Waterbirds in a changing world : effects of climate, habitat and conservation policy on European waterbirds

Abstract

Climate change has become a major threat for biodiversity in recent decades. Waterbirds, in particular, are very responsive to climate change compared to other avian species and have already shown changes in phenology and distribution. Such strong and rapid response of some species to climate change has motivated debate about the effectiveness of the site-safeguard network, as climate change may ultimately push species of conservation concern out of the protected areas. One such network, which aims to protect all European bird species, is the Special Protection Area (SPA), designated under the EU Birds Directive. My thesis overviews the most important environmental factors acting upon Nordic waterbird populations now and in the future. In addition, I studied (i) the spatial changes in wintering abundances of 25 waterbird species in Europe in relation to weather conditions, (ii) the effectiveness of the SPA network delivering climate change adaptation for a protected waterbird species and (iii) the effects of weather conditions and habitat type on the abundance of 17 waterbird species breeding in Finland. Results show differential response of 25 waterbird species (classified into five guilds) to inter-annual variation in weather conditions. The centre of gravity in abundance of dabbling ducks, diving ducks, swans and other waterbird species (non-Anatidae) moved southwestwards in cold winters. On the other hand, only the centre of gravity in abundance of dabbling and diving ducks moved northeastwards in warm, and a priori beneficial, winter weather conditions. In this case, diving ducks responded the fastest. There was no link between the movement of the centre of gravity in abundance of geese with winter weather conditions. These differences in responses to weather conditions are probably related to different food and habitat requirements during winter as well as to life-history traits. Furthermore, while the centre of gravity in abundance of diving ducks showed a steadily long-term shift northeastwards over the past three decades, that of other waterbird species shifted southwestwards in recent years probably due to several consecutive cold winters. Dabbling ducks, swans and geese did not show long-term shifts. A detailed study about the wintering distribution of the smew Megellus albellus supports the above-mentioned findings and shows that the wintering numbers of this protected diving duck in the northeastern part of the wintering range increased from 6% of the total wintering population in the early 1990s to 32% in the early 2010s. In this context of climate-driven redistribution of wintering waterbirds, the EU s SPA network facilitated the redistribution of wintering smew towards the northeast: smew wintering numbers increased twice as fast inside than outside SPAs. However, results also pinpointed big gaps in the SPA network in north European countries, as most of the individuals winter outside the network in Sweden (79%) and Finland (95%). This findings call for an urgent assessment of the network in northern Europe, where wintering numbers are rapidly increasing. Furthermore, due to the high flexibility in migration of this and other waterbirds according to current weather conditions, it is of paramount importance to maintain a cohesive and coherent site-safeguard network throughout the flyway, including cold weather refuge sites. Lastly, the abundance of waterbird species breeding in Finland was higher after mild winters in western and northern Europe likely due to improved survival. This beneficial effect of mild weather conditions was more apparent in eutrophic wetlands than in oligotrophic ones. However, my analysis of population trends in different habitat types revealed faster population declines in wetlands surrounded by agricultural and urban areas, possibly due to hyper-eutrophication processes that renders such wetlands unsuitable for waterbirds to breed. These findings suggest that the impact decreased habitat quality can overcome the positive effects of milder winters and cause populations to decline.Ilmastonmuutoksesta on tullut merkittävä uhka luonnon monimuotoisuudelle. Vesilinnuilla on osoitettu ilmaston aiheuttamia muutoksia fenologiassa ja levinneisyydessä, ja ne reagoivat voimakkaammin muuttuvaan ilmastoon kuin monet muut lintulajiryhmät. Nopeat muutokset ovat käynnistäneet keskustelun suojelualueverkoston toimivuudesta ilmaston ja lajien levinneisyysalueiden muuttuessa, sillä ilmastonmuutos voi työntää suojeltavan lajin levinneisyyden suojelualueiden ulkopuolelle. Euroopan Unionin lintudirektiivin perusteella rauhoitetut SPA-alueet (Special Protection Areas) muodostavat merkittävän suojelualueverkoston. Väitöskirjani koostuu neljästä osatyöstä ja näiden yhteenvedosta. Ensimmäinen osatyöni käsittelee tärkeimpiä Pohjoismaiden sorsakantoihin nyt ja tulevaisuudessa vaikuttavia tekijöitä. Loput kolme osatyötäni tarkastelevat (i) vesilintujen talvipopulaatioiden muutoksia Euroopassa 25 vesilintulajilla viime vuosikymmeninä, (ii) EU:n suojelualueverkoston tehokkuutta sopeutua vesilintujen talviaikaisiin levinneisyysmuutoksiin ja (iii) säätekijöiden sekä elinympäristön laadun yhteisvaikutusta 17 vesilintulajin pesimäpopulaatioihin Suomessa. Tulokset osoittavat, että viiteen vesilintukiltaan jaetut 25 vesilintulajia reagoivat eri tavalla talven sääolojen vaihteluun. Puolisukeltaja- ja sukeltajasorsien ja joutsenten talviset runsauden painopisteet siirtyivät kohti lounasta kylminä talvina, mutta keskimääräistä lämpiminä talvina painopiste siirtyi kohti koillista vain puolisukeltaja- ja sukeltajasorsilla. Sukeltajasorsat olivat ainoa ryhmä, jolla talvirunsauden painopiste on siirtynyt kohti koillista viimeisen 25 vuoden aikana. Alueelliset muutokset lajien talvirunsauden muutoksista ja niiden yhteys talven sääoloihin riippunevat lajiryhmien ravinto- ja elinympäristövaatimuksista. Erillinen tarkastelu EU:n lintudirektiivin erityissuojellulla sukeltajasorsalajilla, uivelolla, osoitti, että Pohjois-Euroopassa talvehtivien lintujen osuus koko talvikannasta on kasvanut 6 %:sta 32:een vuosina 1990 2011. Tulokset viittaavat, että EU:n suojelualueverkosto tukee lajin levittäytymistä kohti pohjoista, sillä Pohjois-Euroopassa talvikanta kasvoi lähes kaksi kertaa nopeammin EU:n SPA-alueilla. Tutkimukseni kuitenkin paljasti, että osassa Pohjois-Euroopan maissa lajin suojelutilanne on heikko: SPA-alueiden ulkopuolella talvehtivien lintujen osuus oli Ruotsissa 79 % ja Suomessa peräti 95 %. Tulosten perusteella suojelualueen kattavuutta tulisi päivittää säännöllisesti etenkin pohjoisilla alueilla, sillä ilmastonmuutoksen myötä lajien levinneisyysalueet ja runsaudet muuttuvat. Koska kylmät talvet työntävät vesilintuja talvehtimaan eteläisille alueille, eteläisten alueiden suojelu on edelleen tärkeää suojelualueverkoston joustavuuden kannalta. Viimeisessä osatyössäni selvitin, että vesilintulajilla pesimäkannat kasvoivat leutojen talvien jälkeen todennäköisesti parantuneen hengissäsäilyvyyden takia. Tämä leutojen talvien suotuisa vaikutus oli voimakkaampaa rehevillä kosteikoilla kuin karuilla vesillä. Elinympäristökohtainen tarkasteluni kuitenkin paljasti, että vesilinnut taantuivat kaikkein voimakkaimmin maatalousympäristöjen ja taajamien läheisillä kosteikoilla, todennäköisesti liiallisen rehevöitymisen takia. Tulokset osoittavat, että heikentynyt elinympäristön laatu voi kumota leudontuneen ilmaston positiiviset vaikutukset