The effects of winter temperature and shared niche on population dynamics of autumnal moth and winter moth

• Main Author: Karvinen, Esko
• Other Authors: Helsingin yliopisto, Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Helsingfors universitet, Agrikultur- och forstvetenskapliga fakulteten
• Format: Master Thesis
• Language: English
• Published: Helsingin yliopisto 2021
• Subjects: autumnal moth; climate change; herbivory; mountain birch; temperature; winter moth; Metsien ekologia ja käyttö; Forest Ecology and Management; Skoglig ekologi och resurshushållning; Metsätieteiden maisteriohjelma; Master's Programme in Forest Sciences; Magisterprogrammet i skogsvetenskaper; Fennoscandia
• Online Access: http://hdl.handle.net/10138/327419

Ilmastonmuutos nostaa ilmakehän lämpötilaa erityisen paljon pohjoisilla leveysasteilla, joiden häiriöherkät ekosysteemit tulevat todennäköisesti kokemaan merkittäviä, äkkinäisiä ja jopa peruuttamattomia muutoksia. Esimerkiksi pohjoisen Fennoskandian tunturikoivikoissa tavattavien tunturimittarin ja hallamittarin joukkoesiintymien on jo nyt havaittu olevan totuttua pitkäkestoisempia ja levittäytyneen uusille maantieteellisille alueille. Lajit ovat ekologialtaan hyvin samankaltaisia metsätuholaisia, joiden populaatiotiheys on huipussaan noin kymmenen vuoden välein. Epidemiahuippujen aikana ne voivat syödä suuria tunturikoivikkoalueita täysin lehdettömiksi. Tässä tutkielmassa perehdyttiin tunturimittarin ja hallamittarin keskinäiseen populaatiodynamiikkaan sekä talvilämpötilojen vaikutuksiin dynamiikan taustalla. Tarkoituksena oli selvittää, onko lajien kannanvaihtelu synkronoitunutta, vaikuttaako korkeusvyöhyke lajien esiintymiseen, ja voidaanko talviaikaisilla lämpötilamuuttujilla mallintaa hyönteispopulaatioiden kehitystä. Tutkimus pohjautui Värriön tutkimusasemalla kerättyyn 33-vuotiseen valopyydysaikasarjaan sekä Ilmatieteen laitoksen säätilastoihin paikalliselta havaintopisteeltä. Aineistoa käsiteltiin aikasarja-analyysimenetelmien pohjalta. Tunturimittarin ja hallamittarin kannanvaihtelun havaittiin olevan synkronoitunutta, vaikka yksilömäärissä olikin merkittävä suuruusluokkaero lajien välillä. Kummankin lajin havaintomäärät vähenivät havaintopaikan korkeuden kasvaessa. Koko aikasarjan matkalla tarkasteltuna hallamittarin havaintomäärissä oli nouseva trendi, kun taas tunturimittarin havaintomäärät olivat laskussa. Trendit olivat kuitenkin hieman toisistaan poikkeavia eri korkeusvyöhykkeillä. Hallamittarihavaintojen lisääntyminen oli erityisen merkittävää nimenomaan tunturikoivikossa ja tunturimittarin väheneminen merkittävintä muualla kuin tunturikoivikossa. Talvilämpötilojen vaikutus kannanvaihteluun pystyttiin tämän tutkielman menetelmillä mallintamaan ainoastaan hallamittarille. Joulu-, tammi-, ja huhtikuun minimilämpötiloilla havaittiin olevan kaikista korostunein säätelevä vaikutus. Joulu- ja tammikuun lämpeneminen olikin tilastojen pohjalta kaikista talvikuukausista huomattavinta useiden tutkittujen lämpötilamuuttujien valossa. Tämä todennäköisesti parantaa hallamittarin runsastumisen mahdollisuuksia tulevaisuudessa. Climate change will cause an especially pronounced temperature rise in the northern latitudes. These sensitive ecosystems will likely experience significant, rapid, and even irreversible changes. The outbreaks of autumnal moth and winter moth in northern Fennoscandia have already been documented to be prolonged and spread out to new geographical areas. The two species share very similar ecological traits as forest pests, whose population densities fluctuate in approximately ten-year cycles. They can defoliate vast mountain birch forests during the epidemic peaks. This study focused on jointly analyzing the population dynamics of these two geometrids and the regulatory effects of winter temperatures. The aim was to see whether the populations fluctuate synchronously, does elevation have an effect in species occurrence, and can winter temperature variables be used to model the population development of the species. The study was based on a 33-year long light trap time series from Värriö research station and local climate data from Finnish Meteorological Institute. The data was analyzed with time series analysis methods. Population fluctuations of autumnal moth and winter moth were observed to be well synchronized regardless of the difference in magnitude of the actual catch numbers. Both species occurred in less numbers with the increase in elevation. Winter moth catch numbers had an increasing trend whereas autumnal moth catch numbers were declining. The trends also differed with elevation. Winter moth was most prominently increasing in mountain birch belt and the decrease in autumnal moth numbers was most significant in traps outside of the mountain birch belt. The regulatory effect of winter temperature variables could be modeled only for winter moth with the methods utilized in this study. The minimum temperatures of December, January, and April seemed to have the most notable effect on the population development. Temperatures in December and January featured the most significant increasing trends based on many different temperature variables examined in this study. This points to the conclusion of winter moth having good potential to increase its abundance in the future.