Predicting Habitat Properties Using Remote Sensing Data: Soil pH and Moisture, and Ground Vegetation Cover

© 2022 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland. This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).Remote sensing data comprise a valuable information source for many ecological landscape studies that may be under-utilized because of an overwhelming amount of processing methods and derived variables. These complexities, combined with a scarcity of quality control studies, make the selection of appropriate remote sensed variables challenging. Quality control studies are necessary to evaluate the predictive power of remote sensing data and to develop parsimonious models underpinned by functional variables, i.e., cause rather than solely correlation. Cause-based models yield superior model transferability across different landscapes and ecological settings. We propose two basic guidelines for conducting such quality control studies that increase transferability and predictive power. The first is to favour predictors that are causally related to the response. The second is to include additional variables controlling variation in the property of interest and testing for optimum processing method and/or scale. Here, we evaluated these principles in predicting ground vegetation cover, soil moisture and pH under challenging conditions with forest canopies hindering direct remote sensing of the ground. Our model using lidar data combined with natural resource maps explained most of the observed variation in soil pH and moisture, and somewhat less variation of ground vegetation cover. Soil pH was best predicted by topographic position, sediment type and site index (R 2 = 0.90). Soil moisture was best predicted by topographic position, radiation load, sediment type and site index (R 2 = 0.83). The best model for predicting ground vegetation cover was a combination of lidar-based estimates for light availability below canopy and forest type, including an interaction between these two variables (R 2 = 0.65).publishedVersio

Wild Mountain reindeer Rangifer tarandus tarandus winter foraging: snow-free areas a key resource for feeding

In a landscape with patchily distributed forage resources, an animal’s distribution may reflect the distribution of the resources if the population is forage-limited in time or space. This may be particularly explicit in climatically extreme and seasonally variable environments, notably alpine and polar environments during winter. Sustainable management considers the amount of available alpine ground lichen in winter as a predictor of carrying capacity for the last remaining populations of wild European Mountain reindeer Rangifer tarandus tarandus in alpine environments in South Norway. Ground lichen growth is constrained to elevated, wind-blown, snow-free ridges. However, wild Mountain reindeer also persist in areas providing little lichen resources. Our alternative functional hypothesis is that the critical resource is the amount of snow-free feeding areas during winter, which provide direct access to forage, likely to be energy-profitable regardless of the type of vegetation. We sampled animal-borne videos from wild Mountain reindeer during maximum accumulation of snow in late winter/spring, in three contrasting areas providing variable amounts of ground lichen and alternative vegetation resources. Direct observations of reindeer foraging via videos document an active selection and strong preference for feeding on snow-free patches, regardless of type of vegetation. Active ‘cratering’ in snow was not observed. In contrast, walking behaviours occurred much more frequently across snow-covered areas. Remote sensing data and analyses corroborated these observations. In the sustainable management of wild Mountain reindeer amounts of vegetated snow-free areas is an important functional predictor of winter carrying capacity. Alpine · Winter · Wild reindeer · Video · Snow-free areaspublishedVersio

Colonizing the High Arctic : Mitochondrial DNA reveals common origin of Eurasian archipelagic reindeer (Rangifer tarandus)

Funding: The study was supported by the ERC Advanced Grant “Arctic Domus” ERC AdG 295458 based at the University of Aberdeen (http://www.arcticdomus.org/). Funding was recieved by DGA. The funders had no role in study design, data collection and analysis, decision to publish, or preparation of the manuscript.Peer reviewedPublisher PD

Elektrofiske og ungfiskundersøkelser i Vallaråi og Kivleåi høsten 2020

Vallaråi og nedre del av Kivleåi ble undersøkt med elektrofiske og bestandsberegninger på utvalgte stasjoner. Høye vannføringer førte til at arbeidet i Vallaråi ikke kunne gjennomføres. I Kivleåi viste elektrofiske på 5 stasjoner (50 m lange, til sammen 812 m2, opp til Prestegardsvegen) at ørret var den dominerende art (86 %), mens ørekyte ble fanget på mer stilleflytende strekninger (12 %) og bekkeniøye forekom sporadisk. Den fangede ørreten var av gjennomgående liten størrelse (gjennomsnitt 69 mm ±SD45, minimum 39, maksimum 480, 95 % av fanget ørret mindre enn 110 mm). Ørretbestanden i Kivleåi synes dominert av ungfisk med årsklasse 0+ og 1+. Tre større ørret (mer enn 200 mm) var sannsynligvis oppvandret gytefisk. Beregnede tettheter av ørret i Kivleåi på totalt 22 – 117 ørretunger per 100 m2 med et gjennomsnitt 53,6, er i samme størrelsesorden som i andre større og systematisk undersøkte elver i regionen. I sammenligningen må det tas hensyn til at i Kivleåi er elektrofisket effektivt, ettersom hele tverrsnittet og vannvolumet i elva kan avfiskes. En vesentlig grunn til at ikke større ørret ble fanget er mangel på dypere habitater i nedre del av Kivleåi. Oppstrøms Prestegardsvegen stiger gradienten i Kivleåi vesentlig, og dypere kulper kan gi leve og skjulområder også for større fisk. Aktiv gyting av ‘vanlig’ ørret ble påvist på et gytefelt i kulp ved Prestegardsvegen

Undersøkelser av ungfisk til ørret og laks i Tinnelva ved Tinfos, Telemark, høst 2019 og høst 2020

Elvestrekningen i Tinnelva på 1600 m fra Tinfos (naturlig oppvandringshinder) og ned til innløp Heddalsvann har siden 2001 blitt undersøkt nær årlig for å få et kvantitativt mål på rekruttering av ungfisk, særlig ørret. Laks, ørekyte, stingsild og bekkeniøye er andre kjente fiskearter på strekningen, men forekommer i betydelig mindre antall. Undersøkelsene høsten 2019 og 2020 ble som i tidligere år gjennomført ved gjentatt elektrofiske på 7 utvalgte stasjoner, de samme som i årene 2001-2005, 2007-2010, 2012-2014 og 2016-2018. Høsten 2019 var vannføringen under elektrofisket 74-75 m/s og i 2020 71-74 m3s-1. Stasjonene representerer ulike habitattyper på elvestrekningen. Resultatene for 2019 og 2020 med beregnede gjennomsnittlige tettheter av ørret på 6 - 9 fisk per 100 m2, viser en fortsatt og betydelig nedgang over tid (siden 2008), og tetthetene var lavere enn det tidligere ‘bunnåret’ 2014 (13 ørret per 100 m2). Tettheter i periodene 2001-2003 og 2008-2013 var på 22-39 ørret per 100 m², mot høye tettheter på 50-100 ørret i perioden 2004-2007. Det er også i 2019-2020 som i tidligere år, betydelige forskjeller i tettheter mellom stasjoner. Stasjonene med steinete substrat nær gyteplasser har høyere tettheter, særlig av sommergammel ørret. Tetthetene er lavere i den nederste del av elva (st. 7) hvor det også er finere substrat med mindre skjul. Tettheten av ørekyte var i 2019 og 2020 hhv. 8 og 2 per 100 m2, og viser som i tidligere undersøkelser, en betydelig variasjon i tetthet mellom år. Men tetthetene skiller seg ikke vesentlig fra de relativ lave tetthetene dokumentert i flere foregående år (2001, 2008- 2009, 2013-2016: 0-3 ørekyte per 100 m2). Det er også funnet betydelig høyere tettheter av ørekyte i noen år (21-39 per 100 m2; 2003-2005, 2010), men det synes å være en mer tilfeldig variasjon mellom år, uten noen klar trend over tid. For laks viste 2019 og 2020 svært ulike resultater. Mens undersøkelsen i 2019 viste uvanlig lave tettheter av laksunger (0,24 per 100 m2), viste el-fisket i 2020 relativt høye tettheter (3,6 laksunger per 100 m2). Det er på høyde med 2013 og 2018 som er de høyeste tettheter registrert i tidligere år (hhv. 3,4 og 3,9 laksunger per 100 m2). For hele perioden viser beregningene en økning av tettheten av laksunger. All laks som går opp til de viktige gyte- og rekrutteringsområdene i de øvre delene av vassdraget (Bøelva, Sauarelva, Heddøla, Tinnelva), må passer fisketrappen ved Skotfoss. Større oppgang av gytelaks i fisketrappen ved Skotfoss i perioden 2011-2020 (543-1200 fisk) enn i tidligere år, forklarer høyere naturlig rekruttering av laks i Tinnelva

Naturlig rekruttering av ørret i Kovavassdraget, Hjartdal i Telemark: Undersøkelser 2017-2019 fra oppstrøms Øvre Urdetjønn til nedstrøms Bjønntjønn

Elven Kova, Hjartdal kommune, Telemark, renner, via flere mindre vann, 8 km fra reguleringsmagasinet Vindsjåen (areal 44,69 km2, 971-958 moh., midlere årsavløp 1,28 m3s-1) til reguleringsmagasinet Kovvatnet (3,62 km2, 875-859 moh., midlere årsavløp 1,60 m3s-1). Kova har siden 1958-60 en sterkt regulert vannføring. Vann lagres i 2-års magasinet Vindsjåen over sommer-sesongen, noe som gir en beskjeden restvannføring i Kova om sommeren. Lekkasjevann fra tappetunnelen ved Vindsjådammen gir per i dag en effektiv, men ikke konsesjonspålagt, minste vannføring på ca. 50 ls-1 til Kova. Om vinteren tappes vann i det naturlige elveleiet for nedstrøms kraftproduksjon. Dette gir relativt jevn og høy vintervannføring (normalt 2 – 4 m3s-1, oktoberfebruar). Sommer-høst 2017 og 2019 ble rekrutterings-forholdene for ørret i Kova og mellomliggende vann undersøkt vha. temperaturloggere (4 lokaliteter, 2017-2019), habitatkartlegging (2017), og elektrofiske med bestandsestimering på 10 stasjoner (2017 og 2019); syv i selve Kova (innløp og utløp Øvre og Nedre Urdetjønn, en stasjon på ca. 600 m elv fra utløp nedre Urdetjønn til Bjønntjønn, og stasjoner på hhv. innløp og utløp Bjønntjønn). I tillegg ble to små innløpsbekker (sør og vest) til Nedre Urdetjønn, samt liten innløpsbekk til Bjønntjønn fra øst, elektrofisket. Temperaturundersøkelsene viste en svakt forhøyet (≤ 1°C) vintertemperatur. Sommertemperaturene er gjennomgående gunstige for ørret vekst, men viste også mye døgnvariasjon pga. sterk soloppvarming/nattutstråling for en redusert vannføring i et bredt og grunt naturlig elveleie. Dette har sannsynligvis også medført en tidligere oppvarming i Kova om våren, og en noe tidligere høstavkjøling enn før regulering. Habitatkartleggingen viser en for ørret-unger gunstig veksling mellom småstryk, blankstryk og kulper og med relativt grovt substrat som gir mye skjul. Derimot var areal med gunstig gytegrus begrenset og spredt, og i stor grad knyttet til utløp og innløp til vannene. Ørret er eneste påviste fiskeart, samt et sannsynlig eksemplar av bekkeniøye. På alle undersøkte stasjoner ble det påvist rekruttering av ørret. Tettheten av ørret varierte mye mellom stasjoner, mest pga. ulike habitatforhold, fra 21,5 til 60,5 ørret per 100 m2 i 2017 og fra 41,4 til 194 per 100 m2 i 2019. Noe høyere gjennomsnittlige tettheter (men ikke signifikant) i 2019 (73,5±SD55) enn i 2017 (44,7±13,6), kan knyttes til uvanlig høye sommer-vannføringer i 2019 (pga. arbeider på dammen), og dermed mer rekrutteringshabitat. Over 90% av fanget ørret var mindre enn 160 mm, dvs. hovedsakelig 0-2 år gamle ørret-unger. Bestandstettheter sammenholdt med arealberegninger indikerer at den naturlige rekrutteringen fra Kova per i dag er tilstrekkelig, eller mer, for tilliggende vann. Behovet for rekruttering vil imidlertid bli sterkt påvirket av eventuelle endringer i høstingen av ørret. Mer høsting kan føre til for liten rekruttering særlig i Bjønntjønn. Lekkasjevann fra Vindsjådammen gir en minste vannføring som må antas å være svært viktig for overlevelse av ørretunger særlig på øvre deler. Ettersom naturlig rekruttering kan variere mye mellom år, 2019 var et atypisk år, og det fremdeles kan være en effekt av tidligere utsettinger, bør undersøkelsene gjentas

Merging and comparing three mitochondrial markers for phylogenetic studies of Eurasian reindeer (Rangifer tarandus)

Phylogenetic analyses provide information that can be useful in the conservation of genetic variation by identifying intraspecific genetic structure. Reconstruction of phylogenetic relationships requires the use of markers with the appropriate amount of variation relative to the timeframe and purpose of the study. Here, genetic structure and clustering are inferred from comparative analyses of three widely used mitochondrial markers, the CR, cytb and the COI region, merged and separately, using Eurasian reindeer as a model. A Bayesian phylogeny and a MJ network, both based on the merged dataset, indicate several distinct maternal haplotype clusters within Eurasian reindeer. In addition to confirm previously described clusters, two new subclusters were found. When comparing the results from the merged dataset with the results from analyses of the three markers separately, similar clustering was found in the CR and COI phylogenies, whereas the cytb region showed poor resolution. Phylogenetic analyses of the merged dataset and the CR revealed congruent results, implying that single sequencing analysis of the CR is an applicable method for studying the haplotype structure in Eurasian reindeer.publishedVersio

Undersøkelser av ungfisk til ørret og laks i Tinnelva ved Tinfos, Telemark, høst 2018

Elvestrekningen i Tinnelva på 1600 m fra Tinfos (naturlig oppvandringshinder) og ned til innløp Heddalsvann har siden 2001 blitt undersøkt nær årlig for å få et kvantitativt mål på rekruttering av ungfisk, særlig ørret. Ørekyte, stingsild og laks forekommer, men i betydelig mindre antall. Undersøkelsen i 2018 ble som i tidligere år gjennomført ved gjentatt elektrofiske på 7 utvalgte stasjoner, de samme som i årene 2001-2005, 2007-2010, 2012-2014 og 2016-2017, og på vannføring på hhv. 61 og 76 m3s-1. Stasjonene representerer ulike habitattyper på elvestrekningen. Resultatene for 2018 med beregnet gjennomsnittlig tetthet av ørret på 16-17 fisk per 100 m2, er omtrent samme resultat som i 2017. De viser en betydelig nedgang, de siste to år til mindre enn halvparten av tetthet i 2016 (33 ørret per 100 m2), og ligger nær bunnåret 2014 (13 ørret per 100 m2). Tettheter av ørret synes å ha gått ned etter 2008. Tettheter var relativt lave i periodene 2001-2003 og 2008-2013 med tettheter på 22-39 ørret per 100 m², mot høye tettheter på 50-100 ørret i perioden 2004-2007. Det er som i tidligere år, betydelige forskjeller i tettheter mellom stasjoner. Stasjonene med steinete substrat nær gyteplasser har høyere tettheter, særlig av sommergammel ørret. Tetthetene er lavere i den nederste del av elva (st. 7) hvor det også er finere substrat med mindre skjul. Tettheten av ørekyte på ca. 12 per 100 m2 var høyere enn i 2017 og i flere foregående år (2001, 2008- 2009, 2013-2016: 0-3 ørekyte per 100 m2). Imidlertid er også betydelig høyere tettheter (21-39 ørekyte per 100 m2) funnet i øvrige år. Undersøkelsen i 2018 viser betydelig mer laks enn i de fleste tidligere år, dvs. 3-5 laks per 100 m2, og på høyde med 2013 et av de beste tidligere år (over 3 laks per 100 m2). Det har vært en relativt stor oppgang av gytelaks i perioden 2011-2018 (543-1200 fisk). Dette forventes å medføre høyere naturlig rekruttering av laks

Life histories and ecotype conservation in an adaptive vertebrate: Genetic constitution of piscivorous brown trout covaries with habitat stability

publishedVersio

Groundwater, critical habitats, and behaviour of Atlantic salmon, brown trout and Arctic char in streams

Heggenes, J., Bremset, G. & Brabrand, Å. 2010. Groundwater, critical habitats, and behaviour of Atlantic salmon, brown trout and Arctic char in streams. – NINA Report 654, 28 pp Streams are characterized by turbulent hydraulic forces, varying discharge and temperatures, short water retention times, bedload transport and dynamic channel morphology. Alluvial groundwater is more stable with laminar flow, longer residence times, less variable tempera-tures, and constant sediment structure. Surface waters and groundwaters are closely connected in the hyporheic ecotone which can act as a source or sink, depending on complex physical and chemical spatial and temporal patch characteristics, direction and volume of flows, in-substrate pore space and connectivity, and movement patterns of organisms. Outflow-ing groundwater provides base flows, differs in temperature, dissolved oxygen levels and water quality from the surface water. Areas of groundwater inflow may at times provide moderated habitat conditions and possibly refugia for mobile stream salmonids. A literature review suggests that groundwater may be important to salmonids by 1) modulating temperatures, 2) influencing water quality (nutrients, oxygen), 3) providing river base flows, and 4) providing refugia. It is well documented that salmonids may use groundwater inflow sites for behavioural thermoregulation to avoid near-lethal temperatures, and maintain energetically favourable body temperatures. Such thermoregulation may be effected through short vertical movements into the substrate, in particular for small fish, or through longer longitudinal movements. Such behaviour is observed during summer high temperatures and low flows, and at the onset of winter and ice formation. Actual field documentation varies among species, but it is likely a general behavioural strategy in mobile salmonids. Because of the local complexity in surface-subsurface and hyporheic flow connectivity and pattern in space and time, in situ studies are required. Spawning site selection, egg burial, overwinter egg survival and hatching time may be affected by groundwater inflow. However, the spatial and temporal complexity of groundwater flow integrated over time is a research challenge. It is well documented that groundwater flow may be critical in lacustrine spawning habitats. A general conclusion cannot be reached for lotic spawning habitats, probably because it varies locally. The importance of groundwater in providing baseflows in summer and winter is rather obvious. Evidence with respect to the hyporheic refuge hypothesis is scarce and equivocal. Increasing evidence corroborates the function of the hyporheic zone, and associated groundwater flows, as a refugium for macroinvertebrates during low flow events in summer. However, little is known as to how young salmonids may use the hyporheic habitat in summer. In winter, the hyporheic zone is largely a daytime refuge for stream salmonids. Surprisingly, there is a lack of studies to substantiate the hypothesis that fish and macroinvertebrates may take refuge in the hyporheic zone in response to other environmental stressors, e.g. adverse chemical conditions. KEY WORDS : groundwater, streams, substrate, hyporheic zone, juveniles, salmon, trout, cha