetrist rändeulatust arvestades. Selle stsenaariumi abil arvutati välja, millised eluapaigad on omavahel ühenduvad ja millised mitte.

Ruumiline graafiline ühenduvusanalüüs

Selleks, et leida ökoloogilises võrgustikus olulisi struktuure, analüüsiti eelpooltoodud andmete põhjal saadud võrgustikku Integral Index of Connectivity IIC abil. Selle indeksi eeliseks on, et ta integreerib elupaikade sobivuse ja ühenduvuse mõõdikud üheks väärtuseks üldise maastiku ühenduvusena. See väärtus annab tõhusa indikaatori elupaikade ligipääsetavuse hindamiseks.

Tulemused ja arutelu

Uuringu tulemused toovad välja kaks erinevat mustrit konnade territooriumi eelistuste kohta (Joonis 3): 1) suured iga-aastased konnade koduterritooriumid, kus on enam kui üks sigimispaik ja mida mõjutavad väga hästi läbitavad metsased alad. 2) väikesed ja killustunud elupaigad, millel on vaid üks isoleeritud sigimispaik ja mida mõjutavad inimdomineeritud ja väikeste killustatud metsaaladega maastikud, kus peamisteks takistusteks on vabrikud ja maanteed.
Erinevate takistuste väärtusi arvesse võttev arvutamine näitas, et tihedalt asustatud linna alad ja maanteed ning ebasobivad elupaigad on rohukonnadele peamiseks takistuseks. Jaotumismustrid näitasid, et sobivad asualad võivad olla ka laialipillutatud ja isoleeritud koos katkestatult paiknevate metsaaladega. Tulemused näitasid ka, et liigi kõige suurem esinemistõenäosus asus uuritud alal keskel ida-läänesuunalises laiaulatuslikus koridorides, kuid üldist laialipillutatud levikut piirasid peamised teed ja äärelinnad.

Arutelu

Kuidas mõjutab maastik liigi paiknemist ja elupaikade sobivust?
Uuringu autorid osutavad, et väikseid, kuid üksteisest lahus asuvaid , ent rohukonnadele eluks sobivaid elupaiku tuleks kaitsta nii linnastumise kui aktiivse põllumajandusalana kasutamise eest, kuna rohukonnad kasutavad neid väikeseid elupaiku suuremal maa-alal liikumise hüppelauana.
Kuidas mõjutab maastiku ühenduvus elupaikade isolatsiooni või kobarelupaikade organiseeritust?
Uuringu autorid leiavad, et kobarelupaigad peaksid olema vastupidavamad kui üksikud elupaigad, seda eriti maastikel, kus võib esineda kiireid inimtekkelisi maastikumuudatusi. Seejuures peavad uurijad võtmetähtsusega küsimuseks elupaikade vaheliste ühendusteede arvu. Samas leiavad antud uuringus graafilise analüüsi meetodit kasutanud uurijad, et teemat võiks edasi käsitleda geneetikauuringutega, mis aitaks tuvastada, kui kaugele sarnaste geenidega konnad liikunud on.
Joonis 3. Modelleeritud tulemused rohekonnade elupaikade eelistuste kohta

Elupaikade vaheliste ühendusteede stsenaarium

Kokkuvõttes tuvastati, et vaadeldud 212 sigimistiiki moodustavad 83 nn koduterritooriumit - st ühel territooriumil võis olla enam kui üks tiik. Kuutteist koduterritooriumit lahutas vähem kui 3000-meetrine vahemaa, mis on rohukonnade aastane maksimaalne rändeulatus. 67 koduterritooriumit olid teistest täiesti isoleeritud - seda nendevahelise pika vahemaa ja inimtekkeliste või looduslike barjääride tõttu. Samuti tuvastati, et viis enam kui kahest koduterritooriumist moodustunud gruppi moodustavad omakorda kobarelupaigad. Enamus isoleeritud elupaikadest asusid kõige enam killustunud maastikel, kuid samas teisest elupaikadest vähem kui 3000 meetri kaugusel. See näitab veelkord, et elupaikade isolatsiooni mõjutab kõige rohkem inimdomineeritud maastik, kus metsased alad paiknevad üksteisest eraldiseisvate killukestena.

Graafiline ühenduvusanalüüüs

MaxEnti mudeli abil tuvastati rohukonna keskmine esinemistõenäosus igas elupaigas. Tulemused näitasid, et 83-st elupaigast 15 on rohukonna jaoks kõige sobivamad, kusjuures väikseim elupaik oli kõige sobivam ja suurim küllaltki mittesobiv, kuna seal oli maastik väikese läbitavusega. diiC indeksi abil reastati elupaikade omavaheline ühenduvus suhestatuna elupaikade ligipääsetavuse ja sobivusega. Tulemuseks saadi, et kobarelupaikades on ühenduvus kõige parem.
Uuringu autorid, kes soovisid ennekõike uurida liikide säilimist linnastunud aladel, eemaldasid seejärel parimaid tulemusi näidanud kobarelupaigad arvutustest, kuna need asusid loodusrikkamatel aladel ja tegid uued arvutused kobarelupaikade kohta, mis asusid rohkem linnastunud maastikel. Autorid rõhutavad, et maastiku planeerimise eesmärkidel on võimalik edasiselt eemaldada arvutustest teisigi kobarelupaiku, et selgemalt välja joonistada elupaikade paiknemist olulisusskaalal. Uurijad märgivad, et nii saab koostada lõpliku kaardi sobilikest liikumiskoridoridest tähtsaimate elupaikade vahel. Selline tulemus aitaks prioretiseerida maastikuplaneerimist.

Praktilised kasutusvõimalused

Selles uuringus kasutatud modelleerimist on võimalik kasutada mitmete liikide ühendusteede uurimiseks. See annab ka informatsiooni inimtegevuse mõjudest elupaikade sobivusele ja suurusele. Samuti sobib graafilis-teoreetiline lähenemine edasisteks rohukonna uuringuteks. Conefor Sensinode tarkvara annab võimaluse ühendada algandmeid terviklikuks analüüsiks. Kasutatud metoodika võib olla kasulik ka teistel maastikel kasutamiseks, kus tundlikud kahepaiksete liigid ainult võidaks sellest, kui selgitataks välja olulisimad tingimused, mida nende liikide säilimiseks vaja

Kokkuvõte

Uuringus kasutatud integreeriv ja hierarhiline lähenemine näitab, kuidas kombineerida maastiku elupaikade ligipääsetavuse ja sobivuse mõõdikuid, mida omakorda mõjutavad piirkonna maastiku eripärad ja seda kõike üksnes olemasolevate geograafiliste jt andmete põhjal. Uuring leiab, et maastikupõhise analüüsi põhitähtsus on selles, et seda saab kasutada tööriistana maastikuplaneerimisel. Sellegipoolest tuleks saadud andmeid käsitleda alati hoolikalt, kuna arvesse tuleb võtta ka populatsioonide muutumist.
Elupaikadena võib käsitleda ka alasid, kus isendeid pole uuringu ajal tuvastatud, kuid kus liigi esinemiseks on väga sobivad tingimused. Selles kontekstis aitavad populatsioonimudel ja iga elupaiga (konnade puhul nt tiigi) kohta kogutud geneetiline materjal otsustada populatsiooni tegeliku suuruse üle. Mitmekülgsed andmed maastiku, sigimistiikide, elupaikade ja kobarelupaikade kohta võimaldavad teha tervikliku kohta analüüsi, mis on eriti oluline liigi puhul, kes liigub märgala elupaikadest kuivamaa elupaikadesse .
Kui graafilise analüüsi teooria on kaasatud integreerivasse lähenemisse, milles võetakse arvesse liikide eripära maastikul liikumisel, teeb see antud meetodi väga paljulubavaks, et selle abil uurida ja analüüsida ökoloogilisi võrgustikke, maastikke ja elupaiku. Selleks, et graafilis-teoreetilisi lähenemisi kasutada keskkonnamõjude hindamistes ja maastikuplaneerimisprogrammides on aga veel vaja pingutada.

Kasutatud kirjandus

1. Decout, S., Manel, S., Miaud, C., Luque, S., 2011. Integrative approach for landscape - based graph connectivity analysis: a case study with the common frog (Rana temporaria) in human-dominated landscapes .