Kipsikäsittelyn vaikutuksia virtavesien eliöstöön seurattiin Savijoen pilottialueella ja asiaa tutkittiin myös laboratoriossa. Tutkittuja lajeja olivat vuollejokisimpukka, meritaimen, isonäkinsammal – lisäksi seurattiin kalastoa ja päällysleviä. Suomen ympäristökeskuksen (SYKE), Varsinais-Suomen ELY-keskuksen (VARELY) ja Jyväskylän yliopiston (JY) toteuttamien tutkimusten mukaan kipsikäsittelystä ei näytä aiheutuvan vaaraa vesieliöstölle.
Siilinjärven kipsi on osoittautunut hyödylliseksi peltojen ravinnepäästöjen hillitsijäksi Savijoen koealueella. Projektin aikana on selvitetty myös maaperästä liukenevan ja jokeen päätyvän kipsin mahdollisia vaikutuksia Savijoen eliöstössä SYKEn, VARELYn ja Jyväskylän yliopiston yhteistyönä. Sulfaatin, jota kipsikin sisältää, on todettu kirjallisuuden mukaan haittaavan vesieliöstöä. Niinpä erillisten kokeiden toteuttaminen oli tarpeen myös SAVE-projektissa. Erityisen kiinnostuneita olimme joen uhanalaisista lajeista: vuollejokisimpukasta ja meritaimenesta sekä virtavesien avainlajista isonäkinsammalesta. Lisäksi selvitimme kalalajistoa sähkökalastuksin ja päällyslevien kasvua kentällä.
Savijoesta pilottialueen alapuolelta löytyneitä vuollejokisimpukoita (kuva: Rami Laaksonen) sekä altistuskammioita simpukoineen Savijoen yläjuoksulla (kuva: Matti Leppänen).
Vuollejokisimpukka
Vuollejokisimpukkakokeissa mittasimme Perniönjoesta lainattujen simpukoiden aktiivisuutta sumputtamalla niitä Savijoen kipsialtistusalueella ja yläjuoksun vertailupisteellä, sekä tutkimme aikuisten simpukoiden käyttäytymistä ja niiden toukkien selviämistä kipsialtistuksessa laboratoriossa. Syksyn 2016 sumputuskokeissa ei havaittu aktiivisuuden muutoksia kipsiin liittyen (linkki). Simpukoiden laboratoriokäyttäytymiskokeissa jalanliike kasvoi sulfaattipitoisuuden kasvaessa, mutta vasta todella suurissa pitoisuuksissa (1100 mg/L) viitaten simpukoiden kokemaan stressiin. Simpukan toukat eli glokidiot olivat elinvoimaisia testeissä, joissa jäljiteltiin havaittuja Savijoen sulfaattipitoisuuksia (linkki). Kokeiden päätyttyä simpukat palautettiin niiden alkuperäiselle keräyspaikalle. Simpukkakokeiden lisäksi Savijoella tehtiin sukeltamalla linjalaskennoilla simpukoiden tiheysarvioita ja vuosien välisessä vertailussa (2016/2017) ei havaittu selkeitä muutoksia.
Jarno Turunen ja Janne Markkula sähkökalastamassa Savijoella (kuva: Jukka Rapo, Keksi ). Hiekkaisia haudontasylintereitä taimenen alkioiden luontaista kutupesää muistuttavasta ”keinopesästä” (kuva: Maija Hannula).
Kalasto
Meritaimenen lisääntymisolosuhteita Savijoessa jäljiteltiin hautomalla viljelykannan mätimunia jokiuomissa haudontasylintereissä (linkki). Soraistettuja haudontasylintereitä sijoitettiin lokakuussa 2017 kipsinlevitysalueella olevan uoman lisäksi yläjuoksulle sekä metsäisen valuma-alueen verrokkijokeen. Talven jäljiltä elossa olevien alkioiden osuutta arvioitiin keväällä 2018. Valitettavasti kaikkia sylintereitä vaivasi irtohiekka, joka tunkeutui 2 mm rasianrei’istä soraan ja tukahdutti suurimman osan munista. Näin ollen päätelmiä kipsin sulfaatin vaikutuksesta meritaimenen alkioihin ei voitu tehdä. Sähkökalastusta on harjoitettu Savijoen alueella Rynkössä ja Yliskulman purossa/koskessa 2012 ja 2013. Pyynti toistettiin vuonna 2017. Sähkökalastussaaliiden perusteella selkeää muutosta lajisuhteissa ei ole vuosien 2012 ja 2017 välillä (linkki). Tavallisimpien lajien, kuten kivennuoliaisen ja kivisimpukan esiintymistiheydet olivat samanlaisia. Taimenen tiheys oli pienentynyt Yliskulman purossa, mutta ero johtuu todennäköisemmin istutusten ajankohdasta ja tavanomaisesta poikasten tiheyden vaihtelusta. Sähkökalastusseurantaa pitäisi tehdä useamman vuoden ajan, jotta normaali vuosien välinen vaihtelu voidaan luotettavammin erottaa kipsin levityksen vaikutuksesta, mutta valitettavasti aineistoa ei ole enempää ajalta ennen kipsinlevitystä.
Maria Rajakallio nostamassa uomassa ollutta levälaattaa mittauksiin ja Marja Lindholm mittaamassa BenthoTorch-fluorometrillä maastossa päällyslevien määrää. Oikealla uomasta nostettuja laattapareja Savijoen Koskelan tutkimuspaikalla. (Kuvat: Tiina Laamanen, SYKE)
Perustuottajat
Sulfaatin vaikutusta isonäkinsammalen kasvuun testattiin sammalilla, jotka olivat peräisin Muuramejoesta. Kärkiosia altistettiin laboratoriossa eri pitoisuuksille Savijoen vedessä kolmen viikon ajan ja pituuden ja massan muutosta tutkittiin suhteessa altistuspitoisuuteen. Sammalien kasvu hidastui sulfaattipitoisuuden noustessa, mutta oli merkittävästi pienempää vasta pitoisuuksissa lähellä sulfaatin liukoisuusrajaa (1200 mg/L). Pituuskasvun hidastuminen saattoi johtua silmin nähtävästä kipsin saostumisesta sammalen pinnalle, mikä ilmeni myös massan kasvuna. Toisen perustuottajan eli päällyslevien kasvua mitattiin uomassa pidetyillä keinotiilillä klorofyllin eli viherhiukkasten määränä kahdella eri menetelmällä Savijoen Koskelan kipsinlevitysalueella ja mittapadon verokkipisteessä vuosina 2016 ja 2017 (linkki). Koskelassa klorofylliä oli selkeästi enemmän kumpanakin vuotena, ja ero vuosien välillä oli samanlainen molemmissa paikoissa, joten näyttöä kipsin vaikutuksesta levän kasvuun ei ole. Klorofyllin määrissä mitattua eroa selittää parhaiten Koskelan kipsinlevitysalueen ja mittapadon verrokkipaikan erilaisuus valaistus- ja virtausolosuhteissa.
Kipsinlevityksen ja siitä johtuvan pienen sulfaattipitoisuuden nousun ei näiden tutkimusten mukaan pitäisi vaikuttaa ainakaan haitallisesti Savijoen — eikä näin ollen todennäköisesti muidenkaan kipsikäsittelyalueiden jokien — eliöstön menestymiseen. Vähentynyt kiintoaine- ja ravinnekuormitus voi pikemminkin kohentaa jokivesien biologista tilaa. Vaikutusten pidempiaikainen seuranta, myös muilla käsittelykohteilla, voisi kuitenkin olla paikallaan.
Matti Leppänen (SYKE), Heikki Hämäläinen (JY) & Krista Rantamo (SYKE, JY)
Tutkijat: Arola Hanna (JY), Aroviita Jukka (SYKE), Hannula Maija (JY), Laaksonen Rami (VARELY), Laamanen Tiina (SYKE), Salmelin Johanna (SYKE, JY) Syrjänen Jukka (JY), Turunen Jarno (SYKE)
Tutkija Hanna Arola kertoo viime syksynä aloitetusta taimenen mädin haudontakokeesta, jossa on pyritty selvittämään, miten Savijokea ympäröivillä pelloilla tehty kipsinlevitys vaikuttaa taimenen alkioiden selviytymiseen ja kasvuun Savijoessa. Luonnossa taimenen alkiot kehittyvät ja kuoriutuvat joen pohjassa soran suojissa niin kutsutussa kutupesässä. Kokeessa on matkittu taimenen alkioiden luontaista kutupesää hautaamalla mätimunat taimenen luontaisen kutupesän olosuhteita muistuttavaan ”keinopesään”. Kylmä talvi ja jääolosuhteet sekä keinopesien sylintereihin huuhtoutunut hiekka ovat kuitenkin vaikeuttaneet näytteenottoja ja tulosten saamista. Aiempien tutkimusten mukaan kipsinlevitys ei näytä vaikuttavan merkittävästi kaloihin tai muihin vesieliöihin. Kipsinlevityksen vaikutusta kalastoon tullaan jatkossa tutkimaan myös Vantaanjoella tänä syksynä aloitettavassa kipsihankkeessa.
Huhtikuun puoliväliin mennessä koepaikkojen jääkannet olivat sulaneet, ja suuntasimme jälleen Savi- ja Järvijoelle mätinäytteenottoon.
Kaikilla koepaikoilla nostimme yhden sylinterin keinopesistä, eli yhteensä kolme sylinteriä jokaisesta paikasta (Kuva 1a). Avasimme sylinterit ja laskimme elossa olevat yksilöt sekä arvioimme sylintereihin kertyneen hiekan määrän (Kuva 1b). Sekä Savijoen vertailu- että kipsialueella oli eläviä alkioita vain yhdessä kolmesta sylinteristä. Elossa olevien osuus oli vertailualueen sylinterissä 22 % ja kipsinlevitysalueen sylinterissä 38 %. Järvijoella elossa olevien alkioiden lukumäärä oli vähentynyt maaliskuun tilanteesta. Siellä eläviä alkioita oli vain kahdessa sylinterissä, joissa elossa olevien osuus oli 2 ja 76 %.
Kuva 1. a) Näytteenottoon kerätyt sylinterit ämpäreissä (Kuva: Hanna Arola).Kuva 1. b) Avatun sylinterin sisältö tarjottimella: vasemmalla laidalla alkioita, keskellä sylinteriin kertynyttä hiekkaa ja oikeassa yläkulmassa sylinteriin kokeen alussa laitettu sora (Kuva: Maija Hannula)
Tämän jälkeen teimme vielä kaksi näytteenottoa, yhden toukokuun alkupuolella ja toisen toukokuun loppupuolella. Näillä näytteenottokerroilla havaitsimme iloisia perhetapahtumia, sillä joistakin sylintereistä löytyi kuoriutuneita poikasia (Kuva 2). Kokonaisuudessaan elossa olevien osuus oli kuitenkin vähentynyt entisestään. Yhdestäkään sylinteristä ei enää löytynyt eläviä kuoriutumattomia alkioita ja joissakin Savijoen sylintereissä oli myös kuolleita ruskuaispussipoikasia. Savijoen koepaikoilla vain yhdessä vertailualueen sylinterissä oli viisi elävää poikasta toukokuun alkupuolella, mikä oli 10 % sylinterin alkuperäiseen mätimunamäärään (50 kpl) nähden. Muilta osin Savijoen koepaikoilla ei havaittu eläviä yksilöitä toukokuun näytteenotoissa. Järvijoella elossa olevia poikasia löytyi yhdestä sylinteristä kummallakin toukokuun näytteenottokerralla. Näissä sylinterikohtainen elävien osuus suhteessa alkuperäiseen mätimunamäärään oli toukokuun alussa 2 % ja lopussa 26 %.
Kuva 2. Kuoriutuneita ruskuaispussipoikasia Savijoen vertailualueella toukokuun alussa (Kuva: Maija Hannula).
Kaikkiin sylintereihin oli kertynyt huomattavan paljon hiekkaa, mikä todennäköisesti lisäsi alkioiden kuolleisuutta (Kuvat 3a ja b). Hiekan osuus sylintereiden sisällöstä oli 13–50 %. Lisäksi Savijoen vertailualueella havaittiin maaliskuussa pakkasen puolella olleita veden lämpötila-arvoja, joten siellä keinopesät olivat saattaneet jäätyä. Sen sijaan tammikuussa Savijoen kipsinlevitysalueella havaittu pohjajää ei näkynyt sieltä mitatuissa keinopesien lämpötilalukemissa. Koska säilyvyys oli kokonaisuudessaan hyvin matalaa, ei kipsinlevityksen vaikutuksia taimenen alkioihin ja poikasiin sekä niiden kasvuun pystytty valitettavasti arvioimaan kunnolla.
Kuvat 3a ja b. Hiekkaisia sylintereitä (Kuva a: Maija Hannula, kuva b: Hanna Arola).
Hanna Arola
Bio- ja ympäristötieteiden laitos
Jyväskylän yliopisto
Turun ammattikorkeakoulussa aloitettiin tammikuussa koe, jossa tutkitaan, voiko kipsin tai paikalliseen Paattistenjokeen lisätyn kemikaalin sulfaatti vapauttaa joen suvantosedimenteistä fosforia.
Koepulloihin lisätään hapen poistamiseksi typpeä, jolloin hapettomat olot saavutetaan nopeammin. Pulloihin lisätään myös orgaanista hiiltä mikrobien ravinnoksi. Kuvat: Emilia Suvanto, Turun ammattikorkeakoulu
Paattistenjoen varrelle sijaitsevasta Maarian altaasta kerättyä pohja-ainesta pidetään hapettomissa oloissa eri sulfaattipitoisuuksissa kahden kuukauden ajan. Pulloihin lisätään eri määriä orgaanista hiiltä mikrobien ravinnoksi. Kokeet tehdään yhteistyössä toisen Raki-hankkeen kanssa (Fosforin saostaminen virtavedestä – pilottihanke Paattistenjoella) ja ne rahoittaa Maa- ja vesitekniikan tuki ry.
”Inkubointi aloitettu”. Kuvat: Emilia Suvanto, Turun ammattikorkeakoulu
Koe auttaa arvioimaan sulfaatin vaikutusta myös Savijoen pohjasedimenttiin ja mahdolliseen fosforin vapautumiseen joen pohjasta.
Eliisa Punttila Projektikoor-dinaattori Helsingin yliopisto
Hankkeen toisen vuoden aikana peltojen kipsikäsittely on ottanut ison harppauksen eteenpäin. Alunperin menetelmän idea syntyi maaperäkemian teorian pohjalta. Sitä testattiin ensin laboratoriossa ja sitten pienellä valuma-alueella. Savijoen valuma-alueella toteutetussa kipsipilotissa menetelmä on nyt todettu toteutuskelpoiseksi myös isommassa mittakaavassa. Siksi kipsikäsittely on ehdolla vuoden tulokkaaksi maatalouden vesiensuojelun keinovalikoimaan!
SAVE-hankkeessa tehdään maatalouden vesiensuojelun historiaa ja hanke on huomattu laajalti. Kemianteollisuus ry aloitti Suomi 100- juhlavuoden kunniaksi luodun juttusarjan suomalaisista kemian keksinnöistä esittelemällä ensimmäiseksi peltojen kipsikäsittelyn (lue juttu täältä). Ålandsbankenin Itämeriprojekti -kilpailussa tuomaristo nimesi peltojen kipsikäsittelyn suosikikseen. Kipsikäsittely on ollut esillä myös Ylen Aamu-TV:ssä ja MTV3:n Kymmenen uutisissa.
Savijoen kipsikokeilu on huolellisen koeasetelmansa ja mittakaavansa vuoksi maailmanlaajuisesti ainutlaatuinen. Tällaisen viestin saimme yhdysvaltalaisilta kipsi- ja fosforitutkijoilta kesällä (ks. SAVE goes west). Pennsylvanian osavaltion lisäksi hanketta on esitelty Tallinnassa, Pariisissa, Parmassa – ja Parmaharjussa… SAVE-hanke ei siis syyttä ansaitse omaa Wikipedia-sivuaan!
Maineessa ja loisteessa paistattelu hetkeksi sikseen. Sekä edessä että takana on paljon työtä. Olemme kuluneen vuoden aikana tarkastelleet monesta näkökulmasta sitä, mitä viime syksyn kipsipilotissa ja etenkin sen jälkeen on tapahtunut. Olemme etsineet muutoksen merkkejä Savijoen vedestä, lätäköistä ja kaivovesistä sekä maasta ja viljakasveista. Olemme kysyneet ajatuksia kaikilta pilotissa mukana olleilta. Olemme tutkineet, mitä sammaleet, simpukat ja kalat saattavat kipsistä tuumata. Tätä kautta olemme koonneet aineksia kipsikäsittelyn jatkosuunnitelmia varten, joista kuulette ensi vuonna.
Viljelijöiden ja muiden avaintahojen kokemuksia kipsinlevityksestä ja koko hankkeen organisoinnista kerättiin pitkin vuotta. Viljelijät ovat joutuneet hikoilemaan pitkien kysymyslistojemme kanssa, mistä olemme suuressa kiitollisuuden (ja ehkä myös anteeksipyynnön) velassa. Saimme selityksen sille, miksi niin moni viljelijä lähti ensimmäisten joukossa kokeilemaan kipsikäsittelyä. Taustalla olivat ympäristösyyt, uteliaisuus ja halu toimia maatalouden edelläkävijänä. Kokeiluun oli helppo lähteä mukaan myös siksi, että se oli maksutonta, eikä aiempien kokemuksien mukaan siihen liittynyt suurempia riskejä.
Suomen ympäristökeskuksen vetämänä on pyörinyt valtava luonnontieteellinen tutkimuskokonaisuus. Osa tutkimuksista ei kuulunut alkuperäisiin suunnitelmiimme, mutta otimme hankkeen ulkopuolelta tulleet huolet vakavasti ja päätimme varmistaa, ettei sulfaatista ole haittaa virtavesien eliöstölle tai pohjavesille. Tuloksia on odotettu henkeä pidätellen, mutta ainakaan tähän mennessä valmistuneiden tutkimusten mukaan ei ole syytä huoleen. Savijoessa havaituilla sulfaattipitoisuuksilla ei ollut vaikutusta esimerkiksi vuollejokisimpukoiden toukkiin. Joidenkin tutkimusten, kuten mätirasiakokeiden, tuloksia saamme kuitenkin odottaa vielä ensi vuoteen.
Lopuksi palaan vielä alun teemoihin ja totean, että Suomi 100 -juhlavuoden hengessä voimme kaikki olla ylpeitä siitä, että peltojen kipsikäsittelyä tutkitaan juuri Suomessa. Kipsikäsittely on erinomainen esimerkki juhlavuoden teemasta, yhdessä tekemisestä. Kipsikäsittelyn toteuttaminen vaatii yhteistyötä, ja sen positiiviset vaikutukset ulottuvat laajalle.
Tässä ilotulitukseni peltojen kipsikäsittelystä. Kiitos kuluneesta vuodesta ja kaikkea hyvää vuodelle 2018!
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.
Suomen ympäristökeskuksen tutkijat Katri Siimes, Ville Junttila ja Emmi Vähä seuraavat kasvinsuojeluaineiden käyttöä ja huuhtoutumista Savijoen valuma-alueella. Kasvinsuojeluaineiden seuranta on jo itsessään hyvin tärkeää. Alueella toteutetun kipsipilotin myötä voidaan tutkia myös sitä, vaikuttaako kipsikäsittely kasvinsuojeluaineiden kulkeutumiseen vesistöihin.
Mittapato mittaa veden virtaamaa Savijoessa lokakuussa 2017. Kuva: Jarkko Ylijoki
Vuosi sitten toteutetussa SAVE-hankkeen kyselytutkimuksessa maanviljelijöiltä kysyttiin myös kasvinsuojeluaineiden käytöstä. Lämmin kiitos kaikille kyselyyn vastanneille! Vastaukset ovat erittäin tärkeitä kasvinsuojeluaineiden huuhtoutumista tutkittaessa. Tässä tekstissä käsitellään lyhyesti kyselyn tuloksia ja Savijoen vesinäytteiden kasvinsuojeluainepitoisuuksia.
SAVE:n kipsipilottialuetta koskeviin kasvinsuojeluainekysymyksiin vastasi yhteensä 52 tilaa. Vertailualueelta saatiin lisäksi kolmen tilan kasvinsuojeluainekäyttöä koskevat tiedot. Pilottialueen tiloilla vuonna 2016 käytetyissä kasvinsuojeluainevalmisteissa oli yhteensä 59 eri tehoainetta, kun taas vertailualueella käytettiin 10 eri tehoainetta. Kaikkia vertailualueella käytettyjä tehoaineita oli käytetty myös pilottialueella. Tässä kirjoituksessa tarkastelemme näitä 10 tehoainetta sekä niitä aineita, joita käytettiin pilottialueella vähintään 25 %:lla alasta tai määrällisesti eniten (>35 kg). Taulukossa 1. on esitetty näiden aineiden käyttö.
Taulukko 1. Valittujen tehoaineiden käyttömäärät ja käsitellyn peltoalan osuus pilottialueella ja vertailualueella vuonna 2016. Rikkakasvien torjuntaan käytetyt aineet on merkitty vihreällä, kasvitautien torjuntaan käytetyt aineet violetilla ja kasvunsääteet oranssilla.
Eniten käytettiin glyfosaattia, jonka käyttömäärä pilottialueella oli 1000 kg ja vertailualueella 52 kg. Glyfosaatilla käsitelty pinta-ala kattoi peltoalasta pilottialueella 39 % ja vertailualueella 44 %. MCPA:ta (eli 2-metyyli-4-kloorifenoksietikkahappoa) ruiskutettiin laajimmalle alueelle: pilottialueella sillä käsiteltiin 42 % peltoalasta ja vertailualueella 9 % peltoalasta (Taulukko 1).
Käytetyimmät tehoaineet: MCPA ja glyfosaatti
MCPA:ta ruiskutettiin tutkitulla Savijoen valuma-alueella yli 40 % peltoalasta, mikä on viljavaltaisilla alueilla tavanomaista. MCPA.ta on käytetty 1950-luvulta lähtien leveälehtisten rikkojen torjuntaan mm. viljapelloilla ja se on edelleen toiseksi eniten myyty kasvinsuojeluaine Suomessa. MCPA:n laajamittainen käyttö selittänee myös sen, että se on ollut yleisimmin havaittu kasvinsuojeluaine pintavesien kasvinsuojeluaineiden seurannassa. Savijoelta havaitut pitoisuudet olivat enimmäkseen pieniä, mutta ruiskutuskausi näkyi selvästi MCPA:n pitoisuuksien nousuna vesissä. Pitoisuuksien keskiarvo jäi vuosikeskiarvolle asetettua ympäristönlaatunormia (1,6 µg/l) alhaisemmaksi.
Glyfosaatti on Suomen myydyin herbisidi eli rikkakasvien torjunta-aine. Sen käytön uudelleenhyväksymisestä EU:ssa käydään edelleen keskustelua (Tukes). Glyfosaatin osuus Suomen kasvinsuojeluaineiden tehoainemyynnistä oli 56 % (n. 850 tonnia) vuonna 2016 (Tukes). Tällä määrällä voisi käsitellä noin kolmasosan Suomen maatalousalasta. Glyfosaattia käytetään erityisesti juuririkkojen, eli monivuotisten kasvien juurista esiin pomppaavien kasvustojen, torjuntaan. Juuririkkojen torjunnan tarve on kasvanut kevennettyjen muokkausmenetelmien yleistyessä. Sen seurauksena glyfosaatin myyntimäärät ovat kasvaneet 1990-luvulta lähtien. Glyfosaatin käyttömäärät Savijoen valuma-alueella eivät poikenneet tavanomaisista käyttömääristä Etelä-Suomessa. Muutama kipsipilottialueen viljelijä on mukana myös Luonnonvarakeskuksen glyfosaattihankkeessa (GlyFos II -hankkeen kotisivut).
Glyfosaattia ja sen hajoamistuotetta AMPA:a havaittiin Savijoen vesinäytteistä, mutta pitoisuudet keikkuivat enimmäkseen määritysrajan (0,10 µg/l) tuntumassa. Glyfosaatin pitoisuus oli huomattavasti pienempi kuin sille ehdotettu ympäristönlaatunormi (100 µg/l; Kontiokari & Mattsoff, 2011). Glyfosaatin laajan käytön huomioiden sitä havaitaan vesistöistä melko pieniä määriä. Tämä johtunee siitä, että se sitoutuu erittäin vahvasti maaperään.
Muut pilottialueella yleisesti käytetyt aineet
Protiokonatsoli ja tebukonatsoli olivat yleisimmin käytetyt kasvitautien torjunta-aineet tutkitulla alueella. Tebukonatsolia havaittiin yleisesti loppukesästä 2016 pilottialueen alapuolisella näytepisteellä, mutta sen pitoisuudet jäivät noin kolmannekseen ehdotetusta ympäristönlaatunormista. Protiokonatsolin pitoisuutta ei ole analysoitu Suomen vesistöseurannassa. Se ei myöskään tässä seurannassa kuulunut laboratorion analysoitujen aineiden pakettiin.
Fluroksipyyriä, florasulaamia ja klopyralidia levitettiin kutakin yli neljännekselle peltoalasta pilottialueella. Näitä aineita saa käyttää mm. kevätviljojen ja apilattomien nurmien rikkakasvien torjunnassa. Näitä havaittiin vesinäytteistä, mutta ehdotetut ympäristönlaatunormit (fluroksipyyrille 460 µg/l; florasulamille 0,016 µg/l ja klopyralidille 50 µg/l) eivät ylittyneet vesinäytteissä.
Pilottialueella käytettiin suuria määriä diklorproppi-P:tä ja mekoproppi-P:tä, jotka ovat viljoilla käytettäviä fenoksihappoherbisidejä kuten MCPA. Niitä havaittiin Savijoen vesinäytteissä, mutta pitoisuudet olivat pieniä.
Myös perunan sekä mm. härkäpavun viljelyssä käytettävää aklonifeenia käytettiin melko suuri määrä, vaikka levitysala ei kovin suuri ollutkaan (7 % peltoalasta). Aklonifeenia ei kuitenkaan havaittu Savijoen vesinäytteistä.
Juurikkaiden rikkakasvien torjunnassa käytettävää metamitronia ruiskutettiin vain prosentille peltoalasta, mutta peltolohkoa kohden käytettävät määrät olivat suuria ja ainetta on ruiskutettu todennäköisesti monta kertaa kesän aikana. Metamitroni sitoutuu melko heikosti maahan ja huuhtoutuu siksi helposti. Sekä metamitronia että sen hajoamistuotetta havaittiin vesinäytteistä, mutta pitoisuudet eivät ylittäneet ympäristönlaatunormia.
Muut vertailualueella käytetyt torjunta-aineet
Taulukon 1. kuuden viimeisen aineen käyttö ei ollut kovin laajamittaista pilottialueella, mutta aineet ovat kiinnostavia, sillä niitä oli käytetty sekä vertailualueella että pilottialueella. Kasvinsuojeluaineista yleisimmin käytetyt aineet, tai edes yleisimmin havaitut aineet, eivät ole välttämättä niitä, joista syntyy suurin ympäristöriski.
Triadimenoli, imatsaliili ja pikoksistrobiini ovat kasvitautien torjunta-aineita. Näistä triadimenolia ja imatsaliilia käytettiin Savijoella lähinnä peittausaineina. Pikoksistrobiinia havaittiin molemmilla näytteenottopaikoilla, triadimenolia vain vertailualueen mittapadolla. Triadimenolin ja pikoksistrobiinin pitoisuudet eivät ylittäneet ehdotettuja ympäristönlaatunormeja.
Triasulfuroni ja tritosulfuroni ovat pien’annosherbisidejä eli rikkakasvien torjunta-aineita, joiden levitysmäärät peltohehtaaria kohti ovat hyvin pieniä. Ne ovat kuitenkin erittäin kulkeutuvia aineita. Tritosulfuronia havaittiin Savijoesta melko yleisesti, mutta sen pitoisuus ei ylittänyt ehdotettua ympäristönlaaturnomia (0,75 µg/l). Triasulfuroni on vesikasveille erittäin haitallista ja sille ehdotettu ympäristönlaatunormi on vain 0,0018 µg/l (Kontiokari & Mattsoff, 2011). Triasulfuroni on ainoa markkinoilla oleva kasvinsuojeluaine, jonka pitoisuus on ylittänyt sille ehdotetun ympäristönlaatunormin jokivesissä 2010-luvulla toistuvasti (Karjalainen ym. 2014). Vuonna 2016 triasulfuronia ei havaittu Savijoen vesinäytteissä, mutta elo-syyskuussa 2017 sitä havaittiin muutamasta näytteestä melko korkeina pitoisuuksina. Laskennallinen vuosikeskiarvo ei kuitenkaan ylittänyt ehdotettua ympäristönlaatunormia. Triasulfuroni poistui käytöstä syyskuussa 2017.
Näytteenottoa mittapadolla ja Bränikkälässä viime kesänä ja keväällä 2016. Kuvat: Katri Siimes ja Heidi Ahkola
Yhteenvetoa käytettyjen aineiden havaitsemisesta vesissä
Tarkasteluun valituista (taulukossa 1. näkyvistä) 18:sta kasvinsuojeluaineiden tehoaineesta 15 analysoitiin vesinäytteistä. Kahden aineen kohdalla (aklonifeeni ja pinoksadeeni) pitoisuudet olivat niin pieniä, ettei niitä havaittu vesinäytteistä, joten vain 13 aineesta saatiin numeerista pitoisuustietoa. Havaitsemiseen vaikuttavat mm. laboratoriossa käytetty määritysraja ja näytteenoton ajoittuminen. Uomaan kulkeutumiseen vaikuttavat lukuisat tekijät kuten aineen sitoutuminen, hajoamisnopeus, käsitellyn pellon etäisyys uomasta ja sääolot levityksen aikaan ja sen jälkeen.
Nykytiedon mukaan tutkimusalueella yleisimmin käytetyt aineet eivät aiheuta vesieliöille merkittävää haittaa. On kuitenkin huomioitava, että tässä tarkastelussa on ollut mukana vain 18 kyselytutkimuksessa mainituista 59 aineesta, eikä aineiden yhteisvaikutuksia ole huomioitu mitenkään.
Mihin tietoja tarvitaan tulevaisuudessa?
Suomessa on vain vähän tietoa kasvinsuojeluaineiden huuhtoutumisesta. Savijoen aineistosta lasketaan tehoainekohtaisia päästökertoimia, joita käytetään hyväksi muun muassa kasvinsuojeluaineiden riskien arvioinnissa ja hallinnassa. Luotettavien päästökertoimien laskemiseksi tarvitaan ainekohtainen käyttömäärätieto koko mittauspisteen yläpuolisella valuma-alueella. Käytännössä kyselyn ulkopuolelle jääneiden tilojen kasvinsuojeluaineiden käyttö pitää arvata, vaikka erilaisia interpolointimenetelmiä käytettäisiinkin, ja tästä aiheutuu suuri epävarmuus laskettavaan päästökertoimeen.
Päästökertoimien avulla voidaan selvittää kipsin vaikutusta kasvinsuojeluaineiden huuhtoumiin. Mikäli pilottialueen päästökerroin muuttuu kipsin levityksen jälkeen (2016 vs 2017) enemmän kuin vertailualueen päästökerroin (2016 vs 2017), voidaan olettaa erojen yhdeksi syyksi kipsin vaikutus. Vertailu voidaan tehdä luotettavasti vain sellaisille aineille, joille on voitu laskea päästökertoimet sekä vertailualueella että pilottialueella kahtena peräkkäisenä vuotena. Näillä näkymin se tulee olemaan mahdollista ainakin glyfosaatin ja MCPA:n kohdalla.
Jos tutkimus osoittaa, että kipsin levitys lisää kasvinsuojeluaineiden huuhtoutumista, tulisi kipsin levityksen riskejä arvioida vielä tarkemmin alueilla, joilla kasvinsuojeluaineet aiheuttavat ongelmia vesistöissä. Mikäli kipsi vähentää huuhtoutumista, kipsiä voitaisiin mahdollisesti hyödyntää alueilla, joilla kasvinsuojeluaineet aiheuttavat riskejä vesieliöille. Tutkittu tieto on hyödyllistä myös siinä tapauksessa, jos kipsi ei merkittävästi vaikuta kasvinsuojeluhuuhtoumiin.
Mikäli joku alueen viljelijä haluaa vielä täydentää kasvinsuojeluaineiden käyttötietokyselyä vuoden 2016 osalta, otamme kaiken tiedon ilolla vastaan. Samoin kannustamme kaikkia vastaamaan vuoden 2017 käyttötietokyselyihin!
Katri Siimes, Ville Junttila, Emmi Vähä ja Samuli Puroila
Suomen ympäristökeskus (SYKE)
Vesinäytteiden kasvinsuojeluainepitoisuudet on analysoitu maa- ja metsätalousministeriön rahoittamassa Maa- ja metsätalouden kuormituksen ja sen vesistövaikutusten seuranta (MaaMet)-hankkeessa.
Kontiokari & Mattsoff 2011. Proposal of Environmental Quality Standards for Plant Protection Products. The Finnish Environment 7/2011. (Linkki: https://helda.helsinki.fi/handle/10138/37029)
Karjalainen, Siimes, Leppänen ja Mannio 2014. Maa- ja metsätalouden kuormittamien pintavesien haitta-aineseuranta Suomessa. Seurannan tulokset 2007–2012. Suomen ympäristökeskuksen raportteja 38/2014
Suomen ympäristökeskuksen tutkijat Jarno Turunen ja Janne Markkula sähkökalastamassa Savijoella, Liedonperällä lokakuussa 2017. Kuva: Jukka Rapo, Keksi / Ympäristöministeriö.
SYKEn tutkijat suorittivat lokakuussa sähkökalastuksia Savijoen valuma-alueella. Sähkökalastuksilla pyrittiin saamaan selville onko kipsin levityksellä merkittäviä vaikutuksia Savijoen kalastoon. Kipsin levitys lisää veden sulfaattipitoisuuksia, millä voi korkeina pitoisuuksina olla haitallisia vaikutuksia makean veden kaloihin ja niiden lisääntymiseen. Toisaalta kipsin levitys vähentää maahiukkasten huuhtoutumista vesistöön, mikä voi parantaa virtakutuisten kalojen, kuten taimenen, lisääntymismenestystä. Maahiukkaset voivat joen pohjalle laskeutuessaan tukkia sorapohjia veden virtaukselta, mikä haittaa sorapohjille kutevien kalojen, kuten taimenen, mätimunien kehitystä.
Sähköä Savijokeen
Kalaston selvitys tehtiin sähkökalastamalla, joka on standardimenetelmä virtavesien kalastoselvityksissä ja -tutkimuksissa. Menetelmässä sähkökalastuslaitteella luodaan kalastettavalle alueelle tasavirtasähkökenttä, mikä tainnuttaa kalat (katso menetelmästä kertova video). Sähkökalastajan apuna on haavitsija, joka nappaa taintuneet kalat haaviin. Haavista kalat kipataan vesiastiaan ja pyynnin päätyttyä lajit tunnistetaan ja mitataan. Sähkökalastetun alueen pinta-ala mitataan ja saaliista lasketaan kalalajien tiheyksiä suhteessa alaan. Sähkökalastus ei vaurioita kaloja, joten ne voidaan laskea mittausten ja kalojen virkoamisen jälkeen takaisin veteen.
Sähkökalastaja ja haavitsija yhteistyössä syksyisessä jokimaisemassa. Kuva: Jukka Rapo, Keksi / Ympäristöministeriö.
Sähkökalastus toteutettiin neljässä paikassa Savijoen valuma-alueella: Rynkön koskella, Yliskulman koskialueella, Yliskulman purossa ja Mittapadon koskella. Paikoista oli, Mittapatoa lukuun ottamatta, aiempaa sähkökalastusaineistoa ajalta ennen kipsin levitystä, johon saalista voitiin verrata. Mittapadon paikka taas sijaitsee kipsin levitysalueen ulkopuolella, joten myös sen saalista käytettiin kipsin vaikutusten arviointiin.
Kivisimppu, kivennuoliainen… taimen!
Kuten usein käy, päätti luonto taas tehdä tutkijoiden työstä hankalaa. Koetta edeltävän viikon sateet olivat nostaneet Savijoen veden tulvakorkeuteen eikä ennuste luvannut helpotusta seuraavillekaan viikoille. Homma päätettiin toteuttaa sovittuna päivänä.
Tulvalle eväänsä lotkauttamatta sähkökalastajat tekivät homman suunnitellusti. Saalistakin saatiin, jos kohta suuret maineteot jäivät uupumaan. Saalis koostui valtaosin kivisimpuista ja kivennuoliaisista, joita saatiin kymmenittäin. Taimenista saatiin kaksi havaintoa. Toinen, 31 cm pitkä vonkale, eksyi haaviin Rynkön koskesta ja toinen, 8 cm poikanen, Yliskulman purosta. Verrattuna aiempiin kalastuksiin, olivat kivennuoliaisten tiheydet samalla tasolla ja kivisimppujen jonkin verran korkeammalla syksyllä 2017.
Haaviin saatu kivennuoliainen tutkijan kädellä. Virrottuaan kalat pääsivät takaisin jokeen. Kuva: Jukka Rapo, Keksi / Ympäristöministeriö.
Savijoessa aiemmin tavattuja särkikaloja, kuten turpaa ja töröä, ei saatu saaliiksi. Näiden kalojen tiheydet ovat olleet pieniä myös aiemmissa kalastuksissa, joten puuttuminen saaliista selittynee satunnaisuudella ja hankalilla olosuhteilla. Lisäksi vesi oli jo jäähtynyt noin 8 asteiseksi, joten kyseiset lajit ovat voineet poistua koskialueilta talvehtimaan miedommin virtaaviin suvantoihin. Kyseisiä lajeja ei myöskään saatu vertailualueena toimivalta Mittapadon paikalta, josta saaliiksi tuli vain kivennuoliaisia.
Taimenten tiheyksissä huomio kiinnittyy Yliskulman puron pieneen tiheyteen (0.6 yksilöä / 100 m2) verrattuna vuoden 2012 tiheyksiin (17 yksilöä / 100 m2). Ero selittynee osittain istutuksilla, joita ei keväällä 2017 tehty. Puroon on istutettu viimeksi 2016 keväällä taimenen vastakuoriutuneita poikasia (8000 kpl), joita ei siis tällä kertaa saatu saaliiksi. Ongelmallista arvion kannalta on myös se, ettei kalastuksia ole tehty viime vuosina. Taimenen poikasten luontainen kuolevuus vaihtelee runsaasti vuosien välillä. Saaliiksi saatu 8 cm poikanen edustaa todennäköisesti 2017 keväällä luonnonkudusta kuoriutuneita poikasia. Sen löytyminen on hyvä merkki ja osoittaa, että purossa on myös luontaista lisääntymistä.
Aiempien syksyjen ja syksyn 2017 (lihavoitu) sähkökalastusten tulokset. Luvut ovat ilmoitettu yksilömäärinä per 100 m2 kalastettua alaa. Tiheydet on laskettu yhden pyynnin perusteella.
Mitä tuloksista voisi päätellä?
Tulva varmasti heikensi kalojen pyydystettävyyttä. Vaikuttaa kuitenkin siltä, että kipsin levitys ei ole vaikuttanut ainakaan haitallisesti tyypillisiin koskikaloihin kuten kivisimppuihin ja kivennuoliaisiin. Taimenen osalta eroa ei Savijoen pääuomassa ole, ja ero Yliskulman puron taimentiheyksissä selittynee istutuksilla, tulvalla ja luontaisilla tekijöillä. Savijoen sulfaattipitoisuudet ovat olleet kipsin levityksen jälkeen keskimäärin 30 mg/l ja hetkellisesti reilu 400 mg/l. Yli 400 mg/l pitoisuuksilla on havaittu lieviä negatiivisia vaikutuksia lohikalojen mädin kehitykseen pitkän ajan altistuskokeissa, mutta hetkellisinä piikkeinä vaikutusta tuskin on.
Vertailualueen saaliin, aiempien sähkökalastusten ja matalien sulfaattipitoisuuksien valossa kipsin levitys ei näytä vaikuttavan merkittävästi kaloihin tai muihinkaan vesieliöihin. Toki vahvemman näytön saamiseksi sähkökalastusseurantaa olisi hyvä jatkaa ensi vuonna. Hankkeessa on lisäksi käynnissä taimenen mädin haudontakoe, joka antaa tärkeää lisävalaistusta kipsin levityksen vaikutuksista taimeneen. SAVE-hanke ei siis ole etsimässä pelastuskeinoja Saaristomerelle virtavesiluonnon kustannuksella.
Syksyllä 2016 SYKEn tutkijat aloittivat Savijoella pohjalevien kasvua mittaavan kokeen. Kokeessa selvitetään kipsikäsittelyn vaikutuksia Savijoen pohjassa kasvavien päällyslevien tuotantoon. Koe on osa Maa- ja metsätalouden vesistövaikutusten seurantaohjelmaa ja sitä jatketaan tänä syksynä.
Levien määrä ja lajisto on tärkeä vesistöjen ekologisen tilan mittari. Virtavesissä pohjalla kasvavat päällyslevät ovat laiduntavien pohjaeläinten ravintoa. Pohjaeläimet taas ovat tärkeä kalojen ravintokohde.
Levien määrään vaikuttaa erityisesti saatavilla olevien ravinteiden ja valon määrä. Kipsikäsittely saattaakin siis merkittävästi vaikuttaa levien määrään ja tätä myötä Savijoen tilaan.
Rautakaupan kautta maastoon
Kokeen käytännön valmistelu alkoi rautakaupasta. Pohjalevien tuotantoa mitataan joen pohjalle aseteltavilta tummanharmailta lattialaatoilta, jotka ankkuroitiin pohjaan rakennustiilten ja kulmarautojen avulla. Laatat on kiinnitetty silikonilla kulmarautoihin ja kulmaraudat nippusiteillä rakennustiiliin.
Samalla vedenalaisen valon määrää ja veden lämpötilaa mitataan 30 minuutin välein tiiliin kiinnitetyillä jatkuvatoimisilla loggereilla.
Tutkimusta tehdään kahdella koealueella. Toinen paikoista sijaitsee kipsinlevityksen vaikutuspiirissä (Savijoki Koskela) ja vertailupaikka joen yläjuoksulla alueella (Savijoki mittapato).
Vasemmalla tutkimuspaikat Savijoessa. Savijoki Koskela on kipsinlevityskokeen vaikutuspiirissä. Yläjuoksun tutkimuspaikka Savijoki mittapato sijaitsee kipsinlevitysalueen yläpuolella. Oikeanpuoleisessa kuvassa SYKEn harjoittelija Maria Rajakallio nostaa uomassa ollutta levälaattaa mittauksiin. Kuva: Tiina Laamanen, SYKE
Ensimmäinen osa kokeen laatoista vietiin paikoilleen 29.8.2016 ja haettiin pois kokeen puolivälissä 11.10. Toinen osa laatoista vietiin paikoilleen kokeen puolivälissä 11.10. ja haettiin pois 9.11.
Laatoilta mitataan levien määrää sekä maastossa kenttämittarilla että SYKEn laboratoriossa tarkemmin uuttomenetelmällä. Kullakin tiilellä on kaksi laattaa. Toiselta laatoista mitattiin levämäärä heti niiden uomasta poiston jälkeen BenthoTorch-fluorometrillä. Fluorometri on laite, jolla voidaan maastossa mitata kolmen leväryhmän määrää a-klorofyllin fluoresenssina. A-klorofyllin summana saadaan arvio levien kokonaismäärästä. Mittaamisen jälkeen laattaparin toinen puolisko suljettiin minigrip-pussiin ja pakastettiin odottamaan laboratorioanalyysejä.
BenthoTorch-fluorometrillä on kätevä mitata maastossa päällyslevien määrää. Kuvassa Marja Lindholm Muhosjoella. Oikeanpuoleisessa kuvassa uomasta nostettuja laattapareja Savijoen Koskelan tutkimuspaikalla lokakuussa 2016. Laatoilta on juuri tehty BenthoTorch-fluorometrilla levämäärien mittaukset (pyöreät rengasmaiset jäljet vasemmanpuolimmaisilla laatoilla). Kuvat: Tiina Laamanen, SYKE
Talvi yllätti!
Syksyn 2016 olosuhteet olivat talviset jo marraskuussa. Tällöin ei kenttämittauksia pystytty enää tekemään, koska uoma oli jäässä! Yllättäen saapuneen talven vuoksi vain kaksi alapuolisen tutkimuspaikan loggereista onnistuttiin kokeen päättyessä löytämään. Yläosalla talvehtinut valologgeri, ja sen data, saatiin kuitenkin onnekkaasti pelastettua tänä kesänä.
Talviset olosuhteet yllättivät viimeisellä käyntikerralla 9.11.2016. Kuvassa jään alla olevia laattoja yläjuoksun Savijoen mittapadon tutkimuspaikalla. Kuva: Tiina Laamanen, SYKE
Mitä tulokset kertovat?
Syksyn 2016 toteutetun seurannan avulla saatiin selville tärkeää taustatietoa Savijoen levämääristä. Nyt tiedetään molempien tutkimusalueiden levämäärät ennen kipsikäsittelyn vaikutusta. Näiden taustapitoisuuksien avulla voidaan jatkossa arvioida kipsin mahdollisia vaikutuksia.
Kokonaislevämäärä oli klorofylliuuttomenetelmällä arvioituna Koskelan alueella keskimäärin 6,9 µg/cm² ja mittapadon tutkimuspaikalla 1,3 µg/cm². Yläjuoksun vertailualueen pienempi päällyslevien tuotanto selittyy todennäköisesti valaistus- ja virtausolosuhteiden eroilla, sillä paikkojen veden ravinnepitoisuudet eivät eronneet ennen kipsikäsittelyä.
Levämäärien arvioinnissa oli menetelmissä selvä eri. BenthoTorchilla mitattuna Koskelan alueen levämäärä oli keskimäärin 3,2 µg/cm² ja mittapadon tutkimuspaikalla 0,7 µg/cm². BenthoTorchilla ja uuttomenetelmällä arvioidut klorofyllimäärät vastasivat melko hyvin toisiaan pienillä levämäärillä. Kun leväkasvustoa oli paljon, fluorometrillä arvioitu levämäärä oli kuitenkin vain puolet uuttomenetelmällä arvioidusta. Fluorometri mittaakin levämäärän optisesti vain pintakerroksen perusteella, kun taas uuttomenetelmässä mitataan koko laatan levästö.
Laboratorion uuttomenetelmällä (y-akseli) ja BenthoTorch-kenttäfluorometrillä (x-akseli) mitattujen laattojen klorofyllimäärien suhde syksyn 2016 ensimmäisellä koejaksolla.
Mitä seuraavaksi?
Päällyslevien määrää mittaava koe toistetaan syksyllä 2017. Tämän jälkeen tuloksia voidaan rinnastaa vuoden 2016 mittauksiin ja arvioida mahdollisten vedenlaadun muutosten vaikutusta pohjalevien määrään.
Tilanne on erittäin mielenkiintoinen. Jos kipsikäsittelyn myötä leville saatavilla olevien ravinteiden määrä vähentyisi, voisi myös levien määrän olettaa vähenevän. Toisaalta jos kipsikäsittely kirkastaa jokivettä, saattaa lisääntynyt valon määrä lisätä levien kasvua. Jatkuvatoimisten loggereiden avulla seuraamme valon määrää myös tänä syksynä.
Jukka Aroviita, Tiina Laamanen, Jarno Turunen ja Maria Rajakallio, SYKE.
Edellisessä kirjoituksessa kerrottiin kuinka veden laatua seurataan, mutta tärkeää on myös tietää kuinka paljon vettä joessa virtaa. Kuulostaa äkkiseltään yksinkertaiselta, mutta tarkemmin kerrottuna on varsin mielenkiintoinen ja moniulotteinen asia. Miksi veden määrä pitää tietää ja kuinka sitä mitataan? Tästä kertoo SYKEn tutkimusinsinööri Jarmo Linjama.
Jo muinaiset roomalaiset olivat kiinnostuneita virtaavan veden määrästä. He nimittäin hoitivat vesihuoltoaan akvedukteilla, joita pitkin vuoristojäätiköiden sulamisvesi johdettiin kaupunkeihin. Rakenteet olivat valtavia ja kallistusta vain 2 cm kilometrillä. Melkoista insinöörityötä 2000 vuotta sitten – vetää vesi-insinöörin edelleen hiljaiseksi. Tosin Ramses II teetti orjillaan samanlaisia rakenteita Egyptissä jo 1200 vuotta aiemmin, mutta se on toinen juttu. Miten tämä liittyy virtaaman mittaamiseen? Ei välttämättä mitenkään muuten kuin että akveduktit piti mitoittaa kattamaan kaupungin vedentarve ja niiden kautta tulevaa vesimäärää todennäköisesti mitattiin seuraamalla kuinka kauan tietyn suuruisen vesisäiliön täyttyminen kestää. Ja sainpahan aloittaa tekstin roomalaisviittauksella.
Roomassa käytettyä virtaamamittausmenetelmää käytettiin sen keksimisen jälkeen noin 1500 vuotta. Kun haluttiin tietää paljonko vettä purossa lirisee, sitä voitiin yrittää arvioida silmämääräisesti. Jos purossa sattui olemaan pieni putous, tulos tarkentui työntämällä ämpäri alle ja laskemalla täyttymiseen kuluvat sekunnit.
Savijoen virtaamaa voi olla hankala arvioida silmämääräisesti. Kuva: Samuli Puroila
Suuren joen rannalla näistä konsteista ei ole apua. Virtaamaa kuitenkin pystyy arvioimaan, jos tiedetään uoman poikkileikkauspinta-ala ja veden virtausnopeus. Virtaama saadaan kertomalla nämä luvut keskenään. Suomessa tämä oivallettiin viimeistään 1700-luvun puolivälissä. Veden pinnalla kelluvan kohon tai muun roskan nopeus arvioitiin ja uoman syvyys luodattiin mittakepin avulla. Tulokset menivät useimmiten raskaasti yläkanttiin, koska virtausnopeus pinnalla on yleensä selvästi suurempi kuin poikkileikkauksessa keskimäärin.
Insinööri Woltmann esitteli potkurinkaltaiseen laitteeseen perustuvan virtaamanmittausmenetelmän Hampurissa vuonna 1790. Tämä Woltmannin siivikkona tunnettu laite on hieman muunneltuna edelleen käytössä, vaikkakin jo väistymässä uudempien menetelmien tieltä. Virta pyörittää potkuria ja pyörähdysten lukumäärä aikayksikössä voidaan muuntaa veden virtausnopeudeksi. Kun lisäksi mitataan uoman poikkileikkauksen ala, virtaama voidaan laskea. Woltmannin ’hydrometristä flyygeliä’ käytettiin Suomessa ensimmäisen kerran kesäkuun 25. päivänä vuonna 1862. Tuolloin Rokkalanjoen Patakoskessa, Viipurin läänin Johanneksen pitäjän Koskijärven kylässä virtasi vettä 80,0 kuutiojalkaa sekunnissa.
Purkautumiskäyrät – vedenkorkeuden ja virtaaman väliset suhdekäyrät – ovat virtaamatilastojen perusta. Käyrien avulla voidaan määrittää virtaamat vedenkorkeushavainnoista. Varhaisin säilynyt purkautumiskäyrä on Vuoksen virtaaman ja Saimaan vedenkorkeuden välille laadittu, vuodelta 1908. Virtaamatietojen määrittäminen purkautumiskäyrien avulla on säilynyt jokseenkin samanlaisena yli sata vuotta. Suomen jokien virtaamat tunnetaan keskimäärin vähintään viiden prosentin tarkkuudella, siis selvästi paremmin kuin vesitaseen muut tekijät.
Savijoen mittapadon avulla on joen yläjuoksun virtaamaa mitattu jo 1970-luvulta lähtien. Kuva: Eliisa Punttila
Purkautumiskäyristä päästään varsinaiseen aiheeseen eli virtaaman mittaukseen Savijoen alueella. Savijoen latvoilla on jo yli 40 vuotta ollut SYKEn tutkimusvaluma-alueiden verkkoon kuuluva mittapato, missä on virtaaman lisäksi mitattu monipuolisesti veden laatua. Mittapato on muodoltaan selkeä ja muuttumaton. Vedenpinnan korkeuden ja virtaaman välille on tällöin helppo muodostaa laskennallinen yhteys eli purkautumiskäyrä. Sen jälkeen tarvitsee vain mitata pinnankorkeutta padon yläpuolisessa patoaltaassa ja virtaama saadaan tästä reaaliajassa tietokantoihin. Kun lisäksi tiedetään mittapadon yläpuolisen valuma-alueen pinta-ala, voidaan virtaaman avulla helposti laskea valunta maa-alueilta (l/s/km2) eli se, kuinka paljon mittapadon yläpuoliselta alueelta valuu vettä uomaan aikayksikössä.
SAVE-hankkeen kahdessa muussa alempana uomassa sijaitsevassa mittauspisteessä (10-tie ja Bränikkälän silta) mitataan pinnankorkeutta, mutta virtaaman mittaaminen pelkästään pinnankorkeutta seuraamalla ei näissä kohteissa suoraan onnistu. Mittapato on kallis rakentaa eikä sen rakentamiseen saa helposti lupaa. Muutkaan yleisesti isommissa joissa käytetyt virtaamanmittausmenetelmät eivät ole tarkkoja näin pienessä uomassa. Purkautumiskäyrä, eli se, kuinka paljon vettä uomassa virtaa eri vedenkorkeuksilla, pitäisi silti määrittää ja sitä varten tarvitaan erilaisissa virtaamatilanteissa tehtyjä virtaamamittauksia.
Modernilla laitteistolla mittaus onnistuu tarkasti ja nopeasti. Kuva: Samuli Puroila
Savijoen virtaamamittauksissa on käytetty suolapulssin etenemisen seurantaan perustuvaa virtaamamittausta. Menetelmän suurena etuna on se, että se soveltuu mainiosti pienille virtaamille sekä muodoltaan vaihteleville uomille. Lisäksi laitteisto on kevyt ja yhden tutkijan helposti käytettävissä.
Mittauksen idea ei ole uusi, mutta vasta nyt antureiden tarkkuus ja läppärin laskentateho on sillä tasolla, että tällainen nopea kenttämittaus on kustannuksiltaan järkevää. Idea on karkeasti seuraava: otetaan mittauspisteen kohdalta astiaan puoli litraa jokivettä ja mitataan sen sähkönjohtavuus. Sen jälkeen lisätään veteen pieniä annoksia suolaliuosta ja mitataan, mikä on sähkönjohtavuus kullakin pitoisuudella. Tällä tavoin muodostetaan yhtälö suolapitoisuuden ja sähkönjohtavuuden välille kyseisessä mittauspisteessä. Tämän jälkeen arvioidaan silmämääräisesti jokiuoman virtaama, otetaan virtaama-arvion mukainen, taulukon määrittelemä määrä suolaa ja liuotetaan se ämpärissä olevaan jokiveteen. Seuraavaksi laitetaan anturit veteen, mittaus käyntiin ja käydään kippaamassa suolaliuos ylävirran puolelle riittävän kauas.
Laitteisto mittaa sähkönjohtavuutta ja havaitsee heti kun suolapitoisuus alkaa vähänkin nousta. Suolapulssin edetessä mittauspisteen ohi sähkönjohtavuus ensin kasvaa ja sitten vähitellen palautuu mittausta edeltävään tasoon. Sähkönjohtavuuden muutoksen voimakkuuden ja suolapulssin pituuden ja etenemisnopeuden perusteella läppärillä oleva ohjelma laskee, mikä on ollut se vesimäärä, johon ylävirtaan kipattu suola on sekoittunut, jotta kyseinen johtavuuskäyrä toteutuu. Tämän perusteella saadaan virtaama.
Modernitkin menetelmät vaativat kuitenkin yksinkertaista kenttätyötä. Vasemmalla allekirjoittanut, oikealla Petri Ekholm. Kuva: Samuli Puroila
Tätä kirjoittaessani on ollut pitkään varsin kuivaa yhtä sadetta lukuun ottamatta. Tuo sade oli voimakkuudeltaan juuri sellainen, että virtaama Savijoessa ei mainittavasti noussut, mutta ravinteita kulkeutui peltojen pintakerroksista vesiin. Tällaisissa tilanteissa vesinäytteiden antamat tulokset saattavat olla varsin rajun näköisiä, kun pelloilta valuva väkevä vesi sekoittuu joen pieneen vesimäärään. Itämeren kannalta tällainen tilanne ei juuri huolestuta. Ravinnekuormitus on pitoisuuden ja virtaaman tulo, ja kun virtaama on pieni, kuormituskin pysyy pienenä. Toisaalta suuri virtaama yhdistettynä pieneenkin pitoisuuteen saattaa kuormittaa Itämerta aivan eri tavalla. Tätä varten on tässäkin hankkeessa välttämätöntä tietää virtaama tarkasti ja siinä suolapulssimittaus on osoittautunut oivalliseksi välineeksi.
Kiitokset Veli Hyväriselle ja Esko Kuusistolle virtaamanmittausten historiaan liittyvistä avuista!
Tutkimusinsinööri Jarmo Linjama
Suomen ympäristökeskus (SYKE)
Vesikeskus / Hydrologinen seuranta
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.
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.
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!
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.
