Dataähkyä ja päänvaivaa – eli miten kipsin vaikutus saadaan esille valuma-aluepilotissa

Kun luonnontutkija haluaa jostain ilmiöstä tarkkaa tietoa, hän sulkeutuu laboratorion suojiin, säätää siellä yhtä vipua kerrallaan ja minimoi häiriötekijät. Kipsin vaikutuksen selvittämisessä tämä voisi tarkoittaa keinotekoista sadetusta ja fosforihuuhtoumien mittaamista maanäytteistä, jotka edustavat eri maalajeja, kasvipeitteisyyksiä ja muokkaustapoja. Labratutkijat tietävät, että ”älä koskaan toista onnistunutta koetta.” Olettaen, että tässä tutkimuksessa kaikki olisi mennyt kuin siinä kuuluisassa Yle Femman ohjelmassa, tulosten perusteella ei kuitenkaan voisi tehdä laajoja alueita koskevia laskelmia ja suosituksia. Erilaisten maalajien, kaltevuuksien, viljelykäytäntöjen ja säätilojen yhdistelmiä on laboratorion ulkopuolella yksinkertaisesti liikaa.

SAVE-hanke ei sulkeutunut laboratorioon vaan kipsin vaikutusta selvitetään paljaan taivaan alla, poikkeuksellisen laajalla käytännön kokeella, joka kattaa 82 neliökilometriä varsinaissuomalaista valuma-aluetta. Mitä yksityiskohtaisessa kipsimekanismien ymmärryksessä menetetään, voitetaan yleistettävyydessä. Näin voimme esimerkiksi paremmin arvioida, mikä on kipsin keskimääräinen vaikuttavuus Saaristomeren valuma-alueella. Laajan kenttätutkimuksen tuottaman aineiston käsittelyssä on kuitenkin omat kommervenkkinsa. SAVE-hankkeessa ne liittyvät pitkälti siihen, miten kipsisignaali erotetaan luontoäidin, ihmisen ja tekniikan tuottamasta kohinasta. Kyseessä kun ei todellakaan ole kontrolloitu laboratoriokoe.

Aineiston käsittely alkaa petollisen helposti: muutamalla hiiren klikkauksella saan ladattua Savijoen jatkuvatoimisten vedenlaatuanturien rekisteröimät tunnittaiset sameus-, sähkönjohtavuus-, fluoresenssi-, lämpötila- ja vedenkorkeusarvot Luode Consultingin serveriltä koneelleni. Vuotta 2018 aiemman aineiston saan vieläkin helpommin: laatuvarmistettuna Excel-tiedostona sähköpostiini.

Jatkuvatoimiset anturitkaan eivät kuitenkaan toimi jatkuvasti, vaan 1–2 % tunnittaisista tuloksista puuttuu. Antureiden ilmaisimiin menee roskia, tiedonsiirto serverille ei pelaa tai salama sekoittaa sähkönsaannin. Toistaiseksi pisin katkos kesti yli neljä päivää, kun Parmaharjun anturi uppoutui kevättulvassa 2017 joen pohjaan. Korvaan puuttuvat arvot olettamalla tasaisen muutoksen viimeisestä havainnosta ennen katkosta ensimmäiseen havaintoon katkoksen jälkeen, ts. lineaarisella interpoloinnilla. Näin luon Savijoen kolmelle havaintoasemalle helmikuun 19. päivästä 2016 alkavan yhtenäisen datasetin.

Tähän settiin lisään SYKEn hydrologeilta saamani tarkistetut valunta-arvot Savijoen mittapadolta ja laitan läppärini laskemaan kullekin asemalle maa-ainekseen sitoutuneen fosforin huuhtoumat. Laskennassa käytän hyväksi anturien mittaaman sameuden ja vesinäytteistä laboratoriossa määritetyn maa-ainesfosforin välistä yhteyttä.

Tulokseksi saan, että Savijoen yläosan kipsittömällä vertailualueella on huuhtoutunut ennen kipsinlevitystä, siis ajalla 19.2.–31.7.2016, keskimäärin 80 grammaa maa-ainesfosforia neliökilometriltä päivässä. Kipsialueen alaosan Parmaharjulla huuhtouma on ollut vastaavana aikana 50 % suurempi, 120 grammaa neliökilometriltä päivässä.

Eihän tämän näin pitänyt mennä! Oletimme nimittäin, että huuhtoumat ennen kipsiä olisivat samaa suuruusluokkaa Savijoen eri osissa. Onhan valuma-alue melko samanlainen ylhäältä alas. Kevään 2016 aineiston perusteella näyttää kuitenkin siltä, että alue, jolle kipsiä levitettiin, on eroosioherkempää kuin vertailualueeksi jätetty yläosa. Tällaista tilannetta ei olisi tullut vastaan kontrolloidussa laboratoriokokeessa.

Voisiko alueiden välinen ero johtua siitä, että vertailualueella on hieman vähemmän peltoja (39 % valuma-alueesta) kuin kipsinlevitysalueella (44 %)? Jos oletamme, että maa-ainesfosforia tulee vain pelloilta ja suhteutamme fosforihuuhtoumat peltoisuuteen, ero alueiden välisissä huuhtoumissa pienenee, mutta ei poistu. Eroa ei myöskään selitä peltojen maalaji, joka on enimmäkseen savea. Ainoa toistaiseksi tiedossamme oleva selitys on se, että yläjuoksun pellot ovat tasaisempia kuin kipsinlevitysalueella ja siten vähemmän eroosioherkkiä. Jos teillä hyvät blogimme lukijat on alueiden erosta näkemyksiä, niin kertokaa meille!

Kipsin levityksen jälkeen (1.11.2016–18.1.2018) fosforihuuhtoumat alueiden välillä ovat olleet päinvastaisia: vertailualueelta on huuhtoutunut 194 grammaa maa-ainesfosforia neliökilometriltä päivässä, mutta Parmaharjulla vain 174 grammaa. Tämä siitä huolimatta, että Parmaharjulle tultaessa vain 43 % kaikista pelloista on käsitelty kipsillä. Kipsi siis vaikuttaa purevan maa-ainesfosforiin, mutta tarkasti ottaen miten paljon? Tätä olen parhaillaan pohtimassa.

Koska tutkimusalueemme ei ole tasalaatuinen, alueiden erot on otettava tuloksia tulkittaessa huomioon. Olen jakanut valuma-alueen kolmeen osaan: (1) Savijoen yläjuoksu mittapadolle asti on siis vertailualue, (2) mittapadolta Yliskulmalle kuljettaessa olemme kipsinlevitysalueen yläosassa ja (3) alue Yliskulmalta Parmaharjulle on kipsinlevitysalueen alaosa. Kunkin näistä kolmesta alueesta olen jakanut maankäytöltään viiteen luokkaan: pellot, joille ei ole levitetty kipsiä, kipsipellot (nämä luonnollisesti puuttuvat vertailualueelta), kivennäismailla olevat metsät, rakennetut alueet ja viimeisimpänä sekä vähäisimpänä luokka ”muu maankäyttö”. Maankäyttöalat saan SYKEn tuottamasta CORINE2012-tietokannasta.

Tämän jälkeen arvioin kaikille kolmelle alueelle ja niiden viidelle maankäyttöluokalle ominaiskuormituksen. Vaikka Savijoki on peltovaltainen, yleisin maankäyttöluokka on metsä. Onnekkaasti metsälle löytyy alueelta mittaustietoa, sillä metsätalouden vesistökuormituksen seurantaverkon valuma-alueista kaksi (Ojakorpi ja Rantainrahka) sijaitsee vertailualueen latvoilla. Rakennetulle ja muulle alueelle sekä haja-asutukselle käytän kirjallisuusarvioita ja peltojen ominaiskuormituksen arvioin keräämämme aineiston avulla. Tässä otan huomioon kotieläimet ja viljelijöiltä saadut tiedot. Harjoituksen tuloksena saan arvioitua maa-ainesfosforin huuhtoumat kipsi- ja ei-kipsipelloille, ja näiden perusteella kipsin tuottaman reduktion. Kaikki huuhtoumiin vaikuttavat tekijät, joista on olemassa mittaus- tai kirjallisuustietoa, otetaan siis huomioon, jolloin kohinaa saadaan vaimennettua ja kipsisignaali mahdollisimman kirkkaana esille. Onneksi kipsin vaikutus on niin suuri, että valuma-aluetasonkin kokeesta saadaan oikean suuruusluokan tietoa, vaikka kaikkea epävarmuutta ei voidakaan eliminoida.

Seuraavassa blogissani esittelen tulokset eli sen, mikä on ollut kipsin vaikutus maa-ainesfosforiin, kiintoaineeseen, liuenneeseen orgaaniseen aineeseen ja sulfaattiin lähes kaksi vuotta kipsin levityksen jälkeen. Vastaavanlaisen arvion teen myös liuenneelle fosforille, sille kaikkein rehevöittävimmälle fosforimuodolle. Tällöin käytössäni ei kuitenkaan ole tiheää anturidataa vaan ainoastaan suhteellisen harvoin otetuista käsinäytteistä määritetyt pitoisuudet. Liuenneen fosforin suhteen joudumme siis sietämään suurempaa epävarmuutta.