Värimaljakoe

Pölyttäjähyönteisten väri- ja elinympäristömieltymysten tutkiminen värimaljojen avulla

Tommi Nyman
Tommi.Nyman@uef.fi
Ympäristö- ja biotieteiden laitos, Itä-Suomen yliopisto

Tässä harjoituksessa tutkitaan kukkien värin ja elinympäristöjen merkitystä pölyttäjähyönteisille pyydystämällä hyönteisiä vettä sisältävien värimaljojen avulla. Saaliiksi saadut hyönteiset määritetään, ja eri lajien ja lajiryhmien lukumäärät taulukoidaan. Kun aineisto analysoidaan tilastollisesti monimuuttujamenetelmillä, voidaan testata ympäristön ja värin merkitystä sekä laji- että yhteisötasolla. Menetelmän opettelu on myös sikäli hyödyllistä, että värimaljapyyntejä käytetään esimerkiksi Metsähallituksen, Luonnonvarakeskuksen ja Suomen ympäristökeskuksen hyönteisseurannoissa.

Avainsanat: elinympäristöt, hyönteiset, kukat, monimuuttuja-analyysi, pölytys, yhteisörakenne

PDF: Värimaljakoe

Eriväriset muoviset lautaset, joihin on kerääntynyt hyönteisiä.
Erivärisillä vettä sisältävillä värimaljoilla voidaan selvittää eri alueiden hyönteislajistoa ja tutkia pölyttäjähyönteisten värimieltymyksiä. Kuvat: Tommi Nyman CC BY-SA (4.0)

Johdanto

Pölyttäjähyönteiset etsivät kukista mettä tai siitepölyä, mutta ne löytävät kukat niiden värien, muodon ja tuoksun perusteella. Eri pölyttäjälajit ja –ryhmät suosivat kuitenkin eri kasvilajeja, joten niillä voi olla hyvinkin erilaisia mieltymyksiä kukkien värien suhteen. Koska yksittäiset kasvilajit kasvavat yleensä tietynlaisissa elinympäristöissä, myös pölyttäjien välillä voi olla eroja siinä, millaisissa ympäristöissä ne esiintyvät.

Pölyttäjähyönteisten lajikoostumusta voidaan tehokkaasti tutkia värimaljojen avulla. Värimaljat ovat yksinkertaisesti erivärisiä syviä lautasia, joiden sisällä on vettä, johon kukkia etsivät hyönteiset hukkuvat. Värimaljoja käytetään esimerkiksi yksittäisten hyönteislajien esiintymisen kartoittamiseen tai tiettyjen paikkojen hyönteislajiston selvittämiseen, mutta monimutkaisemmilla koeasetelmilla voidaan myös tutkia värin ja elinympäristöjen vaikutusta hyönteislajistoon. Tällöin pyyntejä tehdään asettelemalla erivärisiä maljoja erilaisiin elinympäristöihin. Kun toistoja on paljon, aineistoa voidaan analysoida tilastollisesti etäisyys- ja mallipohjaisten monimuuttujamenetelmien avulla.

Nollahypoteesina on näin ollen se, että erivärisistä maljoista ja erilaisista elinympäristöistä saadaan keskimäärin samanlaisia määriä kaikkia pölyttäjähyönteislajeja. Vaihtoehtohypoteesin mukaisessa tilanteessa saaliiksi saatujen hyönteisten lajikoostumus ja yksittäisten lajien yleisyys eroavat eri väristen ja eri ympäristöissä olleiden maljojen välillä.

Ajankohta

Värimaljapyyntejä voi tehdä koko kesän ajan, mutta alku- ja keskikesällä lajisto on monipuolisempaa kuin syksymmällä. Ajankohtaa tärkeämpää on säätila, koska pölyttäjähyönteiset liikkuvat mieluiten aurinkoisella säällä. Sään ei tosin tarvitse olla koko kokeen ajan erinomainen, koska hyönteiset aktivoituvat nopeasti sään salliessa. Yksittäisen pyynnin suorittamiseen riittää, että maljat asettelee pyyntiin aamulla ja kerää pois iltapäivällä, mutta aineiston kokoa ja testien tilastollista voimakkuutta voi kasvattaa suorittamalla pyyntejä useampana päivänä.

Koeasetelma

Pölyttäjähyönteisten keruuseen tarvittava välineistö on halpaa ja yksinkertaista (ks. pdf-version Liite 1.), koska värimaljoina voi käyttää erivärisiä muovisia ja tarpeeksi syviä lautasia (tarpeen vaatiessa maljoja voi valmistaa itse spraymaalaamalla lautasia). Yksittäinen malja täytettään vedellä niin, että vedenpinta on noin sentin verran lautasen yläreunan alapuolella. Kussakin maljassa olevaan veteen tipautetaan pyynnin alussa 2-3 tippaa astianpesuainetta, jolloin pintajännitys poistuu ja saaliiksi saadut hyönteiset hukkuvat nopeammin. Pyynnin loputtua kunkin maljan hyönteiset kerätään pinsettien avulla denaturoitua alkoholia sisältävään näytteenottoputkeen (pelkkä vesikin käy, jos hyönteiset määritetään samana päivänä) (Kuva 1.). Jokaiseen putkeen laitetaan etiketti, josta ilmenee maljan väri, ympäristö, näytteenottopaikka ja päivämäärä (etiketit kannattaa printata etukäteen laserprintterillä tai kirjoittaa lyijykynällä – kuulakärkikynällä tai tussilla kirjoitettu teksti liukenee viinaan). Laboratoriossa kunkin putken hyönteiset määritetään ja lasketaan, ja aineisto taulukoidaan.

Opiskelijat maastossa nyppimässä hyönteisiä keltaiselta värimaljalta.
Kuva 1. Pyynnin lopuksi saalis nypitään maljoilta teräväkärkisillä pinseteillä näyteputkiin. Kuva: Tommi Nyman CC BY-SA (4.0)

Mikäli tarkoituksena on analysoida kokeen tuloksia tilastollisesti, aineistoon pitää saada toistoja. Tämä onnistuu esimerkiksi niin, että kullekin näytteenottopaikalle asetellaan värimaljalinja, jossa on kymmenen metrin välein ryhmä erivärisiä pyyntimaljoja (Kuva 2.). Kuhunkin näytteenottopaikkaan laitetaan esim. 10 värimaljakolmikkoa. Jos tarkoituksena on testata myös elinympäristön vaikutusta, myös elinympäristöistä tarvitaan toistoja. Tämä voidaan tehdä esim. niin, että pyyntilinjoja asetetaan kuuteen eri paikkaan, joista puolet edustavat esimerkiksi kuusikkoa ja puolet niittyä.

Piirretty kaavakuva, jossa kolme erivärisen maljan ryhmiä on asetettu kymmenen metrin välein.
Kuva 2. Esimerkki maljojen asettelusta maastoon.

Koeasetelmaa suunnitellessa on kuitenkin huomattava, että toistona on nimenomaan yksittäinen värimalja, joten määritettävien toistojen määrä nousee nopeasti tutkimusalueiden ja elinympäristöjen lisääntyessä (Kuva 3.). Yllä olevan esimerkin mukaisessa tilanteessa määritettäviä maljoja olisi 3 väriä * 10 ryhmää * 2 elinympäristöä * 3 ympäristötoistoa = 180 yhteisönäytettä. Koeasetelmaa kannattaa siis säätää käytettävissä olevan määrittäjämäärän, -taidon ja ajan suhteen.

Aineistonkeruulomakkeet

Koska aineiston toistona on yksittäinen värimalja, aineisto kootaan Excel-tiedostoon, jossa yksittäiset maljat ovat riveinä ja niiden sisältämät hyönteislajit sarakkeina; kuhunkin soluun merkitään näin ollen tietyn hyönteislajin yksilöiden lukumäärä tietyssä maljassa. Jokaisella maljalla on yksilöllinen koodi, joka kannattaa suunnitella niin, että maljan väri, numero, ympäristö ja näytteenottopaikka ilmenevät suoraan koodista. Koodisarakkeen jälkeisissä sarakkeissa listataan kuitenkin erikseen samat taustatiedot kunkin maljan osalta, jotta tilastoanalyyseissä käytettävät ohjelmat osaisivat ryhmitellä maljat oikein. Tulokset kootaan esimerkiksi seuraavanlaiseen Excel-taulukkoon: Värimaljakoe

Aineiston tilastollisen analysoinnin kannalta ei ole välttämätöntä, että hyönteiset on määritetty lajitasolle, eikä se yleensä ole mahdollistakaan aika- ja taitorajoitteiden takia. Yksittäiset sarakkeet voivatkin edustaa lajien sijasta esim. sukuja, heimoja tai jopa lahkoja. Alhainen määritystarkkuus voi lisätä kohinaa aineistossa, mutta tulokset ovat yleensä silti suhteellisen selviä. Tilastoanalyysit voi myös rajata sellaisiin hyönteisryhmiin, joissa yksilöt saa määritettyä lajilleen suhteellisen helposti (esim. kimalaiset tai kukkakärpäset). 

Laajan kokeen saaliina kerätyt hyönteiset säilöttynä denaturoitua alkoholia sisältäviin näyteputkiin.
Kuva 3. Yksittäisten värimaljojen saalis kerätään maastossa etiketöitynä erillisiin putkiin, ja hyönteiset määritetään ja taulukoidaan laboratoriossa. Tässä on kuvattuna laajan ja työlään kokeen saalis, mutta koeasetelmaa voi yksinkertaistaa huomattavasti harjoituksen nopeuttamiseksi. Kuva: Tommi Nyman CC SA-BY (4.0)

Aineiston analysointi

Koeasetelmasta riippuen värimaljapyynneistä saatava aineisto mahdollistaa hyvinkin monimutkaisten tilastoanalyysien tekemisen. Aluksi kannattaa kuitenkin tehdä yksinkertaiset palkkikaaviot tai boxplot-kuvat eri elinympäristöjen ja värivatien keskimääräisistä hyönteismääristä, jolloin saa yleiskuvan aineiston rakenteesta ja vaihtelusta (Kuva 4.). Kuvat voi tehdä esimerkiksi kokonaislukumäärille tai erilaisille taksonomisille ryhmille (esim. pistiäiset, kaksisiipiset ja kovakuoriaiset). Maljakohtaiset summat eri taksonomisille tasoille on helppo laskea taulukkolaskentaohjelmassa saaliin taulukoinnin jälkeen.

Kaksisiipisten yksilömäärien vaihtelua kuvaava boxplot-kuvio.
Kuva 4. Esimerkki boxplot-kuvasta, jossa on kuvattu kaikkien kaksisiipislajien (Diptera) yhteenlaskettujen yksilömäärien vaihtelua keltaisissa, sinisissä ja valkoisissa värimaljoissa kolmessa eri elinympäristössä Konnevedellä kesällä 2016 tehdyssä harjoituksessa.

Värin ja/tai elinympäristön vaikutusta maljakohtaisiin saalisyhteisöihin voi tutkia tekemällä NMDS-ordinaation (Non-metric Multidimensional Scaling) PC-Ord:issa tai vastaavassa monimuuttuja-ohjelmassa. Tällöin täytyy kuitenkin harkita laji- tai taksonikohtaista standardointia, jotta yleiset lajit eivät saa suhteettoman suurta painoarvoa tuloksissa. Standardoinnin voi tehdä esimerkiksi suhteuttamalla solukohtaiset yksilömäärät sarakekohtaiseen maksimiin tai keskihajontaan ennen ordinaatiota. Väri- ja ympäristövaikutusta voi testata PC-Ordissa MRPP-testillä (Multi-Respose Permutation Procedures).

Mallipohjaisiin monimuuttuja-analyyseihin voi käyttää ilmaista mvabund-pakettia R-ohjelmiston sisällä. Mallipohjaiset menetelmät mahdollistavat yhteisötason väri- ja ympäristövaikutuksen analysoimisen lisäksi lajikohtaisen testaamisen, jolloin voi tarkastella eroja eri lajien ja taksonien välillä.

Harjoituksen muokkausmahdollisuudet

Tässä ohjeessa on kuvattu koeasetelma, joka sopii monimutkaisten tilastollisten analyysien tekemiseen. Mikäli tavoitteena on lähinnä pyyntimenetelmän ja hyönteislajiston opettelu, harjoitusta voi yksinkertaistaa huomattavasti. Värien ja elinympäristöjen vaikutus on yleensä sen verran selvä, että pienilläkin toistomäärillä saa mielenkiintoisia tuloksia aikaiseksi. Alentamalla määritystarkkuutta tai keskittymällä helposti määritettäviin hyönteisryhmiin voidaan säätää harjoituksen vaatimaa aikaa. Toisaalta harjoitusta voi myös laajentaa miltei rajattomasti, jos mukaan ottaa esimerkiksi useampia värejä ja elinympäristöjä laajalta alueelta (jolloin joutuu ottamaan huomioon myös paikkavaikutuksen), tai jos tilastoanalyyseihin sisällyttää myös ajankohdan, lämpötilan tai sään vaikutuksen.

Lähteet

Campbell D.R., Bischof M., Load J.M., & Robertson A.W. (2010) Flower color influence insect visitation in alpine New Zealand. Ecology, 91, 2638–2649.

Campbell J.W. & Hanula J.L. (2007) Efficiency of Malaise traps and colored pan traps for collecting flower visiting insects from three forested ecosystems. Journal of Insect Conservation, 11, 399–408.

James F.C. & McCulloch C.E. (1990) Multivariate analysis in ecology and systematics: panacea or Pandora’s box? Annual Review of Ecology and Systematics, 21, 129–166.

McCune B. & Mefford M.J. (2006) PC-ORD: Multivariate Analysis of Ecological Data, ver. 5.33. MjM Software, Gleneden Beach, Oregon, USA. .

R Development Core Team (2016) R: a language and environment for statistical computing. https://www.r-project.org/.

Roulston T.H., Smith S.A., & Brewster A.L. (2007) A comparison of pan trap and intensive net sampling techniques for documenting a bee (Hymenopter: Apiformes fauna. Journal of the Kansas Entomological Society, 80, 179–181.

Saunders M.E. & Luck G.W. (2013) Pan trap catches of pollinator insects vary with habitat. Australian Journal of Entomology, 52, 106–113.

Vrdoljak S.M. & Samways M.J. (2012) Optimising coloured pan traps to survey flower visiting insects. Journal of Insect Conservation, 16, 345–354.

Wang Y., Naumann U., Wright S.T., & Warton D.I. (2012) Mvabund – an R package for model-based analysis of multivariate abundance data. Methods in Ecology and Evolution, 3, 471–474.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *