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!

Kasvinsuojeluaineiden käyttö Savijoen valuma-alueella

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)

Lisätietoja: Katri Siimes, etunimi.sukunimi@ymparisto.fi

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vaikuttaako kipsinlevitys kaloihin?

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.

Jarno Turunen, SYKE

 

Mädinhaudontaa Savijoella

Seuraavien kuukausien aikana Savijoen rantatörmillä seikkailee jälleen kahluuvarusteisiin sonnustautuneita tutkijoita! Tällä kertaa olemme kiinnostuneita siitä, vaikuttaako peltojen kipsikäsittely taimenen alkioiden selviytymismahdollisuuksiin. Vastausta tähän kysymykseen haemme mädinhaudontakokeen avulla. Kokeessa seuraamme taimenen mätimunien selviytymistä ja alkioiden kasvua. Aloitimme kokeen lokakuun lopulla, jolloin veimme hedelmöitetyt mätimunat koepaikkojen soraikkoihin hautoutumaan.

Koepaikkoja on kaikkiaan kolme. Savijoella kipsialueen koepaikaksi valikoitui Koskelan alue, kun taasen kipsitön vertailupaikka löytyi mittapadon yläpuoliselta jokiosuudelta. Lisäksi sisällytimme kokeeseen yhden metsäisen vertailupaikan läheisellä Järvijoella. Kaikissa näissä koepaikoissa joen pohjan ja veden virtauksen olosuhteet olivat sopivia taimenen jälkikasvun haudonnalle.

Luonnossa taimenen alkiot kehittyvät ja kuorituvat joen pohjassa soran suojissa, niin kutsutussa kutupesässä. Kokeessa matkimme tätä taimenemon tekemää rakennelmaa hautaamalla mätimunat taimenen luontaisen kutupesän olosuhteita muistuttavaan ”keinopesään”. Keinopesä koostui yhdestä korista, jossa oli neljä haudontasylinteriä (Kuva 1). Mätimunat laitoimme sylintereiden sisään sorakerrosten väliin. Tämän jälkeen peitimme koreissa olevat sylinterit varovasti soralla ja kivillä. Lopuksi laitoimme korin joen pohjaan kaivettuun pieneen syvennykseen ja tuimme sen soralla ja kivillä (Kuva 2). Kas näin, keinopesä oli valmis! Ja jotta kaikki munat eivät olisi samassa korissa, rakensimme kullekin koepaikalle kolme pesää.

Kuva 1. Keinopesän kori ja haudontasylinterit. Vasemmanpuoleisessa kuvassa alimmaisena on valmis sylinteri, jossa jo kansi päällä, alaoikealla olevaan sylinteriin on juuri laitettu mätimunat. Oikeanpuoleisessa kuvassa on jokeen laittoa vaille valmis haudontakori. Kuvat: Maija Hannula

Suomen kylmissä vesissä taimenenpoikaset kuoriutuvat pääsääntöisesti keväällä. Näin ollen annamme mätimunissa olevien alkioiden kasvaa ja kehittyä keinopesien suojissa ensi kevääseen saakka. Keväällä laskemme kuoriutuneet, kuolleet ja elävät alkiot. Elossa olevista alkioista mittaamme myös pituuden.

Kuva 2. Valmis keinopesä Savijoella. Tarkalla silmällä – tai hyvällä mielikuvituksella – kuvasta voi erottaa joen pohjassa olevan haudontakorin reunat. Kuva: Maija Hannula

Aiemmissa mädinhaudontakokeissa alueilla, joilla vedenlaatu on ollut hyvä ja ihmistoiminnan vaikutus vähäistä, on suurin osa taimenen alkioista selvinnyt talven yli kevääseen. Ihmistoiminnan vaikutuksen alaisilla paikoilla sen sijaan on selviytyminen usein ollut huomattavasti heikompaa. Savijoella peltojen kipsikäsittely saattaisi parhaimmillaan vaikuttaa siten, että mätimunat selviytyisivät kipsikäsittelyalueella paremmin kuin käsittelemättömällä alueella – kenties yhtä hyvin kuin metsäisellä vertailupaikalla Järvijoella. Huonoimmassa tapauksessa peltojen kipsikäsittely vähentäisi mätimunien selviytymistä vertailupaikkoihin nähden. Jäämme siis jännityksellä odottamaan ensi kevättä, jolloin meille selviää, onko kipsikäsittelyllä vaikutusta taimenen alkioiden selviytymiseen ja kasvuun!

Hanna Arola
Bio- ja ympäristötieteiden laitos
Jyväskylän yliopisto

San Pellegrino ja Savijoki – sulfaatit vesissämme

Petri Ekholm
Erikoistutkija
Suomen ympäristökeskus

Kipsin sisältämä sulfaatti on herättänyt huolta: voisiko sillä olla haitallisia vaikutuksia vesiympäristössä? SAVE-hankkeessa näitä mahdollisia vaikutuksia tutkitaan, mutta mitä sulfaatti oikeastaan on ja mistä se on peräisin?

Sulfaatti (SO4) on yleinen osanen elollisessa ja elottomassa luonnossa. Kasveille se on tärkeä rikin lähde, ja valtameriveden sulfaattipitoisuus – peräti 2700 mg/l – kertoo kallioperän rikkipitoisten mineraalien rapautumisesta. Kemiallisesti määriteltynä sulfaatti on rikkihapon (H2SO4) anioni, ja ihmisen aiheuttamat sulfaattipäästöt liittyvätkin pitkälti rikkihapon käyttöön. Rikkihappo on maailman käytetyin kemiallinen yhdiste ja sen maakohtaisesta kulutuksesta voidaan tehdä päätelmiä jopa bruttokansantuotteesta. Rikkihappoa tarvitaan mitä moninaisimmissa teollisuuden prosesseissa lannoitteiden valmistuksesta ja sellun keitosta aina pigmenttien valmistukseen.

Eri vesien sulfaattipitoisuuksia. Kuva aukeaa suuremmaksi klikkaamalla.

Ympäristötutkimus kiinnostui sulfaatista 1970-luvulla, kun maailma havahtui happosateiden aiheuttamiin ongelmiin. Hiilivoimaloiden piiput tupruttivat ilmaan rikkidioksidia, joka muuntui ilmakehässä rikkihapoksi. Nykyisin voimalaitosten savukaasuja pestään ja happamoittavat rikkipäästöt ovat vähentyneet. Myös tässä prosessissa syntyy kipsiä. Sulfaatin toi uudelleen otsikoihin Talvivaaran kaivoksen natriumsulfaattipäästöt, jotka suolasivat lähijärviä. Esimerkiksi kaivoksen alapuolisen Kivijärven pohjanläheisessä vedessä sulfaattipitoisuus on ollut yli 6000 mg/l.

Talvivaaran tapauksessa sulfaatin alkuperä oli prosessissa käytetty rikkihappo ja osin myös malmin sisältämät rikkiyhdisteet (sulfidit). Järviä ja metsiä tuhonneen happaman laskeuman rikki taas oli peräisin kivihiilestä – jos kivihiili on aikoinaan muodostunut meriveteen kontaktissa olleesta turpeesta, sen rikkipitoisuus on erityisen korkea. Mutta mistä Siilinjärven kipsin sulfaatti on peräisin?

Kuten Samuli kertoi tehdasvierailua kuvaavassa blogissaan, kipsiä eli kalsiumsulfaattidihydraattia syntyy sivutuotteena, kun apatiittimineraalia liuotetaan rikkihapolla. Näin saadaan fosforihappoa lannoiteteollisuuden tarpeeseen. Tätä nykyä Siilijärvellä käytettävä rikkihappo valmistetaan kotimaisessa öljynjalostuksessa syntyvästä rikistä. Viime syksynä Savijoen pelloille levitettiin siis sulfaattia, joka on erotettu fossiilisista polttoaineista, ts. muinaisten levien ja bakteerien merivedestä sitomaa rikkiä, sekä Siilinjärven kalliosta peräisin olevaa kalsiumia.

Happamoitumistutkimuksissa sulfaattia pidettiin niin sanottuna läpivirtausionina, joka ei reagoi vesiympäristössä, mutta kuvastaa kylläkin happaman laskeuman suuruutta. Sulfaatilla on kuitenkin tärkeä rooli esimerkiksi pohjasedimenttien ainekierroissa. Itämeressä suurellakaan sulfaattikuormituksella ei ole merkitystä, sillä murtovesi sisältää luonnostaan runsaasti sulfaattia, esimerkiksi Helsingin edustalla 500 mg/l. Järviin sulfaattia ei kuitenkaan pidä päästää, ainakaan suuria määriä, sillä se voi vähentää niiden pohja-aineksen kykyä sitoa fosforia ja siten pahentaa rehevöitymiskierrettä.

Sulfaattia kuitenkin päätyy järviin monista eri lähteistä. Koska sulfaattikuormitusta seurataan vain muutamien kuormittajien osalta, voimme esittää pelkästään karkean arvion kuormituksen suuruudesta. Sen mukaan Suomen kolme suurinta järvien sulfaattikuormittajaa ovat maatalous, ilmalaskeuma ja selluteollisuus. Ilmalaskeuman kontolle on tässä laskettu metsistä tuleva sulfaattihuuhtouma, mikä kuvastanee aikojen saatossa maaperäämme sitoutunutta ilmaperäistä, siis energian tuotannosta peräisin olevaa sulfaattia.

Rautasulfaatteja käytetään niin raaka- kuin jäteveden puhdistuksessa. Esimerkiksi HSYn (Helsingin seudun ympäristöpalvelut) puhdistusprosessissa Päijänteen veden noin 8 mg/l sulfaattipitoisuus nousee yli kaksinkertaiseksi. Tämä ei kuitenkaan vielä riitä muuttamaan pääkaupunkiseudun kraanavettä kulinaariseksi kivennäisvedeksi, sillä esimerkiksi San Pellegrinon mineraalivedessä sulfaattipitoisuus on yhtä korkea kuin Suomenlahdessa. Makutestien mukaan sulfaatti parantaa veden makua. Optimaalinen pitoisuus kalsiumsulfaatille on 270 mg/l. Maailman terveysjärjestö WHO ei ole asettanut juomaveden sulfaatille ylärajaa, joskin laksatiivisia vaikutuksia saattaa ilmetä pitoisuuden ylittäessä 1000 mg/l, makuongelmia seuralaiskationista riippuen jo aiemmin – natriumsulfaatti ei ole yhtä hyvää kuin kalsiumsulfaatti.

Savijoessa toistaiseksi havaitut sulfaattipitoisuudet ovat suhteellisen pieniä: kipsin levityksen jälkeen keskiarvo on ollut vain runsas 30 mg/l. Hetkellisesti pitoisuus on toki ollut yli 400 mg/l. Blogeissamme on jo aiemmin käsitelty tämän pitoisuustason vaikutusta – tai paremminkin vaikuttamattomuutta – vuollejokisimpukkaan. SAVE-hankkeessa on tarkoitus vielä selvittää, miten sulfaatti vaikuttaa kaloihin ja päällysleviin. Lisäksi tutkitaan, voisiko jokien pohjalta vapautua fosforia sulfaattipitoisuuden nousun vuoksi samalla tavalla kuin järvissä. Korkeina pitoisuuksina sulfaatista on haittaa rakenteille, esim. teräkselle ja betonille, mutta tällaisia vaikutuksia ei ole odotettavissa Savijoen maltillisissa sulfaattipitoisuuksissa.

Näkyykö kipsikäsittely Savijoen levämäärissä?

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.