Marine ecosystems are degrading around the world at an unprecedented rate. Loss of biodiversity, population declines, invasion of non-indigenous species, and change in community composition are apparent in all marine ecosystems. Various policies at multiple management levels address these challenges with specific targets for good ecological and environmental status of marine areas. While various policies, directives and strategies are applicable at global and regional levels, threats facing marine ecosystems in coastal areas are more localized. Thus, to achieve effective results, conservation and management actions should be designed and addressed locally, and carefully targeted to maximize cost-efficiency and benefits for the marine ecosystem.
In this thesis, four case studies are developed which demonstrate how spatially explicit analyses can support seascape conservation, sustainable use of marine areas, as well as effective management actions: (1) locate key areas for conservation, (2) pinpoint areas for effective nutrient abatement, (3) identify locations for marine mineral extraction, and (4) estimate potential future changes in key communities with the projected declines in marine environment. This thesis aims to show how extensive data combined with appropriate spatial analysis paths together with cross-disciplinary marine science can support seascape conservation and ecosystem-based marine management. The role of management in sustaining marine biodiversity is investigated and the applicability of methods developed in terrestrial realm to marine environments is evaluated.
The case studies are located in the northern Baltic Sea, where multiple stressors threaten marine biodiversity. The work relies on extensive species inventory data from 140,000 underwater sites, collected by the Finnish Inventory Programme for the Underwater Marine Environment (VELMU). Statistical modelling was used in case studies (1) and (4) to explain the distribution of species, and further in case studies (2) and (3) in describing hypoxia probabilities and the occurrence of ferromanganese concretions, respectively. Further, key areas for conservation were identified with spatial prioritization in case study (1).
Based on the results, current marine protected areas (MPAs) leave almost three-quarters of ecologically important species occurrence areas unprotected. This highlights the need to further develop current MPA network, and the role of spatial planning in guiding the allocation of marine areas to human activities. Knowledge of unprotected key areas can be further utilized to promote private seascape conservation and sustainable use of marine areas. In case study (2), areas naturally prone to hypoxia development were identified with spatial analyses, borrowing concepts and methodologies from landscape ecology. The approach developed can be used to optimally target nutrient abatement measures to where they are most likely to be efficient, as well as explain why some areas are more or less immune to nutrient abatement actions already taken. Case study (4) further emphasizes that some areas would benefit more from nutrient abatement measures than others. Case study (3) demonstrated that marine minerals, namely ferromanganese concretions, are more widespread than previously anticipated. As concretions hold high quantities of minerals targeted by the emerging seabed mining industry, there may be economic opportunities for such extraction activities to take place also in the Baltic Sea. Results of the case studies (1) and (3) can guide detrimental mining activities to ecologically less valuable areas, where abundant concretions can be found.
Spatially explicit analyses described in case studies (1)–(4) can provide valuable support for seascape conservation and ecosystem-based management and can give further guidance for sustainable use of marine areas. Finally, efficient management of marine areas requires the integration of local management actions into wider policy processes. Ecosystem-based marine spatial planning needs to adopt place-based management strategies and decisions that are actionable at various spatial scales and can be implemented locally.Meriekosysteemien tila heikkenee kiihtyvällä tahdilla ympäri maailman. Jo nyt kaikissa maailman merissä monimuotoisuus hupenee, populaatiot pienenevät, vieraslajit leviävät ja lajien yhteisörakenteessa tapahtuu muutoksia. Näitä haasteita ratkotaan monella eri poliittisella tasolla, ja meren hyvälle ekologiselle tilalle pyritään asettamaan selkeitä tavoitteita. Monet direktiivit, säädökset ja linjaukset ovat globaaleja ja alueellisia, vaikka meriekosysteemejä kohtaavat uhat, erityisesti rannikolla, ovat hyvin paikallisia. Parhaiden tulosten saavuttamiseksi direktiivien ja säädösten toimeenpanon pitäisi olla paikallisesti suunniteltuja ja huolellisesti kohdennettuja siten, että merien käytön kustannustehokkuus ja meriekosysteemien säilyvyys voitaisiin turvata.
Tässä väitöskirjassa osoitetaan neljän tapaustutkimuksen keinoin, miten paikallisesti räätälöidyt spatiaaliset analyysit voivat tukea tehokasta meren suojelua ja hallintaa: (1) paikallistamalla suojelun avainalueet, (2) osoittamalla alueet tehokkaalle ravinteiden vähentämiselle, (3) tunnistamalla kohteet mereisten mineraalien louhinnalle ja (4) arvioimalla mahdolliset muutokset avainyhteisöissä heikkenevän meren tilan myötä. Tämä väitöskirja osoittaa, miten laajat aineistot ja spatiaaliset analyysit yhdessä poikkitieteellisen merentutkimuksen kanssa voivat tukea meren suojelua ja ekosysteemilähtöistä meren käytön hallintaa, ja mikä rooli merien käytön suunnittelulla on meren monimuotoisuuden ylläpitämisessä. Väitöskirjan tavoitteena on myös arvioida alun perin terrestriselle puolelle kehitettyjen työkalujen käytettävyyttä meriympäristössä.
Tapaustutkimukset sijoittuvat pohjoiselle Itämerelle, jossa meriympäristössä kertaantuvat paineet uhkaavat meriluonnon monimuotoisuutta. Tutkimukset nojaavat laajaan vedenalaiseen inventointiaineistoon 140,000 näytepisteeltä, jotka on kerätty Suomen vedenalaisen meriluonnon monimuotoisuuden inventointiohjelmassa (VELMU). Tilastollista mallinnusta käytettiin tapaustutkimuksissa (1) ja (4), joissa mallinnettiin lajien levinneisyyttä, ja edelleen tapaustutkimuksissa (2) ja (3), joissa kuvattiin vastaavasti hapettomuuden todennäköisyyksiä ja mereisten mineraalien, tässä esimerkkinä käytettyjen rautamangaanisaostumien esiintymistä. Lisäksi tapaustutkimuksessa (1) tunnistettiin suojelulle tärkeitä alueita spatiaalisen suojelupriorisoinnin avulla.
Tulosten perusteella nykyiset merisuojelualueet jättävät melkein kolme neljäsosaa ekologisesti merkittävien lajien esiintymisalueista suojelematta. Tämä korostaa tarvetta kehittää edelleen nykyistä merensuojelualueiden verkostoa sekä aluesuunnittelun roolia toimintojen sijoittelussa merialueilla. Suojelematta jääneitä alueita voidaan suositella suojeltavaksi yksityisillä suojelualueilla ja ottaa huomioon meren kestävässä käytössä. Toisessa tapaustutkimuksessa tunnistettiin luonnollisesti hapettomia alueita, lainaten käsitteitä ja menetelmiä maisemaekologiasta. Tällä lähestymistavalla voidaan kohdentaa toimenpiteitä ravinteiden vähentämiseen alueille, joista niistä on eniten hyötyä, ja toisaalta selittää miksi jotkin alueet ovat immuuneja jo tehdyille vähentämistoimenpiteille. Neljännessä tapaustutkimuksessa myös esitettiin, miten eri alueet reagoivat eri tavoin ravinteiden vähentämiseen johtaviin toimenpiteisiin. Kolmannessa tapaustutkimuksessa havainnollistettiin, miten mereiset mineraalit, rautamangaanisaostumat, ovat huomattavasti laajemmalle levinneitä kuin aiemmin on luultu. Koska saostumat sisältävät suuria määriä kaivosalan tavoittelemia mineraaleja, mereiselle kaivostoiminnalle saattaa tulevaisuudessa olla taloudellisia edellytyksiä Itämerellä. Tapaustutkimukset (1) ja (3) voivat ohjata mereistä kaivostoimintaa ekologiselta kannalta vähiten arvokkaille alueille, ja toisaalta alueille, joilla saostumia esiintyy runsaasti.
Tapaustutkimukset (1)–(4) voivat tukea päätöksentekoa, jotka liittyvät meren suojeluun ja ekosysteemilähtöiseen meren kestävään käyttöön. Merialueiden käytön tehokas hallinta vaatii myös paikallistoimien integrointia laajempiin politiikkaprosesseihin. Ekosysteemilähtöisen merialuesuunnittelun pitää omaksua strategioita ja päätöksiä, jotka ovat toteutettavissa monella eri mittakaavan tasolla, ja joita voidaan soveltaa paikallisesti erilaisilla alueilla
