Juhlavuoden kipsi-ilotulitus

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!

Kipsistä ei haittaa vuollejokisimpukoiden toukille

SAVE-hankkeessa on juuri valmistunut tutkimus kipsin vaikutuksista vuollejokisimpukoiden toukille. Tutkimuksissa selvitettiin veteen liuenneen kipsin vaikutuksia toukkien selviytymiseen eri kipsipitoisuuksilla. Testatuilla pitoisuuksilla kipsistä ei havaittu olevan haittaa toukkien elinkyvylle. Tutkimukseen osallistuneet vuollejokisimpukat ovat jo palanneet kotiinsa Perniönjokeen. Tutkija Johanna Salmelin (SYKE) kertoo tutkimuksen toteutuksesta ja tuloksista tarkemmin.

SAVE-hankkeen kipsinlevityksen pilottialueella Savijoella on luonnonsuojelulain ja EU:n luontodirektiivin nojalla rauhoitetun, uhanalaisen vuollejokisimpukan (Unio crassus) elinalueita, joten tutkimme kipsin eli kalsiumsulfaatin vaikutuksia lajiin. Sulfaatti, kuten muutkin ionit, voi haitata makean veden eläinten ionisäätelyä. Viime syksynä tutkittiin täysikasvuisten vuollejokisimpukoiden vasteita kipsille, ja nyt vuorossa oli selvittää vaikutuksia simpukoiden glokidium-toukille.

Vuollejokisimpukan glokidium-toukat ovat mikroskooppisen pieniä, noin 0,2 millimetrin mittaisia. Niillä on kaksi kuorenpuoliskoa, jotka ne kykenevät sulkemaan, mutta muuten ne eivät pysty aktiivisesti liikkumaan. Kuorenpuoliskoissa on pienet väkäset, joiden avulla ne tarttuvat kiinni kohtaamaansa kalaan pakollista loisintavaihetta varten. Simpukoiden elinkierto on monivaiheinen. Emosimpukat hedelmöittyvät, kun ympäröivästä vedestä kulkeutuu koiraan sukusoluja hengitysputken kautta simpukan sisään, minkä jälkeen alkiot alkavat kasvaa emosimpukan kiduslehdillä. Yhden simpukan sisällä voi kehittyä tuhansia toukkia. Emosimpukka vapauttaa toukat veteen, missä ne selviävät hengissä vain muutamia päiviä. Tänä aikana niiden täytyy kohdata kalaisäntä, jonka kiduksilla tai evillä ne loisivat muutaman viikon ajan kehittyäkseen muodonmuutoksen läpikäytyään elinkierron seuraavaan vaiheeseen, nuoruusvaiheeseen. Tämän jälkeen nuoret simpukat irrottautuvat kalasta ja jatkavat kasvuaan joen pohjaan kaivautuneena.

 

Hydrobiologi Rami Laaksonen kerää vuollejokisimpukoita Perniönjoesta. Simpukoiden kuorta varovasti raottamalla varmistettiin, että simpukan ulommilla kiduslehdillä oli kehittymässä toukkia. (Kuvat: Johanna Salmelin)

Tutkimusta varten aikuisia, toukkia kantavia vuollejokisimpukoita kerättiin toukokuussa Perniönjoesta. Työhön oli Varsinais-Suomen ELY-keskuksen myöntämä poikkeuslupa. Simpukat kuljetettiin laboratorioon ilmastetussa jokivedessä kylmälaukuissa.

Kipsin vaikutuksia vuollejokisimpukan glokidium-toukkiin tutkittiin lyhytaikaisilla, yhden ja kahden vuorokauden mittaisilla altistuskokeilla. Koevetenä käytettiin Savijoen Mittapadolta kerättyä vettä, johon lisättiin kipsiä vastaamaan kuutta eri sulfaattipitoisuutta: 30, 60, 120, 240, 480 ja 960 mg/l. Lisäksi mukana oli kaksi kontrollikäsittelyä: Savijoen vesi ilman lisättyä kipsiä, ja Perniönjoen vesi simpukoiden keruupaikalta.

Altistettavat toukat kerättiin vuollejokisimpukoiden ylläpitoastioista, joten emosimpukat säilyivät vahingoittumattomina. Toukkien elinkyky altistuksen päätyttyä mitattiin niiden kyvyllä sulkea kuorensa vasteena ruokasuolakäsittelylle. Elävät, elinkykyiset toukat olivat aukinaisia, ja reagoivat nopeasti viereen pipetoituun suolavesitippaan sulkemalla kuorensa. Toukat, jotka eivät reagoineet suolaveteen, laskettiin kuolleiksi, kuten myös altistuksen aikana ennen suolavesikäsittelyä sulkeutuneet yksilöt.

Elinkykyisten toukkien osuus oli keskimäärin yhtä suuri kaikissa käsittelyissä sekä yhden että kahden vuorokauden altistuksen jälkeen. Kokeiden pitoisuudet valittiin siten, että mukaan saatiin kipsipilotin aikainen keskimääräinen sulfaattipitoisuus (30 mg/l) ja maksimipitoisuus (470 mg/l) Savijoessa. Näistä pitoisuuksista ei tämän tutkimuksen perusteella ole haittaa vuollejokisimpukan toukkien elinkyvylle.

   

Vuollejokisimpukan eläviä, kuorenpuoliskot auki olevia glokidium-toukkia (kuva 1) ja kuorensa sulkeneita toukkia (kuvat 2 ja 3). (Kuvat: Johanna Salmelin)

Kesäkuun alussa simpukat palautettiin takaisin Perniönjokeen. (Kuvat: Johanna Salmelin)

Tutkijat: Johanna Salmelin (SYKE), Matti Leppänen (SYKE), Heikki Hämäläinen (Jyväskylän yliopisto)

Mitä vuollejokisimpukat tuumaavat kipsistä?

Lokakuussa SYKEn ja Jyväskylän yliopiston tutkijat aloittivat tutkimukset vuollejokisimpukoilla ja kävivät hakemassa laboratoriokokeisiin vettä Savijoesta sekä simpukoita Perniönjoen runsaasta populaatiosta. Tavoitteena oli selvittää vaikuttaako jokiveteen liukeneva kipsi simpukoiden käyttäytymiseen ja menestymiseen Savijoessa ja muissa tulevien kipsinlevitysalueiden joissa. Kokeiden ensimmäisistä tuloksista kertoo jälleen SYKEn erikoitutkija Matti Leppänen.

Laboratoriokokeissa mitattiin simpukoiden reaktioita neljään eri kipsikäsittelyyn; Savijoen kontrollivedessä ei ollut kipsiä ja kolmessa käsittelyssä jokiveteen lisättiin kipsiä siten, että mitatuiksi sulfaattipitoisuuksiksi muodostui 40 mg, 200 mg ja 1100 mg litraa kohti. Alin sulfaattipitoisuus kuvaa mahdollista keskimääräistä pitoisuutta joessa, 200 mg teoreettista maksimipitoisuutta ja ylin pitoisuus on lähellä kipsin liukoisuusrajaa.

Simpukoiden reaktioita arvioitiin kolmella tavalla neljän päivän kipsialtistuksessa: 1) Mittasimme aktiivisuutta (prosenttia kokonaisajasta) altistuskammion sähkökentässä tapahtuvien muutosten avulla. Yhteismitallinen aktiivisuus koostuu jalan liikkeistä, kuoren aukeamisesta ja veden suodattamisesta/kidushengittämisestä. 2) Laskimme aktiivisuustyyppejä silmämääräisesti kahdesti päivässä. 3) Seurasimme ruokintalevän kulutusta sameus- ja levätiheysmittausten avulla.

Simpukat käyttävät jalkaa liikkumiseen, suodattavat sisäänhengitysaukon kautta saadun orgaanisen materiaalin ravinnoksi ja poistavat ylimääräisen materiaalin poistoaukon kautta. Nämä käyttäytymisen muodot näkyvät selvästi videossa, joka on kuvattu kokeen yhden altistusastian yksilöstä (kuvaaja: Johanna Salmelin).

Neljän päivän altistuksen jälkeen simpukat olivat sähkökenttämittauksissa vähemmän aktiivisia kahdessa suuremmassa kipsipitoisuudessa vaikkakin näitä aktiivisuusjaksoja oli suhteellisen vähän (5-18 % kokonaismittausajasta, kuva 1). Neljän päivän altistuksen aikana tutkijan havainnoimissa aktiivisuusmuodoissa kuoren liike, veden suodatus ja kaikkien muotojen summa eivät osoittaneet eroa käsittelyjen välillä. Sen sijaan simpukat pitivät jalkaa ulkona kahdessa suurimmassa pitoisuudessa useammin kuin kontrollissa. Koska simpukoita ruokittiin levällä, pystyimme myös arvioimaan niiden suodatusaktiivisuutta levän poistumisen avulla. Neljän päivän altistuksen jälkeen ruokalevää poistui vedestä kuitenkin sama määrä kaikissa käsittelyissä.

Kuvaaja-simpukoiden-aktiivisuudesta
Kuva 1: Aikuisten vuollejokisimpukoiden keskimääräinen aktiivisuus (suodattaminen sekä jalan ja kuoren liikkeet) sähkökenttämittauksissa laskennallisilla sulfaattipitoisuuksilla 0, 30, 200 ja 1200 mg/l (nämä eroavat hieman mitatuista pitoisuuksista). Pylväät osoittavat kunkin altistusryhmän (n=8) keskimääräisen aktiivisuuden (% mittausajasta) sekä keskivirheen.

Laboratoriotulokset voivat näyttää ristiriitaisilta. Altistushetki oli kuitenkin erilainen ja jalan passiivinen ulkona pitäminen ei välttämättä näy sähkökentän muutoksissa. Näiden suhteellisen lyhytaikaisten altistusten valossa voimme sanoa, että ainoastaan suurimmat kipsi- ja siten sulfaattipitoisuudet vaikuttavat simpukan käyttäytymiseen. Jalan käyttö voi kieliä liikkumishalukkuudesta pakoreaktiona epämiellyttävässä ympäristössä, jota kokonaisaktiivisuuden väheneminen (ml. suodatus ja kuoren liikkeet) tukee. Näin suuriksi (200 mg ja 1100 mg/L) tuskin kuitenkaan kohoavat Savijoessa tai muissa kipsinlevitysalueiden virtavesissä.

Simpukoiden käyttäytymistä mitattiin myös itse Savijoessa lokakuun alussa. Kokonaisaktiivisuus oli viileässä vedessä varsin vähäistä ja vain 7 – 8 % mittausajasta havaittiin liikkeeseen liittyvä signaali. Simpukkayksilöt jätettiin Savijokeen sumppuihin, ja palasimme kuukauden päästä mittaamaan samojen yksilöiden käyttäytymistä. Toiveena oli saada sateita, jotka huuhtoisivat kipsiä jokeen ja muuttaisivat olosuhteita.

Simpukat palautetaan Perniönjokeen
Kuva 2: Kokeeseen osallistuneet simpukat pääsevät takaisin Perniönjokeen tutkija Johanna Salmelinin avustamana. Kuva: Matti Leppänen

Syksy oli kuitenkin kuiva, ja vedenlaatu pysyi samanlaisena kummallakin paikalla. Vain lämpötila oli laskenut yhden plusasteen tuntumaan. Yläjuoksun verrokkialueella kylmä vesi ja olematon virtaus olivat johtaneet simpukoiden mielestä talviolosuhteisiin ja siten inaktiivisuuteen. Parmanharjulla virtaus piti vielä simpukoita yhtä aktiivisena kuin kuukautta aikaisemmin. Mittausten päätyttyä marraskuussa palautimme sekä sumputetut että laboratoriossa vierailleet yksilöt kotijokeensa Perniön Yliskylän kirkon viereen.

Erikoistutkija Matti Leppänen
Suomen ympäristökeskus (SYKE)
Laboratoriokeskus / Ekotoksikologia ja riskinarviointi

Tutkijat: Matti Leppänen (SYKE), Heikki Hämäläinen (JY), Krista Rantamo (JY), Johanna Salmelin (JY)

Sähköä jokeen: vuollejokisimpukoiden käyttäytymisen mittaamista

Kipsipilotin ensisijaisena tavoitteena on selvittää kipsinlevityksen käytännön toteutukseen liittyviä haasteita sekä varmistaa toimenpiteen vaikutus peltojen ravinnehuuhtoumaan. Kuitenkin myös toimenpiteen muut potentiaaliset vaikutukset on selvitettävä ennen kuin kipsitys voidaan laajentaa koko Etelä-Suomeen. Erittäin olennainen selvitettävä asia on kipsin vaikutus vesieliöstöön. Tästä kertoo SYKEn erikoitutkija Matti Leppänen.

Lounais-Suomen joille on tyypillistä savisameus, joka aiheutuu, kun pelloilta huuhtoutuu hiukkasia vettä samentamaan. Samalla liikkuu myös ravinteita, joita SAVE-projekti yrittää torjua. Entäpä kipsi? Kalsiumsulfaatti on hyvin vesiliukoista ja huolimatta sitoutumisesta maahan, jonkin verran voi päätyä myös jokeen. Sen enempää kalsiumia kuin sulfaattiakaan ei voi pitää perinteisinä haitallisina aineina, ovathan ne tavallisia kaikissa luonnon vesissä. Suuret määrät voivat kuitenkin häiritä eliöiden ionitasapainoa ja sen säätelyä. Sen takia on hyvä tutkia, olisiko kipsillä merkitystä Savijoen eliöille oletetuissa huuhtoumamäärissä tai äärimmäisissä pitoisuuksissa.

Altistuskammioita ja simpukoita Savijoella
Altistuskammiot simpukoineen Savijoen yläjuoksun vähäisessä vesimäärässä. Kammioiden lisäksi käyttäytymismittausten laitteistoon kuuluvat auton akku, invertteri, tietokone ja mittalaite. Kuva: Matti Leppänen

Savijoessa, kuten joissakin muissakin länsirannikon joissa, on uhanalaista vuollejokisimpukkaa. Sen hyvinvoinnista olemme tietysti kiinnostuneita. Hiljaista elämää viettävien simpukoiden reaktioita ulkopuolisiin tekijöihin on hankala tutkia. Onneksi käytettävissämme on laitteisto, jolla voidaan, sähkökentässä tapahtuvien muutosten avulla, tulkita simpukan liikkeitä koekammiossa. Kuoren avaaminen, jalan liikkeet ja veden siivilöinti havaitaan herkällä laitteella, ja käyttäytymisessä mitattuja muutoksia voidaan verrata altistusolosuhteisiin. Näin ainakin teoriassa – kokeet näyttävät toimiiko tämä käytännössä.

Vuollejokisimpukoita
Savijoesta pilottialueen alapuolelta löytyneitä vuollejokisimpukoita. Kuva: Rami Laaksonen

Kokeiden toteuttamiseksi olemme saaneet apua simpukka-asiantuntija Rami Laaksoselta, joka poimi meille Perniönjoesta Varsinais-Suomen ELY-keskuksen poikkeusluvalla 60 vuollejokisimpukkaa. Joen runsaasta populaatiosta voidaan ”lainata” koeyksilöitä kokeisiimme ja palauttaa ne keräyspaikkaan palvelun jälkeen. Kokeita varten veimme 40 simpukkaa Jyväskylään SYKEn ekotoksikologian laboratorioon, jossa niiden käyttäytymistä mitataan erilaisilla kipsialtistuksen tasoilla Savijoen vedessä. Mittasimme myös simpukoiden reaktioita jo hakumatkalla Perniönjoessa ja Savijoessa kahdella paikalla taustatiedoksi. Lisäksi jätimme Savijoella simpukoita sumppuihin sekä kipsinlevitys- että yläjuoksun verrokkialueelle. Näillä simpukoilla toistamme kuukauden kuluttua mittaukset ja vertaamme vasteita vedenlaatutietoihin.

Savijoki - vedenkeruu
Savijoen norosta kerättiin liki 400 litraa vettä laboratoriokokeisiin. Kuvassa tutkijat Johanna Salmelin ja Krista Rantamo. Kuva: Matti Leppänen

Simpukoiden lisäksi olemme kiinnostuneita näkinsammalten pärjäämisestä kipsialtistuksissa. Näkinsammalet ovat lähes jokaisen virtaveden vakiolajeja, joilla on tärkeä perustuottajan ja habitaatin monipuolisuutta ylläpitävä rooli. Tässä tarkoituksessa teemme kasvukokeita isonäkinsammalella laboratoriossa erilaisilla kipsipitoisuuksilla Savijoen vedessä. Sekä simpukoiden että sammalten kokeita tehdään nyt lokakuussa ja tuloksia voidaan odottaa marraskuussa.

Erikoistutkija Matti Leppänen
Suomen ympäristökeskus (SYKE)
Laboratoriokeskus / Ekotoksikologia ja riskinarviointi