Resepti Vantaanjoen rehevöitymisen vähentämiseksi

Projektipäällikkö Anna Saarentaus John Nurmisen Säätiöstä kertoo Vantaanjoen kipsihankkeen kuulumisia. Hanke on edennyt suunnitellusti, ja tänä syksynä kipsinlevitykseen osallistuu 50 tilaa Vantaanjoen valuma-alueella. 

Sain Savijoen kipsipilotin toteuttajilta alla olevan reseptin, koska työnantajani John Nurmisen Säätiö suunnitteli kipsikäsittelyn toteuttamista maatalouden vesiensuojelutoimena. Ohjetta on sovellettu Vantaanjoen valuma-alueella tänä ja viime vuonna, ja hyvin ovat nyt pullat nousemassa uunissa!

Ainekset:

  • Osaava hankekonsortio
  • Useita tarjouskilpailuja
  • Paljon puhelinaikaa
  • 70 maatilaa
  • 3500 ha peltoa
  • 14 000 t maanparannuskipsiä
  • 350 rekkaa
  • Levitysvaunuja + suotuisia säitä kipsin levitykseen

Valmistus:

  • Laadi kipsikäsittelyn säännöt ja ohjeet
  • Kilpailuta hankinnat, kuten kipsi, kuljetus, levitys ja tilakäynnit
  • Informoi viljelijöitä ja keskeisiä sidosryhmiä hankkeesta
  • Tee kiinnostuneiden viljelijöiden kanssa kipsinlevityssopimus
  • Maksa kipsikäsittelyn kustannukset ja huolehdi, että koko kipsiketju liikkuu suunnitellusti
  • Seuraa kipsikäsittelyn ympäristövaikutuksia
  • Raportoi ja viesti hankkeen tulokset

1. Aloita suunnittelusta

Vantaanjoen kipsihankkeen tavoitteeksi asetettiin kipsin levittäminen jopa 3500 peltohehtaarille. Tämän laajuisella kipsikäsittelyllä leikataan vuotuista fosforikuormaa noin kahdella tonnilla ja kiintoaineskuormaa noin tuhannella tonnilla, ja positiiviset vesistövaikutukset kohdistuvat lähes miljoonan virkistyskäyttäjän Vantaanjoelle ja Vanhankaupunginlahdelle.

Huolellinen pohjatyö ja eri sidosryhmien tarpeiden ja toiveiden selvittäminen sujuvoittavat hanketoteutusta. Vantaanjoen hanke on hyötynyt suuresti kipsipilotin kokemuksista, ja Liedon ja Paimion oppeja on pystytty ottamaan käyttöön ja käytäntöjä kehittämään edelleen. Nyt SAVE-hankkeesta tuttuja, tehokkaan vesiensuojelumenetelmän käyttöönotosta kertovia kipsikasoja on voinut bongata pääkaupunkiseudun ympäristössä.

Kipsikäsiteltävät alueet: Kipsiä levitetään etenkin Nurmijärvelle, Hyvinkäälle ja Vantaalle.
Kartta: Juha Riihimäki/SYKE

2. Älä lannistu, vaan selätä haasteet

Leipureille on Vantaanjoella tuottanut päänvaivaa etenkin viljelijöiden tavoittaminen, koska tietosuojasäädökset rajoittavat merkittävästi yhteystietojen luovuttamista. Monet sidosryhmät ovat kuitenkin ystävällisesti vieneet viestiä eteenpäin omien jäseniensä keskuudessa.

Muita käytännön haasteita ovat olleet toiminnan skaalaus pilottikokoluokasta kohti laajan mittakaavan vesiensuojelutyötä sekä kipsin ja julkisuudessa esillä olleiden muiden maatalouden vesiensuojelumenetelmien (rakennekalkki, kuitulietteet) vaikutusten ja toimintamekanismien sekoittuminen toisiinsa. On hieno asia, että uusia vesiensuojelumenetelmiä on viime vuosina innovoitu tiuhaan tahtiin, mutta viljelijöille se aiheuttaa välillä todellista infoähkyä.

Haasteita on pyritty taklaamaan suunnittelun (yhteiset palaverit palveluntarjoajien kesken, erilaisten online-työkalujen käyttöönotto) ja viestinnän keinoin.

3. Nauti onnistumisista

Matkan varrella on saatu iloita monista asioista. Tänä vuonna konsortiomme tuuletti, kun Yara Suomi Oy päätti lahjoittaa hankkeelle 2 500 ha:n kipsikäsittelyyn tarvittavan kipsin. Näin hankkeen rahoitus riitti vielä suuremman pinta-alan kipsikäsittelyyn. Riemunkiljahduksia herättivät myös tiettyjen virstanpylväiden, kuten levityssopimusten hehtaaritavoitteen saavuttaminen, ja mädinhaudontakokeen saaminen onnistuneesti päätökseen.

Onnellisina seurasimme myös sitä, kun hallituksen vesiensuojelun tehostamisohjelma sai kohdennettuja varoja kipsikäsittelyyn Saaristomeren alueella. Ei kun vain uudet pullat uuniin!

Uusi pelto, vanhat kujeet – näin kipsin levitys starttaa Vantaanjoella elokuussa 2019 Kuva: Kirsi Kurki-Miettinen/JNS

4.  Muista seurata vaikuttavuutta

Ympäristöseurannat ovat Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistyksen (VHVSY) osaavissa käsissä.

Kipsikäsittelyn vaikutuksia veden laatuun tutkitaan Lepsämänjoen mittausasemalla, jonka yläpuolisesta peltopinta-alasta käsiteltiin kipsillä syksyn 2018 aikana 36 % (300 ha). Mukaan saadaan lisää käsittelyalaa vielä syksyllä 2019.

Ensimmäiset merkit kipsikäsittelystä ovat jo olleet nähtävissä jokiveden laadussa, sillä kipsin liuetessa sen sisältämä sulfaatti nostaa sähkönjohtokyvyn arvoja. Kipsin vaikutusta eroosioon ja fosforihuuhtoumaan analysoidaan parhaillaan vertailemalla sameuden ja valuman suhdetta ennen ja jälkeen kipsikäsittelyn. Koska sameus korreloi kiintoainepitoisuuden ja kokonaisfosforipitoisuuden kanssa, indikoi sameuden väheneminen myös kiintoaine- ja fosforikuormituksen pienenemistä. Tuloksista raportoidaan myöhemmin tänä vuonna.

Kalaston osalta VHVSY on toteuttanut mädinhaudontakokeen ja sähkökoekalastuksen. Mädinhaudontakokeen tulosten mukaan jokivesi kipsikäsiteltyjen peltojen vaikutusalueilla soveltuu taimenen lisääntymiselle. Sähkökoekalastukset puolestaan toteutettiin ennen kipsin levitystä ja havaintoja kalakannoista vertaillaan myöhemmin kipsikäsittelyjen jälkeen suoritettaviin kalastuksiin. Kuudesta koealasta kolme oli erinomaisessa ekologisessa tilassa, yksi hyvässä ekologisessa tilassa ja kaksi tyydyttävässä tilassa. Taimenia esiintyi neljällä koealalla.

Mädinhaudontakokeen tarkistus talvella 2019
Kuva: VHVSY

5. Yllätykset ovat aina mahdollisia

Hanke on tähän mennessä edennyt suunnitellusti, ja uskomme, että kipsikäsittelyn vaikutus ravinnehuuhtouman vähentämisessä ja sitä kautta vesistöjen tilan parantamisessa on huomattava.

Syksyn säät vaikuttavat merkittävästi siihen, pystytäänkö koko suunniteltu levitysala käsittelemään syksyllä 2019 vai joudutaanko käsittelyä jatkamaan vielä vuonna 2020. Joka tapauksessa seuraaviin askeliin kuuluu muistuttaa vesiensuojelun tärkeydestä, lisätä edelleen kipsikäsittelyn tunnettuutta sekä kertoa seurantojen tuloksista niin veden laadun kuin kalastotutkimustenkin osalta.

Vantaanjoen kipsihanketta toteuttavat John Nurmisen Säätiö, Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistys ry, Helsingin yliopiston Maatalous-metsätieteellisen tiedekunnan Taloustieteen osasto ja Suomen ympäristökeskus. Hanketta rahoittavat säätiön yksityiset tukijat ja ympäristöministeriö. Hanke toteuttaa Suomen vesien- ja merenhoidon toimenpideohjelmaa.

Anna Saarentaus, projektipäällikkö, John Nurmisen Säätiö

Päteekö aineen häviämättömyyden laki myös kipsiin?

Petri Ekholm
Erikoistutkija
SYKE
+358 2952 51102
petri.ekholm (a) ymparisto.fi

Erikoistutkija Petri Ekholm Suomen ympäristökeskuksesta (SYKE) kertoo tuloksia SAVE-hankkeessa otetuista maa- ja kasvinäytteistä. Kipsi ei ole haitannut kasvien ravinteidenottoa, mutta kipsin sisältämän rikin kulkeutuminen maassa sekä kipsin vaikutusmekanismin tarkempi tuntemus vaativat vielä lisätutkimusta. Maa- ja kasvinäytteitä tullaan ottamaan taas vuonna 2020, jolloin käsityksemme menetelmästä edelleen tarkentuu.

Veden sameus ja fosforipitoisuus pienenivät Savijoessa kipsinlevityksen seurauksena, mutta mitä tapahtui kipsikäsitellyillä pelloilla? Kipsiä levitettiin 356 peltolohkolle, ja kaikkia niitä ei verrokkeineen voitu mitenkään tutkia. Sen sijaan valitsimme Savijoen valuma-alueen vertailu- ja kipsinlevitysalueilta 28 eri maalajeja edustavaa lohkoa, joilta otettiin kultakin kaksi kokoomanäytettä pintamaasta ja kasveista. Näytteitä otettiin yhden kerran ennen kipsinlevitystä (vuonna 2016) ja kaksi kertaa sen jälkeen (vuosina 2017 ja 2018).

Kasvinäytteiden analysointi osoitti, että kipsi ei ole haitannut kasvien magnesiumin- ja kaliuminottoa Savijoen valuma-alueella. (Kuva: Venla Ala-Harja)

Kasvinäytteiden analysointi osoitti, että Savijoen valuma-alueella kipsi ei ole haitannut kasvien magnesiumin- ja kaliuminottoa, jota on esitetty tapahtuvan, jos näitä kasveille välttämättömiä alkuaineita on maassa niukasti suhteessa muihin kationeihin. Kipsin sulfaatti voi vähentää kasvien seleeninottoa. Tätäkään vaikutusta ei havaittu, olkoonkin että alueella on hyvä kiinnittää seleeniin huomiota, sillä monessa kasvinäytteessä seleenin pitoisuus oli alle määritysrajan (0,02 mg/kg) riippumatta siitä oliko kipsiä levitetty vai ei.

Maaperänäytteet vahvistivat aiemman käsityksen, että kipsi ei vaikuta maan pH-arvoon tai fosforilukuun. Ne paljastivat myös järkeenkäyvän ilmiön liittyen kipsin käyttäytymiseen maassa. Kipsi koostuu kalsiumista ja rikistä, ja niinpä peltomaan ja kasvien rikkipitoisuus oli selvästi korkeampi kipsin levityksen jälkeen (kuvat 1 ja 2). Kalsiumissa ei tosin havaittu tilastollisesti merkitsevää nousua, sillä kalsiumia on maassa luontaisesti niin paljon, että kipsin tuoma lisä ei erottunut taustasta.

Yllätyksenä tuli kuitenkin se, että vain osa kipsin rikistä saatiin kiinni analyyseillä. Rikin lähtötaso peltomaassa ennen kipsinlevitystä vaihteli ”huononlaisesta” ”hyvään” eli välillä 6–17 mg/l. Kipsin mukana rikkiä levitettiin 622 kiloa hehtaarille. Olettaen, että peltolohko kynnetään ja että rikki sekoittuu tasaisesti ylimpään 20 sentin maakerrokseen, rikkipitoisuuden pitäisi nousta peräti 270 mg/l.

Kuva 1. Ensimmäisenä vuonna kipsinlevityksen jälkeen rikin pitoisuus pintamaassa oli noussut kipsikäsitellyillä lohkoilla, ei kuitenkaan niin paljon kuin laskennallisesti olisi pitänyt. Janat palkkien päissä kertovat pienimmän ja suurimman rikkipitoisuuden kipsikäsitellyillä peltolohkoilla (punainen) ja verrokkilohkoilla (sininen), palkit kuvaavat väliä, johon 90 % pitoisuuksista sijoittui ja viiva palkin keskellä mediaanipitoisuutta. (Kuva: Petri Ekholm / SYKE)

Kipsinlevityksen jälkeisenä keväänä rikkiä löytyi kuitenkin pintamaasta (0–20 cm) keskimäärin vain 39 % laskennallisesta määrästä. Tämä siitä huolimatta, että laskennassa otettiin huomioon Savijokeen huuhtoutunut rikki (9 % levitetystä kipsistä). Vaihtelu tutkittujen 11 kipsilohkon välillä oli suurta: pienimmillään rikkiä oli jäljellä vain 1 %, enimmillään 71 %. Vajaa kaksi vuotta kipsinlevityksen jälkeen pintamaassa oli jäljellä enää keskimäärin 17 % (vaihteluväli 0–50 %) lisätystä, ei-huuhtoutuneesta tai satoon siirtymättömästä rikistä. Minne rikki hävisi?

Rikillä esiintyy kaasumaisia muotoja, mutta rikin haihtuminen pintamaasta ilmaan on erittäin epätodennäköistä, sillä se vaatisi pitkään jatkuneen hapettomuuden. Siten vaihtoehdoksi jää rikin kulkeutuminen maassa alaspäin. Kolmelta kipsilohkolta oli tuloksia myös maakerroksista 20–40 cm ja 40–60 cm. Ja tosiaan, rikkipitoisuus oli noussut myös muokkauskerroksen alapuolella, ts. rikki oli heikosti maahan sitoutuvana aineena huuhtoutunut syvemmälle. Kaikki kadoksissa oleva rikki ei kuitenkaan löytynyt täältäkään. Kaivotutkimusten mukaan kipsiä ei myöskään ollut päätynyt pohjaveteen asti. Näyttää siis siltä, että kipsin rikkiä on kulkeutunut 60 cm syvemmälle, mutta ei kuitenkaan salaojiin asti ja sitä kautta Savijokeen. Mahdollista on myös, että viljavuusanalyysillä ei ole saatu esille kaikkea maassa olevaa rikkiä.

Kasveissa rikkiä oli ennen kipsiä keskimäärin 2,6 g/kg, ensimmäisenä kipsin jälkeisenä kasvukautena 5,1 g/kg ja toisena 4,9 g/kg (kuva 2). Kasveissa ei siis näkynyt vastaavaa rikkipitoisuuden alentumaa toisena vuotena kuin maanäytteissä, mikä myös voisi viitata rikin kulkeutumiseen syvemmälle maassa, pysyen silti kasvien juurten ulottuvilla.

Kuva 2. Kasvien rikkipitoisuus nousi kipsinlevityksen jälkeen ja pysyi aiempaa korkeampana myös toisena kipsinlevityksen jälkeisenä vuotena. (Kuva: Petri Ekholm / SYKE)

Rikin kohtalon selvittäminen on tärkeää, sillä se kertoo kipsin vaikutusmekanismista. Kun kipsi liukenee, maanesteen ionivahvuus (”suolapitoisuus”) kasvaa, mikä näkyi viljavuusanalyysissä maan johtoluvun nousuna: mitä enemmän maanesteessä on liuenneita ioneja, sitä paremmin se johtaa sähköä. Kun ionivahvuus kasvaa, mikroskooppisen pienet maahiukkaset muodostavat ryppäitä, jotka eivät enää ole niin herkkiä kulkeutumaan sade- ja lumensulamisveden mukana alapuolisiin vesistöihin.

Maa-aineksen kulkeutumisen pelloilta vesiin, siis eroosion, ajatellaan olevan maan pinnalla tapahtuva ilmiö. Jos kipsi on pintakerroksesta pitkälti huuhtoutunut, kuten tulokset viittaavat, niin eikö kipsin vaikutuksenkin tulisi olla hiipunut? Näin ei vedenlaatumittausten mukaan kuitenkaan näytä olevan. Ehkä pienikin määrä ”jäännöskipsiä” riittää pintamaan eroosiokestävyyden ylläpitämiseen. Tai ehkä suolavaikutuksen hävittyä maan mikromurut säilyvät, esimerkiksi maan mikrobien erittämien liimamaisten aineiden edistäminä. Emme näytä vielä täysin tuntevan kipsin vaikutusmekanismia.

Maa- ja kasvianalyysi toteutetaan vielä vuonna 2020, jolloin saataneen lisätietoa kadonneesta rikistä – ja lisää tutkittavaa.

Älä tule hyvä kakku, tule paha kakku!

Erikoistutkija Jouni Lehtoranta Suomen ympäristökeskuksesta (SYKE) kertoo yhteistyössä Turun ammattikorkeakoulun kanssa tehdyistä kokeista, joissa selvitettiin sulfaatin vaikutusta luonnonvesien rehevöitymiseen. Mereen päätyessään sulfaatista ei ole haittaa, sillä merivedessä sitä on luontaisesti paljon. SAVE-hankkeen arviossa kipsinlevitykselle soveltuvasta peltoalasta on rajattu pois ne valuma-alueet, joilta vedet laskevat järviin.  Jouni kertoo blogissa miksi järvet eivät kestä sulfaattia.

Edellisessä blogijutussani esittelin sulfaatinpelkistyksen vaikutusta raudan ja fosforin kiertoon ja sen aiheuttamaa rehevöitymistä. Kipsinlevitys pelloille voi nostaa sulfaattipitoisuutta vesistöissä. Voisiko siitä aiheutua haittaa järvissä?

Sulfaatin vaikutusten tutkiminen itse vesistöissä on hankalaa, sillä sulfaatti vaikuttaa pohjasedimentin prosesseihin. Haitallisten vaikutusten havaitseminen saattaa kestää vuosia. Kätevämpää on tehdä laboratoriokoe, jossa olosuhteita voidaan säädellä tarkemmin kuin tottelemattomassa luonnonympäristössä.

”Selvittääksemme miten mikrobit kohottavat sedimenttikakkujamme, tapoimme pöpöt reilulla annoksella formaliinia osasta näytteitä. Kakkujen kypsennyslämpötila oli 20 astetta.” (Kuva: Wolf Helmhardt von Hohberg 1695, Frau beim Brotbacken, Deutsche Fotothek, Wikipedia Commons.)

Labrakokkailua Turussa

Kokkailimme siis yhdessä Turun ammattikorkeakoulun insinööriopiskelijoiden ja heidän opettajiensa johdolla sedimenttikakkuja. Kakkureseptimme työkeittiöstä arkeen ja juhlaan oli seuraava: Raaka-aineina jään alta nostettu Turun Maarian altaan pohjasedimentin pintakerros ja saman altaan vesi. Sitten sulfaattia kolmessa eri tasossa: ei lisäystä, 30 mg/L ja 100 mg/L. Halusimme myös virkistää joidenkin koeyksiköiden mikrobitoimintaa sokerilla aivan kuin pullataikinassa. Tosin tavoitteena oli saada bakteerien – ei hiivojen – toiminta piristymään. Lisäksi tylytimme happea hengittäviä mikrobeja poistamalla vedestä happea typpikuplituksella. Selvittääksemme miten mikrobit kohottavat sedimenttikakkujamme, tapoimme pöpöt reilulla annoksella formaliinia osasta näytteitä. Kakkujen kypsennyslämpötila oli 20 astetta ja niitä pidettiin pimeässä. Vaatimaton lämpötila piirakanpaistoon, mutta varsin korkea meikäläisissä vesistöissä.

Tavoitteena rautasulfidikakkuja

Tavoitteenamme oli pilata Maarian altaan hyvä sedimentti sulfaattilisäyksillä. Sedimentissä saattaa olla niukasti ravintoa sulfaatin pelkistäjille ja siksi ruuan riittävyys varmistettiin  sokerilla. Hapettomissa oloissa rautaoksidikakkujen pitäisi pelkistyä ja vapauttaa rautaa ja fosforia veteen. Sulfaattikäsittelyissä tulisi leipoutua rautasulfidikakkuja ja samalla fosforia pitäisi irrota veteen reippaasti. Tavoitteena oli siis havaita, miten hengitykseen käytettävä sulfaatti ja pöpöille tarjottu tuore ravinto aiheuttaisivat eroja monessa eri tekijässä käsittelyjen välillä. Oletuksena oli myös, että kaikissa formaliinilla tapetuissa kakuissa olisi taas varsin hiljaista.

Kokkailuissamme aistinvarainen kolmen tuomarin makustelu ei riittäisi. Nyt oli saatava numeroita veden sulfaatin, sulfidien, liukoisen raudan, fosfaattifosforin, kokonaisfosforin, mangaanin, nitraatin, ammoniumin pitoisuuksista ja vielä pH:n muutoksista niin leivonnan alussa kuin lopussakin. Tähtäimessä oli, että ymmärryksemme sulfaatin ja sokerin vaikutuksesta sedimentistä veteen irtoaviin useisiin aineisiin lisääntyisi.

Sedimenttikakkumme kuukausien kypsyttelyjen jälkeen

Vedessä lilluneet kakkumme muuttuivat mustiksi, joka viittaa rautasulfidien muodostukseen. Hapettomissa oloissa sedimentistä irtosi runsaasti fosforia veteen. Pitoisuus nousi jopa korkeammaksi kuin puhdistamattomassa jätevedessä. Sokeri lisäsi vain hieman fosforin vapautumista, mutta rautaa ja ammoniumia irtosi veteen sokerin avulla reippaasti enemmän. Tapetuissa näytteissä fosforipitoisuus pysyi lähtötasolla tai jopa laski, eli ilman mikrobitoimintaa fosforin vapautumista ei tapahtunut hapettomissakaan oloissa.

Mitä opimme sedimenttikakkujen mittailusta?

Jos Maarian altaan sulfaattipitoisuus nousee, niin fosforin vapautuminen sedimentistä kasvaa. Kokeissa sulfaatin lisäys vähensi myös vedessä tavatun raudan määrää, mutta melko vähän. Sulfaatti siis lisäsi fosforin vapautumista ja samalla vähensi fosforia sitovan raudan määrää vedessä luultavasti rautasulfidien muodostuksen vuoksi. Huonoon suuntaan mentiin, mutta tuliko niin pahaa kakkua kuin toivottiin? No ei tullut. Raudan väheneminen ja fosforin vapautuminen oli varsin maltillista. Sokerinkin lisääminen kasvatti fosforin vapautumista vain hillitysti sedimentistä veteen. Miksi näin kävi?

Vaikuttaa siltä, että Maarian altaan pöpöille itse sedimentissä on jerkkua takana kuin Pitkämäen heitossa aikoinansa. Sedimentissä on siis riittävästi polttoainetta käynnistämään fosforia vapauttavat hapettomat hengitysprosessit aina sulfaatinpelkistykseen saakka. Hapettomissa oloissa altaan sedimentistä irtoaa runsaasti fosforia ilman sulfaatti- tai sokerilisäystäkin. Tosin sokerin lisääminen saattoi kohentaa mikrobien kasvua ja sedimentistä irronnut ekstra fosfori voisi löytyä myös sokerista hyötyneistä pöpöistä.

Merkittävin tekijä vähäisen pahan kakun syntymiseen oli luultavasti se, että altaan sedimentissä on paljon rautaoksideja. Niiden pelkistyminen nosti raudan määrän vedessä hyvin korkeaksi. Kokeessa lisäämämme sulfaatti hengitettiin pois lähes täysin ja silti syntyneet sulfidit riittivät sitomaan vain osan raudasta. Sulfaattimäärämme eivät juuri vaarantaneet raudan kykyä sitoa fosforia, kun olot muuttuivat takaisin hapellisiksi. Mutta olisiko pahaa sulfidikakkua syntynyt enemmän, jos olisimme lisänneet sulfaattia kokeen edetessä? Jaa-a, kyllä näin olisi voinut tapahtua. Luonnossahan sulfaatti ei ehtyisi parissa kuukaudessa kuten kokeessamme.

Lopputulos

Kokeemme toi konkreettisesti esiin sen, että useita ravinteiden kiertoon osallistuvia aineita on otettava huomioon kun tarkastellaan kuormituksen vähentämistoimenpiteiden vaikutuksia vastaanottavassa vesistössä.

Voiko kipsiä nyt laittaa pellolle, vaikka sulfaattipitoisuus nousee vesistöissä? Tulostemme perusteella varsin reipaskaan sulfaattipitoisuuden kasvu Maarian altaassa ei lisää huimasti fosforin vapautumista, kun olosuhteet muuttuvat hapettomiksi. Kokeemme kesti kuitenkin vain pari kuukautta. Huolestuneisuus kohdistuu tässä siihen, että sulfaatti pääsi kokeessa ehtymään  melko nopeasti. Jos sulfaattia tulisi pidempiaikaisesti valuma-alueelta vesistöön  ja mikrobit pelkistäisivät sitä sedimentissä, niin se saattaisi johtaa rautasulfidien muodostukseen ja heikentyneeseen fosforin sidontakykyyn. Pahaa kakkua saattaisi syntyä, vaikkakin hitaasti. Suosittelisin siis edelleen kipsin käyttöä vain sellaisilla valuma-alueilla, joista vedet päätyvät jokien kautta suoraan mereen.

Blogini epilogi

Antaisin reseptille vaikeusasteen 4/5. Toteutus ja valmistuminen syövät resursseja ja aikaa. Kakkukäsittelyissä muodostuva bukee (tolkuton mädän kananmunan haju) karsii amatöörit ja vain karastuneimmat ajautuvat ammattilaisuuteen. Hapettomien olojen kokkailukokemuksista MP:tä ja näkiksii voi kysäistä opiskelijoilta, jotka opettajiensa kanssa toteuttivat kokeen näytteenotosta aina viimeisiin mittauksiin. Sedimenttikokeet vaativat suuren työmäärän. Näytteiden käsittely hapettomuudessa ei myöskään ole ihan yksinkertaista. Näistä vaativista töistä Turun AMK selvisi erinomaisesti ja siitä iso kiitos.

Jouni Lehtoranta
Erikoistutkija, Suomen ympäristökeskus (SYKE)

Peltojen kipsikäsittely ei näytä aiheuttavan vaaraa virtavesieliöstölle

Keväinen Savijoki (Kuva: Janne Artell)

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)

Vesistönäytelmässä sulfaatin rikille lankeaa pahiksen rooli

Erikoistutkija Jouni Lehtoranta Suomen ympäristökeskuksesta (SYKE) kuvaa kirjoituksessaan, miten sulfaatti saattaa aiheuttaa rehevöitymistä vesistöissä. Tätä näytelmää lukiessa maallikollekin avautuu, mistä prosessissa on kyse. Sulfaatin vaikutusta luonnonvesien rehevöitymiseen on tutkittu yhteistyössä Turun AMK:n kanssa. Tuloksia kokeesta saadaan syksyllä. Keväällä julkaistussa arviossa kipsinlevitykselle soveltuvasta peltoalasta  on rajattu pois ne valuma-alueet, joilta vedet laskevat järviin.

Olemme Ekholmin Petrin kanssa pohdiskelleet sulfaatin aiheuttamaa rehevöitymistä vuosituhannen alusta saakka. Fosforin kierron kannalta ”mikrobiologinen dissimilatorinen sulfaatin pelkistys” on yksi merkittävimmistä tapahtumista vesistöissä. Työkaverit hauskuuttavat itseään tuon termin käytöllä ja hymyilyttäähän se minuakin. Totuus kuitenkin on, että prosessi tunnetaan heikosti meikäläisissä vesistöissä. Eikä tuo nyt luille kaluttu termi ole, jos se tulee tässä ensimmäistä kertaa esille. Ryhdytään nyt linkittämään sulfaattia fosforiin ja rehevöitymiseen teatterinäytelmän keinoin.

Kytkennät aineiden välillä ovat tietysti monimutkaisia, kuten näiden luonnon prosessien kanssa tahtoo olla. Mutta niin ovat monet näytelmätkin pää- ja sivuhenkilöineen. Hylätään kuitenkin aluksi termit ja rakennetaan sulfaatista näytelmä, jossa aineiden sitoutumiset ja vapautumiset esitetään kihlautumisina, eroina ja uusien kumppanien löytämisinä ja pysyvinä liittoina. Pääosissa ovat happi, rauta, rikki, fosfori ja eloperäinen hiili. Eri näytösten ohjaajat – tilannetajuiset mikrobit – osallistuvat näytökseen vain, kun tietyt reunaehdot näyttämöllä toteutuvat. Näyttelijät ja ohjaajat lavalle ja vedetään esirippu ylös!

Henkilöhahmoja Shakespearen näytelmistä. (Kuva 1800-luvun puolivälistä, tekijä tuntematon. Lähde: Wikipedia Commons)

Ensimmäinen näytös: Rauta-fosforiliitossa kaikki hyvin

Näyttämöllä on ruuhkaksi asti happea ja muutamia eloperäisen aineksen edustajia. Mikrobeista lavalla ovat vain ne, jotka tykkäävät hapesta, jota on runsaasti ympärillä. Timmissä kunnossa olevat hapettuneet ruosteraudat kihlautuvat nopeasti fosforin kanssa ja fosfori ei ole kiinnostunut suuresti levien flirttailusta. Levät eivät siis lisäänny liikaa. Sulfaatit pyörivät näyttämöllä kykenemättöminä turmelemaan raudan ja fosforin solmimia liittoja. Oi onnea!

Toinen näytös: Parisuhde alkaa rakoilla

Näyttämölle saapuu lisää eloperäistä ainesta ja mikrobit poistavat näyttämöltä lopulta kaikki happikaverit. Hapettomaksi muuttuneella näyttämöllä hyväkuntoisesta raudasta kiinnostunut mikrobiporukka heräilee ja alkaa murjoa eloperäisen aineksen avulla rautaa heikompaan kuntoon. Tällaisesta raudasta fosfori ei enää ole kiinnostunut ja fosfori purkaa kihlauksensa raudan kanssa. Voimaton rauta ja siitä eronnut fosfori eivät kykene sitoutumaan toisiinsa lukuun ottamatta muutamaa hassua susiparia, ja rauta ja fosfori vaeltelevat turhautuneina näyttämöllä. Osa fosforista tympääntyy touhuun täysin ja menee kimppaan levien kanssa.

Kolmas näytös: Parisuhdeongelma kärjistyy – rauta löytää uuden kumppanin

Lavalle tunkeutuu vielä lisää eloperäistä ainesta, sopivaa rautaa ei enää ole taottavaksi ja nyt eloperäisen aineksesta kiinnostuvat sulfaattia hyödyntävät mikrobit. Nämä veijarit tuottavat sulfaatista ärhäkkään, raudasta erittäin kiinnostuneen sulfidin. Sulfidi häiriköi, vie raudan vihille, ja pariskunnasta tulee musta, näyttämörakenteisiin hautautuva kiinteä rautasulfidi. Raudan seurustelu sulfidin kanssa on armoton fosforille, sillä rauta, liittouduttuaan sulfidin kanssa, ei kykene fosforiliittoon. Fosfori poistuu kolmantena pyöränä ja on vapaa seurustelemaan muiden kumppanien kanssa. Näytelmän loppu on onneton – fosfori kihlautuu sinilevän kanssa.

Näytelmän opetus

Esityksen ”hyvis” on rauta, tarkemmin ilmaistuna rautaoksidi, joka sitoo fosforin pois levien ulottuvilta. Sulfaatti ja sen sisältämä rikki on taas ”pahis”, joka sitoo raudan, jolloin se ei kykene sitomaan fosforia. Ensimmäinen näytös osoittaa, että sulfaatti on alussa ”harmiton”, mutta tilanne muuttuu ikäväksi, kun mikrobit voivat hyödyntää sitä suurin määrin, jolloin sulfaatin sisältämä rikki aiheuttaa riesaa sen estäessä raudan ja fosforin keskinäisen sitoutumisen.

Jokien sulfaattikuormalla on vähäinen vaikutus meren sulfaattipitoisuuteen, koska merissä sulfaattia on jo luontaisesti. (Kuva: Samuli Puroila)

Sulfaatin lisääminen vesistöön voi siis lisätä rehevöitymistä. Jos systeemi on niukkatuottoinen, niin sulfaatti tuskin aiheuttaa rehevöitymisongelmia – pohjasedimentissä kun ei ole käyttökelpoista eloperäistä ainesta sulfaatinpelkistäjille ja sulfaatti kulkee vesistön läpi. Toisin on rehevien vesistöjen kanssa, joihin sulfaatin lisääminen voi olla hyvinkin haitallista. Sulfaatin pelkistäjäbakteerit viihtyvät hyvin lämpimissä ja rehevissä ympäristöissä. Maataloutemme kuormittamat matalat ja hyvin, koko vesitilavuudeltaan lämpenevät järvemme eivät todellakaan tarvitse sulfaattilisäystä. Tämän vuoksi emme suosittele sulfaattipitoisuutta vesistössä nostavaa kipsin käyttöä kuin sellaisilla valuma-alueilla, joilta vesi kulkeutuu suoraan tai jokia pitkin mereen. Merivedessä sulfaattia riittää luontaisesti eikä lisäsulfaatti juuri vaikuta sulfaattipitoisuuteen.

Tätä aihetta ”sulfaatti ja rehevöityminen” ovat käsitelleet muutkin tasokkaissa tieteellisissä artikkeleissa, ja vieläpä reilusti ennen minua ja Petriä. Mutta jos meidän tekemä heavy-osasto kiinnostaa, niin kannattaa käydä vilkaisemassa artikkeleita AMBIO-tiedelehdestä tai kotimaisesta Vesitalous-sarjasta.

J.K. Tavoittelin tässä Shakespearen loistokkuutta, mutta tällaista pienen pitäjän kömpelöä kesäteatteria tuli. Menköön helteisen heinäkuun piikkiin.

Jouni Lehtoranta
Erikoistutkija, Suomen ympäristökeskus (SYKE)

Mädinhaudontaa Savijoella – hiekka häiritsi koetta

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

 

Sulfaattiselvityskoe – matka kohti tuntematonta

Sulfaatin vaikutuksesta luonnonvesien rehevöitymiseen kaivataan kipeästi lisää tietoa, sillä esimerkiksi SAVE-hankkeen kipsikäsittelyt ja Paattistenjoen ferrisulfaattikäsittelyt ovat lisänneet jokiveden sulfaattipitoisuuksia. Tuorein tutkimus toteutettiin Turun ammattikorkeakoulun laboratoriossa neljännen vuoden opiskelijoiden yhteistyönä. Tutkimuskohteena oli Turussa sijaitsevan Maarian tekoaltaan vesi ja pohjasedimentti. Syyskuun 2017 aikana järjestetyssä hankkeen infotilaisuudessa loksahtivat opiskelijaryhmän suut auki: mihin tässä oikein ollaan ryhtymässä?

Vuodenajan armoilla

Tammikuun toisena sunnuntaina oli hieman erikoista herätä aikaisin aamulla. Aamu poikkesi paljon tavanomaisesta päivärytmistä, mutta niin sen oli tällä kertaa tarkoituskin. Oli aika valmistautua näytteenottoon, joka polkaisi käyntiin muutaman päivän mittaisen työurakan alkavalle viikolle. Kolmen hengen tiimi kokoontui kampukselle tarkistamaan kaikki laitteet ja apuvälineet mitä näytteenotossa tarvitaan. Kaikki vaikutti olevan kunnossa, joten ei muuta kuin tavarat auton kyytiin ja matkaan kohti Maarian allasta.

Paikan päällä aamuaurinko alkoi jo pilkottaa taivaanrannasta antaen valoa alkavalle työpäivälle. Maarian altaalla kerättiin talteen ravinnepitoista sedimenttiä ja altaan vettä laboratoriokoetta varten. Ennen näytteenottoa oli tarvetta kuitenkin pienelle lihasvoimalle. Syynä oli noin 30 sentin jääkerros, minkä läpi oli päästävä monessa eri kohdassa. Urakkaa hankaloitti myös se tosiasia, että talviaikaan päivänvalolla on rajansa. Oli toimittava ripeästi ja koordinoidusti, jotta saimme näytteenoton onnistumaan. Lyhyet evästauotkin oli pakko porrastaa, jotta valoisa aika ei loppuisi kesken.

Haasteet olivat kuitenkin tällä kertaa vain pomppuja matkassa ja näytteenotto onnistui lähelle toivottua lopputulosta. Alkuillan pimeydessä pakkasimme tavarat ja näytteet autoon ja palasimme takaisin kampukselle. Näytteet saivat vielä odottaa maanantaiaamuun ennen kuin päätyivät varsinaiseen käsittelyyn.

Tutkimus pullotetuilla koeyksiköillä

Koevedestä valmistettiin lasipulloihin yhteensä 14 erilaista koeyksikköä, joista suurimmassa osassa oli lisäksi Maarian altaan pohjasedimenttiä. Eroavaisuuksia lähdettiin toteuttamaan lisäämällä tiettyihin pulloihin sulfaattia ja hiilen lähteenä toimivaa sokeria. Koeyksiköiden kokoamisen jälkeen odotettiin noin vuorokausi ennen ensimmäisiä määrityksiä. Kokeessa tarkoitus oli siis tarkastella lähtö- ja lopputilanteita.

Pintasedimenttiä Maarian altaasta (kuva: Eemeli Huhta/Turun AMK) sekä näytteenottoa koeyksiköistä (kuva: Emilia Suvanto/Turun AMK)

Mikäli suunnitelmissa oli päästä päivän päätteeksi nauttimaan raikkaasta tammikuisesta säästä, olivat ensimmäiset näytteet eri mieltä. Työpäivät venyivät jopa 16 tuntisiksi. Valmistautuminen oli tärkeässä roolissa. Pitkästä päivästä huolen piti etenkin näytteiden suodattaminen, koska koevesi oli hyvin sameaa. Analyysit valmistuivat kuitenkin suhteellisen nopeasti, koska työtaakka oli jaettu. Tittelin aikaa vievimmästä määrityksestä vei ylivoimaisesti sulfaatti, sillä yksi mittaus kesti 20 minuuttia.

Tutkimuksessa haluttiin asettaa myös mikrobitoiminta yhdeksi muuttujaksi. Ensimmäisen näytteenoton jälkeen tietyistä koeyksiköistä pyrittiin formaliinin voimalla poistamaan mikrobiologian vaikutus. Näiden toimenpiteiden jälkeen haluttiin pulloista poistaa lisäksi happi typpikaasulla. Tämän jälkeen pullot korkitettiin ja laitettiin pimeään tekeytymään kahdeksi kuukaudeksija odottamaan lopputilanteen tarkastamista. Tämän kahden kuukauden aikana ainoa toimenpide oli pullojen viikoittainen sekoittaminen.

Suodattaminen tuotti harmaita hiuksia (kuva: Emilia Suvanto/Turun AMK). Koeyksiköiden typettämistä (kuva: Emilia Suvanto/Turun AMK)

Hapettomat olosuhteet uutuutena

Sulfaatin vaikutus fosforin vapautumiseen tulee esille vasta hapettomissa oloissa. Näin ollen toisessa näytteenotossa tämä oli huomioitava myös laboratoriomääritysten osalta. Fokuksessa olikin se, miten laboratoriossa voidaan toimia hapettomasti. Tarvitsisiko koko laboratorio typettää hapettomaksi ja pitäisikö tutkijat varustaa avaruuspuvuin?

Näin järeisiin toimenpiteisiin ei sentään ollut tarvetta ryhtyä. Hapettomien olosuhteiden toimintamalliin lähdettiin hakemaan ratkaisua polyeteeniteltoista. Kyseessä on suljettu systeemi, jonka sisällä olevia olosuhteita, eli tässä tapauksessa happipitoisuutta, on mahdollista kontrolloida. Näiden telttojen rakenteissa oli kiinni neljä hansikasparia, kaksi kummallakin puolen, joten telttailemaan pääsi parhaimmillaan kaksi tutkijaa yhtäaikaisesti. Koeyksiköiden tavoin myös teltoista poistettiin happi typpikaasulla.

Typpiteltoilla työskentelyä (Kuva: Pasi Laaksonen/Turun AMK)

Typpiteltoilla työskentely laittoi käsiltään näppärimmänkin tutkijan kyvyt koetukselle, sillä teltan kömpelöillä hansikkailla jo pelkkä tavaroiden siirtely vaati erityistä tarkkuutta. Etenkin kaikkein pienimmät astiat olivat herkkiä kaatumiselle. Pelisilmä olikin valttia kahden tutkijan työskennellessä samassa teltassa samanaikaisesti. Tutkimuksen aikana haasteilta ei vältytty, esimerkiksi eräs näytepullo kaatui epäonnekkaasti useamman tutkijan toimesta. Kokonaisuus huomioiden telttahaasteesta selviydyttiin kuitenkin ansiokkaasti.

Loppu hyvin, kaikki hyvin

Toisesta määrityskierroksesta povattiin typpitelttojen takia erityisen haasteellista. Etenkin näytteiden suodattamista odotettiin kammoksuen. Suodattaminen sujui kuitenkin melko kivuttomasti, sillä koeyksiköiden vesi oli ensimmäiseen näytteenottoon verrattuna huomattavasti kirkkaampaa. Sen sijaan näytteiden määritykset veivät aikaa suodattamisenkin edestä, joten pitkiltä työpäiviltä ei tälläkään kertaa vältytty. Loppujen lopuksi hanketta voi pitää onnistuneena, erityisesti typpiteltoilla suoritettavat toimenpiteet oli melko hyvin suunniteltu etukäteen ja mutkia matkassa oli vain harvakseltaan.

Seikkailun tuloksista kerrotaan viimeistään loppukesästä. Kokeesta kerrottiin ensimmäisen kerran lyhyesti SAVEn blogissa helmikuussa.

 

Turun ammattikorkeakoulun opiskelijat:

Pasi Laaksonen (prosessi- ja materiaalitekniikka)

Jenni Ståhlberg (bio- ja elintarviketekniikka, sv. laboratoriotekniikka)

Tapio Kankaanpää (energia- ja ympäristötekniikka)

Viljelijöiden havaintoja pelloilta reilu vuosi kipsinlevityksen jälkeen

Viljelijöiden kokemukset kipsin käytöstä omilla pelloillaan ovat tärkeä osa pilotissa kerättävää tietoa. Suuret kiitokset vielä kaikille kyselyyn vastanneille!

Aikaisemmassa vuoden 2016 kyselyssä osa kysymyksistä käsitteli kipsin kuljetuksen, varastoinnin ja levityksen sujumista syksyllä 2016. Vastaukset olivat pääosin myönteisiä, koska vaikeuksia työvaiheissa kuivana syksynä oli koettu varsin vähän.

Elokuista satoa Liedossa (Kuva: Janne Artell)

Tällä kertaa kyselyssä keskiössä olivat viljelijöiden havainnot omilta kipsikäsitellyiltä pelloiltaan. Oliko kipsi vaikuttanut satoihin tai peltomaahan ja oliko kipsin vaikutus näkynyt muulla tavalla – peltolammikoissa, ojissa tai peltoja halkovassa Savijoessa? Vastauksia saatiin lähes yhtä paljon kuin viime vuonna: yhteensä 47 viljelijää kaikista 55 pilottiviljelijästä vastasi kyselyyn.

Tärkeimpänä huomiona kyselyn tuloksista voidaan kertoa, että yhdelläkään viljelijällä ei ollut havaintoja kipsin heikentävästä vaikutuksesta satoon tai maaperään omilla pelloillaan. Yksittäiset viljelijät arvioivat, että kipsillä oli ollut myönteinen vaikutus satoon. Maaperän parantumisesta raportoivat erityisesti kyntö- ja kevytmuokattuja peltoja viljelleet – noin kolmasosa heistä oli havainnut kipsin vaikuttaneen positiivisesti peltoihin. Myös yksittäiset suorakylvöpeltoja viljelleet kokivat kipsin parantaneen maaperää.

Peltojen tiivistyminen on keskeinen syksyisiin peltotöihin liittyvä haaste. Selvitimme siis myös kipsin levitystyön vaikutuksia peltoihin. Kolmasosa viljelijöistä oli havainnut jonkin verran pellon tiivistymistä ja neljäsosalla oli jäänyt jonkin verran uria peltoon. Pahoja ongelmia ei kuitenkaan esiintynyt kenelläkään ja suurin osa oli selvinnyt kokonaan ilman ongelmia. Asiaan vaikutti varmasti osaltaan vähäsateiset levityskelit syksyllä 2016.

Kyselyn perusteella kaksi kolmesta käyttäisi kipsiä uudelleenkin ja saman verran suosittelisi sitä muille viljelijöille. Tulos on samansuuntainen kuin vuoden 2016 kyselyssä. Suurin ero kyselyjen välillä näkyi huolissa peltomaan kovettumisesta ja kipsin vaikutuksesta satoon: melko paljon, paljon tai erittäin paljon huolestuttavana asiana niitä piti aiemmin puolet viljelijöistä – nyt enää noin kolmasosa.

Talvella kysyimme SAVE-hanketta edeltäneeseen Nummenpään TraP-hankkeeseen osallistuneilta viljelijöiltä heidän havaintojaan pelloilta noin kymmenen vuotta kipsinlevityksen jälkeen. Vastaukset olivat hyvin samansuuntaisia kuin Liedon viljelijöiltä saadut vastaukset. Pidemmänkään ajan kuluttua negatiivisia vaikutuksia ei pelloilla ollut näkynyt.

Kipsin vaikutuksia maaperään ja kasvustoon arvioidaan myös maa- ja kasvustonäytteiden avulla. Maanäytteitä on otettu ennen kipsinlevitystä ja kahtena keväänä levityksen jälkeen. Toiset kipsin jälkeiset kasvustonäytteet pelloilta otetaan kesäkuun loppupuolella. Tulokset kipsin vaikutuksesta maaperään ja kasvustoon saadaan syksyllä, kun molempien kipsinlevityksen jälkeisten vuosien analyysit ovat valmiita.

Venla Ala-Harja
Helsingin yliopisto

Kurkistus jäänkannen alle – mädinhaudontaa Savijoella

Viime syksynä aloitimme taimenen mädinhaudontakokeen, jossa selvitämme, miten Savijokea ympäröivillä pelloilla tehty kipsinlevitys vaikuttaa taimenen alkioiden selviytymiseen ja kasvuun Savijoella. Tätä varten rakensimme keinopesiä, jotka muistuttavat olosuhteiltaan mahdollisimman hyvin taimenen oikeita kutupesiä.

Tammikuun puolivälissä kävimme tarkistamassa, mitä viime syksynä rakentamillemme keinopesille kuului. Uutiset olivat sekä hyviä että hieman huolestuttavia. Kaikki keinopesät olivat paikoillaan syksyn ja alkutalven runsaiden sateiden jäljiltä, eikä millään koepaikalla ollut jäänkantta tuolloin. Savijoella kipsinlevityksen vaikutuspiirissä olevalla Koskelan alueella joen pohjaan ja myös keinopesien päälle oli kuitenkin muodostunut jäätä. Metsäisen vertailujoen, Järvijoen, keinopesiin oli puolestaan kertynyt hiekkaa. Sen sijaan Savijoella mittapadon yläpuolisella kipsittömällä vertailualueella emme havainneet merkkejä pohjajäästä tai hiekasta. Koskelan ja Järvijoen havainnot kuitenkin herättivät kysymyksen siitä, miten muut kuin kipsinlevitykseen liittyvät tekijät saattaisivat vaikuttaa alkioiden selviytymiseen tai kasvuun. Tämä selviäisi meille kuitenkin vasta kevään näytteenottojen jälkeen.

Kuvat 1 a–c. Kurkistus jäänkannen alla oleviin keinopesiin Järvijoella. (Kuvat: Maija Hannula)

Kevätauringon lämmittäessä maaliskuun lopulla teimme ensimmäisen näytteenottoreissun – tai no, ainakin yritimme ottaa näytteitä. Alkuvuoden pakkaset olivat muodostaneet Savi- ja Järvijoelle paksut jäänkannet. Järvijoella löysimme keinopesät helposti jään alta, ja kaikki kolme pesää olivat myös veden alla (Kuvat 1 a–c). Poimimme kaikista pesistä yhden satunnaisesti valitun haudontasylinterin, joista kaikista paljastui iloinen yllätys! Hiekasta huolimatta suurin osa (62–88 %) taimenen alkioista oli elossa kussakin sylinterissä. Näin ollen Järvijoella keinopesiin ja sylintereihin kertynyt hiekka ei ainakaan toistaiseksi ollut juurikaan koitunut alkioiden kuolemaksi.

Kuva 2. Koskelassa sameaa vettä virtasi jo melko keväiseen malliin jään päällä. (Kuva: Maija Hannula)

Savijoella Koskelassa jää- ja vesitilanne kuitenkin yllätti meidät täysin (Kuva 2). Jään päällä oli vettä, mikä heikensi työskentelynäkyvyyttä yrittäessämme rikkoa noin 40 cm:n paksuista jäänkantta. Parin tunnin tuloksettoman jäänsärkemisen jälkeen päätimme keskeyttää näytteenottoyrityksen. Sen verran kuitenkin saimme rikottua jäätä, että havaitsimme jään alla olevan vettä. Joki ei siis ollut jäätynyt täysin pohjaa myöten ja olikin toivoa, että myös keinopesät olisivat veden alla. Alkioiden selviytyminen varmistuu kuitenkin vasta myöhemmissä näytteenotoissa. Lopuksi kävimme vielä tarkistamassa tilanteen Savijoen vertailualueella. Aivan kuten Koskelassakin, myös vertailualueella jäänkansi peitti joen ja jään päällä virtaili vettä (Kuva 3). Vertailualueellakaan jää ei kuitenkaan ulottunut joenpohjaan asti joka kohdassa.

Kuva 3. Myös Savijoen vertailualueella mittapadon yläpuolella virtaili vettä sekä jään päällä että alla. (Kuva: Maija Hannula)

Jääolosuhteiden takia joudummekin vielä odottamaan ensimmäisiä varsinaisia haudontakokeen tuloksia Savijoelta. Tämänhetkisen sääennusteen mukaan Lounais-Suomeen on tiedossa aurinkoisia ja lämpimiä kevätpäiviä, joten seuraava maastoreissu tehdäänkin todennäköisesti jo aivan lähiviikkoina!

Hanna Arola
Bio- ja ympäristötieteiden laitos
Jyväskylän yliopisto

Voiko sulfaatti vapauttaa joen pohjalta fosforia?

Kipsin levitys Savijoen valuma-alueen pelloille lisäsi jokiveden sulfaattipitoisuutta. Sulfaatin vaikutusta joessa on selvitetty ja selvitetään edelleenkin monin tavoin (mm. vaikutusta kalakantaan, vuollejokisimpukoihin ja niiden toukkiin sekä taimenen mätimuniin).

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.

Tuloksista kerromme myöhemmin!