Tilannekuva Savijoelta – vedenlaatu 405 päivää kipsin levityksen jälkeen

Petri Ekholm
Erikoistutkija Suomen ympäristökeskus

Säät ovat suosineet hankettamme. Viime vuoden kuiva syksy sopi kipsin levitykselle, ja tämän syksyn märkyys taas on asettanut kipsin koetukselle. Juuri tällaisia ankaria testejä tarvitsemme voidaksemme arvioida kipsin tehoa. Miltä siis näyttää lupauksemme kirkkaammasta Savijoesta ja vähentyneestä fosforikuormituksesta 405 päivää ja 232 valumavesimillimetriä kipsin levityksen jälkeen?

Blogieni lukijat muistavat, että fosforia kulkeutuu pelloilta vesiin kahdessa muodossa: maa-ainekseen sitoutuneena ja veteen liuenneena. Näiden fosforimuotojen rehevöittävyys ja huuhtoutumismekanismit poikkeavat toisistaan. Niinpä jotkut ympäristötoimet voivat purra maa-ainesfosforin huuhtoutumiseen, mutta jopa lisätä liuenneen fosforin huuhtoutumista. Tätä emme tahdo, ja aiempiin tutkimuksiin perustuva oletuksemme onkin, että kipsi vähentää kummankin fosforimuodon huuhtoutumista Savijoen valuma-alueella

Smoke-elokuvassa Auggie-kauppias otti joka päivä valokuvan liikkeensä edustan kaupunkimaisemasta. Jos tämä Harvey Keitelin esittämä hahmo olisi pitänyt kauppaansa Savijoen rannalla, saisimme kuivina kausina katsoa kuvia, jotka näyttäisivät pitkästyttävän samanlaisilta. Tulva-aikoina taas päivittäinenkään ”kuvanotto” ei riittäisi ilmentämään veden ja sen kuljettaman fosforin vaihtelua.

SAVE-hankkeen anturit rekisteröivät Savijoen veden laatua kerran tunnissa. Näin saamme tarkan käsityksen veden sameudesta ja sitä kautta maa-ainesfosforin pitoisuudesta. Ihan joka tunti dataa ei kuitenkaan kerry, sillä antureissa on aika ajoin häiriöitä: ne ovat hautautuneet joen pohjamutaan, niiden optiset sensorit ovat tukkiutuneet roskista ja välillä ne on ollut pakko nostaa ylös huoltoa varten. Katkostilanteet hoidan laskennallisesti; kokonaiskuva joesta kestänee pienen editoinnin.

Savijoki rauhoittumassa joulun viettoon. Mittapato joulukuussa 2017. Kuva: Jarkko Ylijoki

Tunnittaisesta aineistosta lasken kullekin havaintopaikalle maa-ainesfosforin kulkeuman kertomalla pitoisuuden valunnalla­­ – tai siis laittamalla SAS-nimisen ohjelmiston duuniin. Ohjelmistolta laskenta ja laatukonversiot hoituvat muutamassa sekunnissa, minulta siinä menisi hermot. Tulokseksi saan tiedon, kuinka paljon maa-ainesfosforia on kulkeutunut kipsittömällä vertailualueella Savijoen mittapadolla, pilottialueen keskellä Yliskulmassa ja alajuoksulla Parmaharjulla. Tulkitessani tuloksia oletan toistaiseksi, että kaikki maa-ainesfosfori tulee pelloilta, mikä ei toki pidä paikkaansa, mutta kohtelee kipsikäsiteltyjä ja kipsittömiä peltoja tasapuolisesti. Aineiston kertyessä myös laskentamenetelmää tullaan kehittämään niin, että erilaisia valuma-aluetekijöitä ja epävarmuuksia otetaan huomioon tilastotieteen keinoin.

Ajalta ennen kipsin levitystä aineistoa on 164 päivältä, helmikuun puolivälistä heinäkuun 2016 loppuun. Vettä tuona jaksona valui 112 mm ja Savijoen yläjuoksun vertailualueella huuhtoutui 0,34 kiloa maa-ainesfosforia peltohehtaaria kohden. Yliskulmassa vastaava arvo oli 0,46 kg/ha, mikä tarkoittaa, että pilottialueen yläosassa, mittapadon ja Yliskulman välisellä alueella, pellot ovat olleet kuormittavampia kuin vertailualueella. Pilottialueen yläosassa peltohehtaarilta on huuhtoutunut 0,53 kg fosforia ja pilottialueen alaosassa, Yliskulmalta Parmaharjulle, lähes saman verran 0,48 kg/ha. Miten tilanne muuttui kipsin levityksen myötä?

Kipsin levityksen jälkeistä aineistoa on toistaiseksi käsitelty 405 päivän ajalta ja 232 valuntamillimetrin osalta, marraskuun 2016 alusta joulukuun kymmenenteen päivään 2017. Tämän jakson aikana vertailualueen pelloilta kulkeutui 1,7 kg/ha maa-ainesfosforia, mutta kipsinlevitysalueen keskiosassa vain 1,4 kg/ha ja alaosassa 1,3 kg/ha. Jotakin on siis tapahtunut. Jotta näistä luvuista päädyttäisiin kipsin todelliseen tehoon, meidän on otettava huomioon kipsikäsiteltyjen peltojen määrä. Nimestään huolimatta kipsinlevitysalueen yläosassa ”vain” 47 % pelloista sai kipsikäsittelyn, alaosassa 54 %. Kun tämä otetaan huomioon, kipsikäsitellyiltä pelloilta on huuhtoutunut 42 % vähemmän maa-ainesfosforia kuin kipsittömiltä pelloilta. Tällaiseen lukuun päästään Yliskulman mittausten perusteella. Parmaharjun mukaan vähennysprosentti on korkeampi: 50. Kipsin teho on vieläkin suurempi, jos laskennassa otetaan huomioon se, että kipsinlevitysalueen pellot vaikuttivat olevan luontaisesti kuormittavampia kuin vertailualueella.

Entäpä liuennut fosfori? Siitä meillä on huomattavasti harvempi aineisto, vaikka Lounais-Suomen vesiensuojeluyhdistys on tuottanut meille lisäaineistoa. Koska liuenneen fosforin arviointi perustuu käsinäytteenottoon ja laboratoriomäärityksiin, ”valokuvia” eli näytteitä on otettu yli kahden viikon välein. Pitoisuudet ovat Parmaharjulla olleet noin 10 % pienempiä kuin mittapadolla, joten kipsikäsitellyiltä pelloilta näyttää huuhtoutuneen noin viidenneksen vähemmän liuennutta fosforia kuin kipsittömiltä pelloilta. Koska liuenneen fosforin pitoisuudet eivät vaihtele niin voimakkaasti kuin maa-ainesfosforin, tilannetta ei tarvitse joka päivä saati sitten joka tunti seurata. Tarkempi arvio vaatisi kuitenkin vielä muutaman näytteen täyden tulvatilanteen ajalta.

Maa-ainesfosforin osalta tiedämme, että kipsi on tepsinyt: Savijoki on tullut kirkkaammaksi. Muutosta voi ehkä olla vaikea uskoa. Syksyllä joessa on näkynyt, erästä viljelijää lainatakseni, kaikkea polkupyörää pienempää. Vaikka ihmissilmä ei eroa havaitsisikaan, Luoteen antureilla mitattuna sameusero on selvä. Toki myös maa-ainesfosforin vähentymäprosentti tarkentuu aineiston täydentyessä ja tulkintamenetelmien parantuessa, mutta enemmän alamme nyt jännittää sitä, kuinka pitkään kipsi vielä tehoaa. Laskelmieni mukaan noin 85 % kipsistä on vielä maassa, joten oletan anturien jatkossakin rekisteröivän Yliskulmalla ja Parmaharjulla pienempiä sameuksia kuin mittapadolla. Ennen kipsin levitystä tilannehan oli toisinpäin.

Kipsi kirkasti syksyisen Savijoen

Petri Ekholm
Erikoistutkija
Suomen ympäristökeskus

Kuiva syksy oli luojan lykky kipsin levityksen kannalta, mutta vaikutustutkimuksen kannalta se oli kiusallinen: tietoa kipsin tehosta jouduttiin odottamaan pitkään. Vasta marraskuun puolivälin jälkeen sattui syksyn ensimmäinen valuntapiikki, kun varhain tullut lumi suli ja lisäksi satoi vettä.

Tuona aikana kävin useita kertoja päivässä netistä tarkastamassa, miten sameus Savijoen eri mittauspisteillä kehittyy. Lauantaina 19.11. tilanne näytti huolestuttavalta: valumien alkaessa kasvaa kaikkein korkeimmat sameudet havaittiin kipsinlevitysalueen alaosassa Parmanharjulla.

Marraskuun valuntapiikki
Jatkuva-aikaisessa vedenlaadun seurannassa kipsin vaikutuksia alkoi näkyä marraskuussa. Syksyn ensimmäisen suuren valuntapiikin jälkeen kipsinlevitysalueella (vihreä ja punainen) Savijoen veden sameusarvo (FTU, pystyakseli) on ollut matalampi kuin vertailualueella (sininen). Kuva: Petri Ekholm / SAVE.

Tämä paljastui kuitenkin ohimeneväksi ilmiöksi ja seuraavan vajaan kahden viikon aikana sameus oli selvästi korkein Savijoen yläosan vertailualueella, jossa kipsiä ei käytetty. Kipsinlevitysalueen keskiosassa sameus oli jonkin verran vertailualuetta matalampi, ja selvästi kirkkainta vesi oli Parmanharjulla.

Keskimäärin Parmanharjulla jokiveden sameus oli 29 % pienempi kuin vertailualueella. Koska Parmanharjun yläpuolisen valuma-alueen pelloista vain 43 % on kipsattu, kipsipellolta on valunut laskennallisesti 68 % kirkkaampaa vettä. Nyt jännäämme, jatkuuko tilanne näin hyvänä – sameuden pienentyessähän myös fosforipitoisuudet pienenevät. Tuo Parmanharjun ensimmäinen sameuspiikki saattoi muuten johtua joen pohjalle vajonneen aineksen liikkeelle lähdöstä tulvan alussa ja tähän materiaaliin kipsi ei teoriassakaan vaikuta.

Savijokea seurataan 24/7 – miltä näyttää?

Petri Ekholm, Erikoistutkija, Suomen ympäristökeskus

SAVE-hanke seuraa Savijoen vedenlaatua ja -määrää kolmella havaintopaikalla. Savijoen yläjuoksun vertailualueelta, jossa kipsiä ei käytetä, on otettu vesinäytteitä jo 1960-luvulta lähtien. Kipsinlevitysalueella sijaitsevien Yliskulman ja Parmanharjun asemat ovat SAVE-hankkeen varta vasta perustamia. Luode Consultingilta vuokratut automaattiset anturit ovat mitanneet kaikilla kolmella asemalla vedenlaatua kerran tunnissa aina tämän vuoden helmikuusta lähtien. Aineisto varastoidaan dataloggeriin ja siirretään verkkoon, josta veden pinnankorkeus sekä sameus, sähkönjohtavuus, lämpötila ja liuenneen orgaanisen hiilen pitoisuus on nähtävissä lähes välittömästi.

Mittapato talvella
Vertailualueen mittausasema talvella. Kuva: Mikko Kiirikki

Nyt seuraa tiivis opetustuokio vedenlaadun indikaattoreista. Sameus kuvaa valon sirontaa veden hiukkasista. Silmin havaittavan sameuden lisäksi se kuvaa veden kiintoaineen ja siihen sitoutuneen fosforin määrää. Kun sameusarvo on esimerkiksi 1000 FTU:a, niin vedessä on kiintoainetta noin 1 gramma litrassa ja kiintoaineeseen sitoutunutta fosforia 1,4 milligrammaa litrassa. Tällöin vesi on käytännössä läpinäkymätöntä. Sameuden yksikkö, FTU, viittaa sameaan yhdisteeseen, formatsiiniin, jonka avulla mittarit kalibroidaan (FTU = Formazin Turbidity Unit). Sähkönjohtavuus taas kertoo veteen liuenneiden ionien, ”suolojen”, määrän. Sen perusteella arvioidaan sulfaattipitoisuutta ja sitä kautta kipsin vähittäistä huuhtoutumista pelloilta. Lämpötila antaa viitteitä siitä, onko Savijoessa virtaava vesi pintavaluntavettä vai pohjavettä. Liuennut orgaaninen hiili kuvaa veden humusaineiden pitoisuutta. Anturit mittaavat myös Savijoen pinnankorkeuden, jonka perusteella määritetään veden valunta. SAVE-hankkeessa vedenlaatua tutkitaan suhteessa valuntaan, sillä pelloilta tuleva kuormitus riippuu ratkaisevasti valunnasta.

Eli: sameus, sähkönjohtavuus, lämpötila, orgaaninen hiili ja pinnankorkeus. Pysyitkö mukana? Hyvä!

Anturit tuottavat hyvin luotettavia tuloksia: ne on kalibroitu laboratoriossa erittäin tarkasti, ja maastossa mittareiden puhtauden takaa sensoreiden järeä harjaspuhdistus, joka poistaa optisilta pinnoilta roskat ja vedessä helposti muodostuvat biofilmit. Tämän lisäksi mittareita huolletaan parin viikon välein ja kalibroidaan kaksi kertaa vuodessa. Mittalaitteiden laadusta tutkimuksen onnistuminen ei siis jää kiinni!

Automaattinen sensori
Automaattiset sensorit mittaavat Savijoen vedenpinnan korkeutta sekä veden lämpötilaa, sameutta, suolaisuutta ja liuennutta orgaanisen aineksen pitoisuutta kerran tunnissa. Kuva: Mikko Kiirikki

Automaattisilla antureilla ei kuitenkaan saada vedenlaadusta kokonaiskuvaa. Siksi Savijoesta otetaan muutamia kertoja kuukaudessa myös vesinäytteitä, joista analysoidaan Rambollin Lahden laboratoriossa pitkä lista vedenlaatua kuvaavia muuttujia. Ehkä tärkein näistä on liuennut fosfori, jota ei – lukuisista yrityksistä huolimatta – edelleenkään voida määrittää automaattisilla sensoreilla. Liuennut fosfori on sataprosenttisesti leville käyttökelpoista, ts. täysin rehevöittävää fosforia. Maa-ainesfosforin sen sijaan on ensin vapauduttava liuenneeseen muotoon, jotta levät ja muut vesien perustuottajat voisivat sen käyttää hyväkseen. Kipsikäsittelyn toivotaan vähentävän niin liuenneen kuin maa-ainesfosforinkin kulkeutumista pelloilta vesiin. Myös liuenneen orgaanisen hiilen pitoisuuden odotetaan laskevan. Toive on, että pitoisuudet laskisivat erityisesti runsasvetisinä kausina, jolloin suurin osa ravinteista kulkeutuu vesiin.

Kun merkittävä osa kipsistä on nyt jo levitetty Savijoen pelloille, voidaanko kipsikäsittelyn tehosta sanoa jo jotakin?

Tämä syksy on ollut varsin kuiva ja Savijoen vesi on ollut melko kirkasta niin kipsin levitysalueella kuin vertailualueellakin. Lokakuun alussa saatiin kuitenkin jonkin verran sateita. Tulokset tuolta ajalta ovat rohkaisevia. Savijoen yläjuoksulla, jossa kipsiä ei siis ole käytetty, sameus nousi arvoon 68 FTU. Se ei toki ole paljon samealle Savijoelle, mutta kipsin levitysalueella sameus oli vieläkin matalampi: korkeimmillaan 31 FTU ja usein reilusti alle puolet siitä mitä yläjuoksun vertailualueella. Vesi vaikuttaa siis kirkastuneen ja myös orgaanisen hiilen pitoisuus on ollut kipsinlevitysalueella selvästi matalampi.

”Tulokset ovat rohkaisevia.”

Johtopäätelmiä kipsin tehosta joudutaan kuitenkin odottamaan pitkään, Savijokea seurataan vielä ainakin kaksi vuotta. Ensimmäisistä kunnon syyssateiden aiheuttamasta valuntapiikistä voidaan tosin päätellä jo paljon enemmän. Valuntapiikkiä voidaan kuitenkin joutua odottamaan, sillä seuraavatkin 10 vuorokautta ovat sääennusteen mukaan kuivia.

Pohja näkyvissä

Antti Iho
Antti Iho, Erikoistutkija, Luke

Unohduin nojaamaan otsallani kuivauskaapin oveen ja tuijottamaan tiskiallasta. Altaan pohjalla oli syvä lautanen täynnä vettä. Kippasin kädessäni olevan maitolasin jämät lautaselle. Vesi sameni ja valui reunojen yli. Täytin lasin kirkkaalla vedellä ja kaadoin perään, sameaa valui reunojen yli. Toisen lasillisen. Se, ettei kolmaskaan vesilasillinen tuonut pohjaa näkyviin, herätti minut siitä etunojahorteesta. Miksei se kirkastu?

Veden koettu sameus ei kulje käsi kädessä siinä olevien hippusten määrän kanssa. Savisamea vesi voi näyttää pitkään samealta, vaikka hippusten määrää litraa kohden leikkaisi paljonkin. Näkyvä vaikutus on kiven alla. Tämä tekee savisiin vesiin kohdistuvista suojeluponnisteluista turhauttavia.

Vantaankosken silta (editoitu)
Vanhankaupunginkosken pato ja Viikintien silta. Kuva: Samuli Puroila

Jos syksyllä on ollut pitkään sateetonta, näen Viikintien sillalta Vantaanjoen pohjan, virrassa heiluvat pohjan kasvit ja siinä liikkuvat kalat. Huomasin tämän ensimmäisen kerran elokuussa 1998. Olin kasvanut Vantaanjoen varrella enkä ollut koskaan aiemmin erottanut joen pohjaa – en tiennyt sen olevan mahdollista. Vimmaiselle kalamiehelle tämä oli vavahduttava kokemus. Tämähän on oikea joki!

Saattaa olla, että Vantaanjoki ja ensimmäinen outo kokemus kirkkaammasta joesta ajoivat minua tutkimusaiheeni pariin. Mutta tutkijana sitä lähinnä tekee tutkimuksia, joiden tulokset eivät paljon kulmakarvoja kohottele. Kolme vuotta derivointia – kannattaisi kohdistaa ympäristöohjaus maaperän fosforiin eikä lannoitteeseen. Check. Kaksi ja puoli vuotta mallinnusta ja Matlab-koodausta – korkean fosforitilan maita ei kannata lannoittaa niin paljon. Check. Ei hirveän dramaattista.

Pohja näkyvissä
Syyskuun vähäiset sateet ovat tuoneet Vantaanjoen pohjan esiin. Kuva: Samuli Puroila

2010 loppuneeseen Trap-hankkeeseen osallistuminen oli virkistävä poikkeus. Siinä levitettiin kipsiä sadalle hehtaarille ja katsottiin huolellisella koejärjestelyllä, mitä tapahtuu. Tapahtui ihmeen paljon. Samaan aikaa vedin Tarveke-hanketta, jossa päädyttiin niin ikään levittämään kipsiä. Hankkeessa tutkittiin tarjouskilpailumekanismia. Sen tulokset vahvistivat kuvaa, että kipsi saattaa olla paitsi toimiva, myös viljelijöiden laajasti hyväksymä toimenpide.

Jos kipsi kirkastaa savisia vesiä, ei maksa mielettömästi ja viljelijät ovat laajasti valmiita käyttämään sitä, niin voisiko sitä levittää kokonaiselle valuma-alueelle? Yhtäkkiä olin mukana jossain, joka oikeasti voisi tuottaa näkyviä vaikutuksia. Ja vaikka kohdealueeksi valikoitui Savijoki, ajattelin totta kai Vantaanjokea, josta paikallisten päättäväisyys on tehnyt Suomenlahden merkittävimmän taimenen kutujoen. Mitä jos se olisi vielä kirkkaampi? Harjaisiko kosken katsominen aivoista karstaa vielä tehokkaammin?

Vantaanjoen sakeaa vettä (editoitu)
Kovin hyvä näkyvyys ei kuitenkaan ole edes poutasäiden jälkeen. Kuva: Samuli Puroila

Kipsin levittäminen lisää veden sulfaattipitoisuutta. Sen vaikutukset kaloihin tai mätiin ovat lähinnä hypoteettisia, mutta SAVE-hankkeessa ei jätetä mitään tutkimatta. Hyvä niin. Mutta voiko veden kirkastuminen johtaa muutoksiin kalakannoissa: jäisikö taimenen poikasia enemmän petojen suuhun, vai olisiko petoja vähemmän? Entä kalastuspainetta? Latvapurot kuten Longinoja ovat jo nyt aika kirkkaita, eikä pääuoman kirkastuminen vaikuttaisi näiden poikasten ensimmäisiin elinvuosiin mitenkään. Ja entäpä sitten pääuoma? Mitä jos vesi kirkastuisi ja Vantaan kaupunki lopettaisi kirjolohien kaatamisen jokeen? Entä jos ikänsä Vantaanjoen varrella asuneet ovatkin muodostaneet maitokahvin väriseen veteen tunnesiteen? Niin että vaikka valitsisivat kirkkaan samean sijaan, kuitenkin kaipaisivat vanhaa?

Vanhankaupunginkoski
Vanhankaupunginkosken itäinen haara. Kenties muutaman vuoden kuluttua tässä voi tarkkailla taimenten nousua kirkkaassa vedessä kohti Vantaanjoen latvoja. Kuva: Samuli Puroila

SAVE-hankkeen yhteydessä ajatukseni karkaavat jatkuvasti kalastukseen. Ehkä haluan ajatella, että jokivesiä kirkastamalla teemme kaloille palveluksen. Että ikään kuin osaltani pyydän kaloilta anteeksi, että pyydystän niitä, kopautan nuijalla päähän ja syön. Tai ehkä haluan vain nähdä useammin pohjan ja kiven takana kallistelevan kalan, joka keräilee voimia seuraavaan parin metrin etappiin, ylös- ja eteenpäin.