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.