Ovatko sateet huuhtoneet kipsin vaikutuksen Savijoella?

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

Syksyllä 2016 levitetyn kipsin tehoa on nyt runsaan kolmen vuoden aikana koeteltu poikkeuksellisen kuivilla ja varsinkin viime aikoina erittäin märillä keleillä – kaiken kaikkiaan kuitenkin sellaisissa oloissa, jotka vastaavat muuttunutta ilmastoamme. Kipsin levityksen jälkeen Savijoessa on virrannut vesimäärä, joka vastaa valuma-alueelle tasaisesti levitettynä 90 cm vesipatjaa. Onko kipsi huuhtoutunut vesimassan mukana ja miten on kestänyt sen fosforikuormitusta vähentävä vaikutus?

Säiden ääripäät: Kuvissa näkyy mittapato vähäisen virtaaman aikana kesällä 17.6.2019 sekä viime viikon maanantaina 10.2. (Kuvat: Matti Jantunen, Lounais-Suomen vesiensuojeluyhdistys)

Vuoden 2019 loppuun mennessä jatkuvatoimiset anturit rekisteröivät 30865 tunnittaista vedenlaatuhavaintoa niin yläjuoksun vertailualueella (Mittapato) kuin ylemmällä (Yliskulma) ja alemmalla kipsialueella (Parmaharju). Lisäksi näiltä kolmelta alueelta on otettu 85 laboratoriossa monipuolisesti analysoitua vesinäytettä. Aineiston perusteella Savijoen kuljettamien aineiden määrä on laskettu puolivuosittain ja tulosten perusteella on arvioitu kipsin vaikutusta ja sen mahdollista hiipumista.

Kipsistä on nyt huuhtoutunut Savijokeen noin 40 prosenttia, lopun ollessa edelleen pelloissa, mutta kulkeutuneena syvemmälle maaprofiilissa. TraP-hankkeen aiemmin (2008–2013) Nurmijärven Nummenpäässä toteuttamassa 100 hehtaarin pilotissa kipsistä huuhtoutui vastaavassa ajassa yli 60 prosenttia ja lähes kaikki kipsi huuhtoutui runsaassa viidessä vuodessa (Kuva 1). TraP-hankkeessa kipsi puolitti kiintoaineen ja siihen sitoutuneen fosforin huuhtoutumisen. Seuraavassa arvioin kipsin tehoa Savijoella kahden eri oletuksiin perustuvan laskelman avulla. Kutsutaan näitä vaikkapa pessimistiseksi ja optimiseksi laskelmaksi.

Kuva 1. Valumaveden sulfaattipitoisuuden perusteella arvioitu kipsin huuhtoutuminen pelloilta Savijoella (SAVE-hanke) ja Nummenpäässä (TraP-hanke). (Kuva: Petri Ekholm / SYKE)

Pessimistisen laskelman mukaan kipsi toimi erinomaisesti vähävetisenä syksynä 2016, mutta seuraavana keväänä päästiin enää 20–30 prosentin vähentymään (kuva 2). Syksyllä 2017 oltiin lähes 50 prosentin tasolla, mutta sen jälkeen jäätiin reilusti alle, lukuun ottamatta ehkä ylemmän kipsialueen suoritusta keväällä 2019. Syksyinä 2018 ja 2019 alemman kipsialueen pelloilta huuhtoutui jopa enemmän kiintoainesta ja hiukkasmaista fosforia kuin vertailupelloilta. Pessimistisen laskelman mukaan kipsi siis kyllä toimi, mutta oletuksiamme vaatimattomammin ja lyhyemmän aikaa.

Kuva 2. Pessimistisesti arvioitu vähenemä hiukkasmaisessa fosforissa (kipsikäsiteltyjä peltoja verrattu käsittelemättömiin peltoihin). (Kuva: Petri Ekholm / SYKE)

Optimistisen laskelmankin mukaan kipsin teho on heikentynyt ajan myötä, mutta teho on kuitenkin ollut hyvä, varsinkin ylemmällä kipsialueella (kuva 3). Jopa niin hyvä, että ajoittain on päästy yli 100 prosentin vähennyksiin.

Kuva 3. Optimistisesti arvioitu vähenemä hiukkasmaisessa fosforissa. (Kuva: Petri Ekholm / SYKE)

Miten pessimistinen ja optimistinen laskelma eroavat? Valuma-aluetason tutkimuksissa ei suoraan saada selville muutosta juuri kipsikäsiteltyjen peltojen fosforihuuhtoumassa, sillä vaikka anturit mittaisivat miten tiheästi vedenlaatua, ne kuvaavat kuitenkin vain Savijoen kuljettamaa kokonaisainemäärää. Tämä kokonaisainemäärä koostuu niin kipsikäsiteltyjen ja -käsittelemättömien peltojen kuin metsistä ja muilta alueilta tulevasta kuormituksesta. Pelloilta tuleva kuormitus saatiin vähentämällä joen kuljettamasta kokonaisainemäärästä metsistä ja muilta alueilta tuleva kuormitus muun muassa kirjallisuudesta löytyvien arvioiden perusteella. Pessimistisen ja optimistisen arvion ero löytyykin siitä, miten pelloilta tuleva kuorma on jaettu kipsikäsiteltyjen ja -käsittelemättömien lohkojen välille.

Pessimistinen laskelma olettaa, että kipsikäsitellyt pellot ovat peruskuormittavuudeltaan samanlaisia kuin pellot Savijoen yläosan vertailualueella. Tämä oletus on kuitenkin virheellinen. Kipsiä saaneet pellot ovat nimittäin luonnostaan kuormittavampia kuin vertailualueen pellot. Kipsin levitystä edeltävänä keväänä ylemmän kipsialueen pellot tuottivat 45 prosenttia ja alemman kipsialueen pellot 30 prosenttia suurempia hiukkasmaisen fosforin kuormituksia kuin vertailualueen pellot. Yksi syy eroon lienee se, että kipsialueen pellot ovat kaltevampia, ja siten herkempiä eroosiolle, kuin vertailualueen pellot.

Optimistisessa arviossa on oletettu, että ero vertailualueen ja kipsialueen peltojen välillä on pysynyt suhteessa samansuuruisena ennen ja jälkeen kipsin levityksen. Oletus vaikuttaa loogiselta, mutta senkin täytyy olla virheellinen, sillä yli 100 prosentin vähenemät eivät liene edes kipsillä mahdollisia. Ehkä jätämme pessimistiset ja optimistiset asenteet syrjään ja toteamme realismiin pyrkien, että kipsin todellinen teho on luultavimmin näiden kahden arvion välissä.

Yhteistä edellä esitetyillä kahdella arviolla on se, että kipsin teho vaikuttaa heikentyneen ajan myötä ja että ylemmällä kipsialueella kipsi on toiminut paremmin kuin alemmalla kipsialueella. Ilmeinen selitys tehon heikentymiseen voisi olla kipsin vähittäinen huuhtoutuminen pelloilta. Tosin TraP-hankkeessa tällaista tehon hiipumista kipsin huuhtoutuessa pellolta vesiin ei havaittu. Tehon väheneminen voi olla myös osin näennäistä johtuen viime syksyn poikkeuksellisesta märkyydestä, mikä on voinut alentaa maanesteen ionivahvuutta – kipsikäsittelystä huolimatta – tasolle, jossa maahiukkaset eivät aggregoidu ja eroosio pysyy voimakkaana.

Aiemmissa tutkimuksissa kipsi on vähentänyt myös rehevöitymisen kannalta erityisen ärhäkkään liuenneen fosforin kuormitusta. Savijoella vähenemää havaittiin vain ensimmäisen puolen vuoden aikana kipsin levityksestä. Liuennutta fosforia koskevat arviot ovat tosin hieman epävarmoja, sillä vesianalyysilaboratorion fosforimäärityksissä on paljastunut ongelmia. Fosforin lisäksi kipsi on vähentänyt sekä hiukkasmaisen että liuenneen orgaanisen hiilen huuhtoutumista pelloilta vesiin.

Savijokea seurataan tämän vuoden loppuun ja aineistoa syynätään yhä tarkemmin. Seurannan päätyttyäkään emme kuitenkaan tule esittämään tarkkaa prosenttilukua kipsin vaikutuksesta fosfori- ja hiilikuormitukseen, vaan erilaisiin lähtöoletuksiin perustuvia vaihteluvälejä. Toivottavasti nuo vaihteluvälit ovat kuitenkin kaventuneet nyt esitetystä.

Vesistöihin tulee valuma-alueilta myös hiilikuormitusta

Kipsin on havaittu vähentävän liuenneen orgaanisen hiilen huuhtoutumista pelloilta vesiin. Mitä merkitystä tällä on vastaanottavan vesistön kannalta? Tohtorikoulutettava Noora Manninen Helsingin yliopistosta ja erikoistutkija Helena Soinne Luonnonvarakeskuksesta valottavat aihetta.

Maatalouden vesistökuormituksen ympärillä käytävä keskustelu keskittyy pääasiassa pelloilta tulevaan typpi- ja fosforikuormaan. Peltomaiden hiilipäästöihin liittyvä keskustelu keskittyy puolestaan maasta kaasumaisina päästöinä ilmakehään siirtyvään hiileen. Hiiltä voi kuitenkin poistua maasta myös valumavesien mukana. Veden mukana liikkuva hiili voi olla liuennutta orgaanista hiiltä (DOC) tai kiintoainekseen sitoutunutta partikkelimaista hiiltä. Metsäisten valuma-alueiden liuenneen hiilen kuormaa sekä tähän vaikuttavia metsätaloustoimenpiteitä on tutkittu melko paljon sekä Suomessa että muissa Pohjoismaissa. Maatalousmaiden orgaanisen hiilen vesistökuormasta on kuitenkin vasta vähän tietoa.

Puro- ja ojavedet kuljettavat liuennutta orgaanista ainesta valuma-alueilta vesistöihin (kuva: Helena Soinne)

Samoin kuin perustuotantoa lisäävät typpi ja fosfori, myös hiili on ravinne, joka voi vaikuttaa vesistöjen rehevöitymiskehitykseen. Vesistöissä elävät toisenvaraiset eli heterotrofiset bakteerit voivat käyttää vesistöjen hiiliyhdisteitä energian ja ravinteiden lähteenään. Valuma-alueelta peräisin olevan liuenneen orgaanisen aineksen mukana kulkeutuu vesistöön paitsi hiiltä, mutta myös orgaanista typpeä ja fosforia. Nämä voivat lisätä tuottavuutta vesistöissä ja näin ollen edistää esimerkiksi Itämeren rehevöitymistä.

Valuma-alueelta huuhtoutuva orgaaninen aines vaikuttaa myös veden kirkkauteen ja vesistöjen onkin havaittu tummuvan (eng. browning)  koko pohjoisella pallonpuoliskolla. Tämän vesistöjen tummumisen taustalla on arvioitu olevan mm. ilmastonmuutos, jonka seurauksena sadanta ja valunta ovat muuttuneet sekä lämpötilat ja perustuotanto valuma-alueilla kasvaneet. Myös happaman laskeuman vähentymisen on arvioitu lisänneen liuenneen orgaanisen aineksen huuhtoutumista. Veden tummentuminen vaikuttaa veden lämpötilaan sekä valon määrään pintavedessä. Tummavetinen järvi lämpenee nopeammin kuin kirkas ja veden tummentuminen muuttaa vesialtaan lämpötilakerrostuneisuutta. Lämpötilamuutokset vaikuttavat järven ekologiaan mm. lisäämällä joidenkin levälajien ja vähentämällä joidenkin kalalajien viihtyvyyttä. Tummassa vedessä auringon valo ei pääse tunkeutumaan yhtä syvälle kuin kirkkaassa vedessä ja vesitilavuus, jossa yhteyttävien levien kasvu on mahdollista, on pienempi.

Liuennut orgaaninen aines muuttaa veden väriä (kuva: Helena Soinne)

Vuosittainen vaihtelu valumavesien liukoisen hiilen kuormassa johtuu paljolti siitä, mihin aikaan vuodesta ja kuinka paljon valuntaa tulee kunakin vuonna. Valuma-alueelta huuhtoutuvan liukoisen orgaanisen aineksen määrään ja laatuun vaikuttavat valunnan lisäksi myös alueen maalaji sekä maankäyttö. Suurimmat liuenneen orgaanisen hiilen kuormat tulevat soilta ja muilta eloperäisiltä mailta. Suomen ympäristökeskuksen tutkimusten mukaan jokiveden liuenneen orgaanisen aineksen pitoisuuden sekä valuma-alueen peltopinta-alan välillä on positiivinen korrelaatio: jokivesistä mitatut liuenneen orgaanisen hiilen pitoisuudet näyttäisivät olevan sitä suurempia, mitä enemmän valuma-alueella on peltopinta-alaa. Myös kansainvälisten tutkimusten mukaan viljelysmailta voi valumaveden mukana huuhtoutua huomattavia määriä liuennutta hiiltä.

Liuenneen orgaanisen aineksen laatua on tutkittu myös Vantaanjoen valuma-alueella (kuva: Iida Autio)

Suomessa peltomaalta valunnan mukana kulkeutuvaa liuenneen orgaanisen aineksen kuormaa on tutkittu viime vuosina Luonnonvarakeskuksen huuhtoutumiskentillä Jokioisilla ja Toholammilla. Tulokset viittaavat siihen, että hehtaarikohtainen liuenneen orgaanisen hiilen vuosikuorma näiltä peltomailta on samaa suuruusluokkaa kuin kivennäismaavaltaisilta metsäalueilta tuleva kuorma. Lisäksi tutkimuksessa on havaittu, että mitä korkeampi pintamaan hiilipitoisuus on, sitä suurempi on valumaveden kuljettama liuenneen orgaanisen hiilen kuorma. Näin ollen sellaiset viljelytoimenpiteet, joilla pyritään edistämään hiilen kertymistä pintamaahan, voivat samalla lisätä riskiä liuenneen orgaanisen hiilen huuhtoutumiselle. Siksi liuenneen hiilen kulkeutumista peltomaasta sekä sen laatua ja vesistövaikutuksia tulisi tutkia lisää.

Noora Manninen ja Helena Soinne

 

Kirjallisuutta

Autio, I., Soinne, H., Helin, J., Asmala, E., Hoikkala, L. 2016. Effect of catchment land use and soil type on bacterial degradation of riverine dissolved organic matter. Ambio 45: 331.

de Wit, H.A., Valinia, S., Weyhenmeyer, G.A., Futter, M.N., Kortelainen, P., Austnes, K., Hessen, D.O., Räike, A., Laudon, H. and Vuorenmaa, J. 2016.  Current  browning  of  surface  waters  will  be  further  promoted  by  wetter  climate.  Environmental Science and Technology Letters 3:430–435.

Hoikkala, L., Kortelainen, P, Soinne, H., Kuosa, H. 2015. Dissolved organic matter in the Baltic Sea – Review. Journal of Marine Systems, 142: 47–61

Manninen, N., Soinne, H., Lemola, R., Hoikkala, L., Turtola, E. 2018. Dissolved organic carbon load in surface runoff and drainage from cultivated mineral soils. Science of the Total Environment 618: 1519-1528.

Mattsson, T., Kortelainen, P. and Räike, A. 2005. Export of DOM from boreal catchments: Impacts of land use cover and climate. Biogeochemistry 76: 373–394.