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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Savijoen veden sameus aleni kipsin levityksen jälkeen. Mutta mikä oli juuri kipsin vaikutus veden kirkastumisessa ja fosforihuuhtoumien vähenemisessä? Kuvassa Parmaharjun aseman tulokset suhteutettuna valuntaan. (Kuva: Petri Ekholm / SYKE)

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

Kartta tutkimusalueesta, jossa näkyvät ylhäällä oleva vertailualue, ylempi ja alempi kipsialue sekä näytteenottopaikat. Kartta: Elina Röman / SYKE

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

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

Kipsin ”ensipuraisu” – VHVSY:n tutkijan kokemuksia vesiensuojeluihmeestä

Pasi Valkama on Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojelu ry:n tutkija, joka toimi tutkijana myös SAVE-hanketta vuosina 2007–2014 edeltäneessä TraP-projektissa Nummenpäässä Uudellamaalla. Viime vuoden helmikuussa Nummenpäähän asennettiin uudelleen mittari seuraamaan paikallisen Nummenpäänojan vedenlaatua muutaman vuoden tauon jälkeen. Pasi Valkama kertoo kokemuksistaan TraP-projektissa sekä uusimmista Nummenpäänojasta saaduista vedenlaatutuloksista.

Takaumia Trap-hankkeen ajoilta

Kun syksyllä 2008 ensimmäisen kerran peltojen kipsityksen jälkeen kävin näytteenotossa Nurmijärven Nummenpäänojalla, oli tutkijanleukani pudota savisten saappaitteni tasalle. Vantaanjoen valuma-alueen savisilla pelloilla liikkuneena olin tottunut pelloilla seisovien lätäköiden harmaaseen sameuteen. Nyt kuitenkin näytti siltä, että kipsikäsitellyiltä peltolohkoilta heijastui auringonpaiste kirkkaista lätäköistä. Samaan aikaan ojan toisella puolella, valuma-alueen lähes ainoalla kipsittömällä lohkolla, seisoi tutun värinen vesi; cafe latte, latte macchiato, mitä näitä muodikkaita kahveja nyt on. Annoin kameran sulkimen laulaa ja tallensin innoissani empiirisiä havaintojani. Syntyi muun muassa kuvapari, jota käytettiin paljon Trap-hankkeessa havainnollistamaan kipsin dramaattisia vaikutuksia. Kipsi sai saviaineksen sakkautumaan ja laskeutumaan lätäköiden pohjalle. Tämä kaikki teki tuolloin nuoreen tutkijan sieluuni lähtemättömän vaikutuksen.

Kipsinlevityksen jälkeinen ero peltolammikoiden kirkkaudessa oli silminnähtävä. Kuva: Pasi Valkama

Vaikka kipsin toimintaperiaate oli minulle teoriatasolla ja jatko-opintojeni labrakurssilta tuttu, oli silmieni edessä nyt todiste siitä, että eroosio ja sitä myöten fosforihuuhtoumat tulisivat tällä keinoin todellakin vähenemään. Mikä vesiensuojelullinen voitto!

Empiriasta mitattuun tietoon

Vaikka lätäköiden kirkastuminen pelloilla oli helposti silmin havaittavissa, tarvitsin maastohavaintojen tueksi myös oikeaa dataa. Sanoittelin jo mielessäni Juha Tapion hittiä uuteen muotoon: ”Mitä silmät ei nää, sen anturi kyllä mittaa.” Virtaavan veden sameudessa tapahtuvaa muutosta on nimittäin hankala silmin havaita. Siksi Nummenpäänojaan perustettiin Trap-hankkeen alkuvaiheessa kaksi automaattista mittausasemaa tuottamaan tietoa muun muassa veden virtaamasta, sameudesta ja sähkönjohtavuudesta.

Kun aloimme tarkastella Syken tutkija Petri Ekholmin ja Luode Consultingin Mikko Kiirikin kanssa dataa, teimme nopeasti havainnon, että Nummenpäänojan sameudet todellakin olivat vähentyneet kipsinlevityksen jälkeen. Mikä parasta, vähenemä näytti olevan erittäin merkittävä. Nummenpäänojan havaintoja tuki myös samaan aikaan läheisellä Lepsämänjoen vertailuvaluma-alueella tehdyt mittaukset, joiden perusteella saatu lisäevidenssi vahvisti havaintomme oikeaksi.

Menestyksekkään Trap-hankkeen päättymisen myötä vuonna 2013 päättyivät myös Nummenpäänojan mittaukset. Kipsin vaikutukset näyttivät mittausten perusteella hiipuneen ja kipsin vaikutusajaksi päädyttiin esittämään 4–5 vuotta. Kun kuulin SAVE-hankkeesta, olin toiveikas että kipsi vesiensuojelumenetelmänä saataisiin parin vuoden hiljaisuuden jälkeen taas pinnalle ja laajempaan käyttöön. Kipsi on varmasti yksi tarkimmin ja kattavimmin tutkituista vesiensuojelumenetelmistä Suomessa. Montako suomalaista tutkimusta tiedätte, joissa yhden vesiensuojelumenetelmän vaikutukset voidaan todella mitata valuma-aluetasolla?  Lisäksi kipsi on Suomessa toteuttamiskelpoisista menetelmistä edelleen kaikkein kustannustehokkain tapa vähentää eroosiota ja fosforihuuhtoumaa.

Paluu Nummenpäänojalle

SAVE-hankkeen myötä heräsi kysymys, josko kipsi vielä kymmenen vuoden jälkeen vaikuttaisi jollain tavalla Nummenpäänojan veden laatuun. Teoriassahan kipsillä voisi olla pidempiaikainen maan mururakennetta parantava ja siten eroosiota ja fosforihuuhtoumia vähentävä vaikutus.

Mittausasetelma mahdollisti tällä kertaa vertailun tuttuun Lepsämänjoen referenssialueen vedenlaatuun. Vertailualue Lepsämänjoen mittaukset ovat vuosien saatossa kulkeneet osana useita eri maatalouden vesiensuojeluhankkeita. Tällä kertaa mittaukset kuuluivat LOHKO II -hankkeeseen. Mittausasema onkin pisimpään yhtäjaksoisesti Suomessa toiminut maatalousvaltaisen valuma-alueen automaattiasema. Tunnittaisesta mittaustiedosta koostuva aikasarja saavuttaa keväällä 2018 kunnioitettavan 12 vuoden iän.

Vajaan vuoden mittaisen vertailun perusteella näyttää siltä, että Nummenpäänojan sameudet ovat todellakin palautuneet vuoden 2008 kipsinlevitystä edeltäneelle tasolle. Pieni kysymysmerkki tutkimusasetelmassa liittyy kuitenkin siihen, että myös vertailuvaluma-alueella tehdyt toimenpiteet (suorakylvö, talviaikainen kasvipeitteisyys) ovat pienentäneet kontrollialueen sameutta.

Vaikka kipsiä ei sen sisältämän sulfaatin takia välttämättä voi levittää kaikille savipelloille, on menetelmän potentiaali huikea. Ensi kerran voidaan puhua maatalouden hajakuormituksen merkittävästä vähenemästä. Väitöskirjassani olen tutkinut paitsi kipsin tehoa ja vaikuttavuutta, myös muiden yleisemmin käytössä olevien maatalouden vesiensuojelumenetelmien vaikutuksia. Kipsin vaikutukset ovat kuitenkin välittömän hyödyn ja tehon puolesta omaa luokkaansa.

Jatkaessani työtäni Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistyksen tutkijana, soisin näkeväni tulevaisuudessa enemmänkin noita kristallinkirkkaita peltolätäköitä Vantaanjoen valuma-alueen savipelloilla. Miltä kuulostaisi ajatus esimerkiksi 3500 kiloa pienemmästä fosforikuormasta ja kirkkaammasta vedestä arvostetussa miljoonan ihmisen lähivirkistysvesistössä ja taimenenkin tykkäämässä Vantaanjoessa?  Moinen ihme on saavutettavissa reilun 5000 peltohehtaarin kipsikäsittelyllä. Ei yhtään hullumpi ajatus, vai mitä..?

Pasi Valkama
Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistys ry

Tilannekuva Savijoelta – vedenlaatu 405 päivää kipsin levityksen jälkeen

Petri Ekholm
Erikoistutkija Suomen ympäristökeskus

Säät ovat suosineet hankettamme. Viime vuoden kuiva syksy sopi kipsin levitykselle, ja tämän syksyn märkyys taas on asettanut kipsin koetukselle. Juuri tällaisia ankaria testejä tarvitsemme voidaksemme arvioida kipsin tehoa. Miltä siis näyttää lupauksemme kirkkaammasta Savijoesta ja vähentyneestä fosforikuormituksesta 405 päivää ja 232 valumavesimillimetriä kipsin levityksen jälkeen?

Blogieni lukijat muistavat, että fosforia kulkeutuu pelloilta vesiin kahdessa muodossa: maa-ainekseen sitoutuneena ja veteen liuenneena. Näiden fosforimuotojen rehevöittävyys ja huuhtoutumismekanismit poikkeavat toisistaan. Niinpä jotkut ympäristötoimet voivat purra maa-ainesfosforin huuhtoutumiseen, mutta jopa lisätä liuenneen fosforin huuhtoutumista. Tätä emme tahdo, ja aiempiin tutkimuksiin perustuva oletuksemme onkin, että kipsi vähentää kummankin fosforimuodon huuhtoutumista Savijoen valuma-alueella

Smoke-elokuvassa Auggie-kauppias otti joka päivä valokuvan liikkeensä edustan kaupunkimaisemasta. Jos tämä Harvey Keitelin esittämä hahmo olisi pitänyt kauppaansa Savijoen rannalla, saisimme kuivina kausina katsoa kuvia, jotka näyttäisivät pitkästyttävän samanlaisilta. Tulva-aikoina taas päivittäinenkään ”kuvanotto” ei riittäisi ilmentämään veden ja sen kuljettaman fosforin vaihtelua.

SAVE-hankkeen anturit rekisteröivät Savijoen veden laatua kerran tunnissa. Näin saamme tarkan käsityksen veden sameudesta ja sitä kautta maa-ainesfosforin pitoisuudesta. Ihan joka tunti dataa ei kuitenkaan kerry, sillä antureissa on aika ajoin häiriöitä: ne ovat hautautuneet joen pohjamutaan, niiden optiset sensorit ovat tukkiutuneet roskista ja välillä ne on ollut pakko nostaa ylös huoltoa varten. Katkostilanteet hoidan laskennallisesti; kokonaiskuva joesta kestänee pienen editoinnin.

Savijoki rauhoittumassa joulun viettoon. Mittapato joulukuussa 2017. Kuva: Jarkko Ylijoki

Tunnittaisesta aineistosta lasken kullekin havaintopaikalle maa-ainesfosforin kulkeuman kertomalla pitoisuuden valunnalla­­ – tai siis laittamalla SAS-nimisen ohjelmiston duuniin. Ohjelmistolta laskenta ja laatukonversiot hoituvat muutamassa sekunnissa, minulta siinä menisi hermot. Tulokseksi saan tiedon, kuinka paljon maa-ainesfosforia on kulkeutunut kipsittömällä vertailualueella Savijoen mittapadolla, pilottialueen keskellä Yliskulmassa ja alajuoksulla Parmaharjulla. Tulkitessani tuloksia oletan toistaiseksi, että kaikki maa-ainesfosfori tulee pelloilta, mikä ei toki pidä paikkaansa, mutta kohtelee kipsikäsiteltyjä ja kipsittömiä peltoja tasapuolisesti. Aineiston kertyessä myös laskentamenetelmää tullaan kehittämään niin, että erilaisia valuma-aluetekijöitä ja epävarmuuksia otetaan huomioon tilastotieteen keinoin.

Ajalta ennen kipsin levitystä aineistoa on 164 päivältä, helmikuun puolivälistä heinäkuun 2016 loppuun. Vettä tuona jaksona valui 112 mm ja Savijoen yläjuoksun vertailualueella huuhtoutui 0,34 kiloa maa-ainesfosforia peltohehtaaria kohden. Yliskulmassa vastaava arvo oli 0,46 kg/ha, mikä tarkoittaa, että pilottialueen yläosassa, mittapadon ja Yliskulman välisellä alueella, pellot ovat olleet kuormittavampia kuin vertailualueella. Pilottialueen yläosassa peltohehtaarilta on huuhtoutunut 0,53 kg fosforia ja pilottialueen alaosassa, Yliskulmalta Parmaharjulle, lähes saman verran 0,48 kg/ha. Miten tilanne muuttui kipsin levityksen myötä?

Kipsin levityksen jälkeistä aineistoa on toistaiseksi käsitelty 405 päivän ajalta ja 232 valuntamillimetrin osalta, marraskuun 2016 alusta joulukuun kymmenenteen päivään 2017. Tämän jakson aikana vertailualueen pelloilta kulkeutui 1,7 kg/ha maa-ainesfosforia, mutta kipsinlevitysalueen keskiosassa vain 1,4 kg/ha ja alaosassa 1,3 kg/ha. Jotakin on siis tapahtunut. Jotta näistä luvuista päädyttäisiin kipsin todelliseen tehoon, meidän on otettava huomioon kipsikäsiteltyjen peltojen määrä. Nimestään huolimatta kipsinlevitysalueen yläosassa ”vain” 47 % pelloista sai kipsikäsittelyn, alaosassa 54 %. Kun tämä otetaan huomioon, kipsikäsitellyiltä pelloilta on huuhtoutunut 42 % vähemmän maa-ainesfosforia kuin kipsittömiltä pelloilta. Tällaiseen lukuun päästään Yliskulman mittausten perusteella. Parmaharjun mukaan vähennysprosentti on korkeampi: 50. Kipsin teho on vieläkin suurempi, jos laskennassa otetaan huomioon se, että kipsinlevitysalueen pellot vaikuttivat olevan luontaisesti kuormittavampia kuin vertailualueella.

Entäpä liuennut fosfori? Siitä meillä on huomattavasti harvempi aineisto, vaikka Lounais-Suomen vesiensuojeluyhdistys on tuottanut meille lisäaineistoa. Koska liuenneen fosforin arviointi perustuu käsinäytteenottoon ja laboratoriomäärityksiin, ”valokuvia” eli näytteitä on otettu yli kahden viikon välein. Pitoisuudet ovat Parmaharjulla olleet noin 10 % pienempiä kuin mittapadolla, joten kipsikäsitellyiltä pelloilta näyttää huuhtoutuneen noin viidenneksen vähemmän liuennutta fosforia kuin kipsittömiltä pelloilta. Koska liuenneen fosforin pitoisuudet eivät vaihtele niin voimakkaasti kuin maa-ainesfosforin, tilannetta ei tarvitse joka päivä saati sitten joka tunti seurata. Tarkempi arvio vaatisi kuitenkin vielä muutaman näytteen täyden tulvatilanteen ajalta.

Maa-ainesfosforin osalta tiedämme, että kipsi on tepsinyt: Savijoki on tullut kirkkaammaksi. Muutosta voi ehkä olla vaikea uskoa. Syksyllä joessa on näkynyt, erästä viljelijää lainatakseni, kaikkea polkupyörää pienempää. Vaikka ihmissilmä ei eroa havaitsisikaan, Luoteen antureilla mitattuna sameusero on selvä. Toki myös maa-ainesfosforin vähentymäprosentti tarkentuu aineiston täydentyessä ja tulkintamenetelmien parantuessa, mutta enemmän alamme nyt jännittää sitä, kuinka pitkään kipsi vielä tehoaa. Laskelmieni mukaan noin 85 % kipsistä on vielä maassa, joten oletan anturien jatkossakin rekisteröivän Yliskulmalla ja Parmaharjulla pienempiä sameuksia kuin mittapadolla. Ennen kipsin levitystä tilannehan oli toisinpäin.

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

 

Vähentääkö kipsi liuennutta, kaikkein rehevöittävintä fosforia?

Petri Ekholm
Erikoistutkija
Suomen ympäristökeskus

Valumavesissä on kahdenlaista fosforia: maa-ainekseen sitoutunutta fosforia ja liuennutta fosforia. Maa-ainekseen sitoutuneen fosforin määrää voi päätellä veden ulkonäöstä: mitä sameampaa vesi on, sitä enemmän siinä on maa-ainesta ja siihen sitoutunutta fosforia. Kipsin levityksen jälkeen valumavedet kirkastuivat silmin nähden. Kirkastumisen vahvistivat Savijoen jatkuvatoimiset anturit, jotka mittaavat veden sameutta tieteellisen tarkasti, hiukkasten aiheuttaman valon sironnan perusteella. Sameuden vähenemisestä voidaan päätellä, että kipsattujen peltojen eroosio väheni. Toisin sanoen maahiukkaset ja niihin sitoutunut fosfori eivät siis lähteneet aiemmassa määrin liikkeelle vaan jäivät peltoon.

Liuennut fosfori sen sijaan on niin silmille kuin antureillekin näkymätöntä: veden optisista ominaisuuksista ei voi päätellä, onko liuennutta fosforia vähän vai paljon. Pitoisuuden saa selville vain ottamalla vesinäytteen ja viemällä sen laboratorioon määritettäväksi. Siellä näyte suodatetaan hyvin tiuhan suodattimen läpi. Suodoksesta saadaan fosforin pitoisuus selville, kun fosfori värjätään siniseksi yhdisteeksi, jonka intensiteetti on suoraan verrannollinen pitoisuuteen.

Liukoisen fosforin vaikutukset vesistöissä on helppo havaita. Kuva: Pirjo Ferin

Vaikka liuennut fosfori ei silmille näy, näkyvät sen vaikutukset sitäkin selvemmin. Se on nimittäin levien herkkua. Niin sanottu liuennut ortofosfaatti on ainoa fosforin muoto, joka pystyy kulkeutumaan niin viljelyskasvien kuin levienkin solunseinän läpi. Se on siis ainoa suoraan kasveille käyttökelpoinen fosforiyhdiste. Jotta maa-ainekseen sitoutunut fosfori olisi käyttökelpoista, sen on ensin vapauduttava ortofosfaatiksi. Vuosikymmenten tutkimuksesta huolimatta on edelleen epäselvää, missä määrin ja millaisissa oloissa maa-ainesfosfori muuntuu käyttökelpoiseksi. Se kuitenkin tiedetään, että osa fosforista ei koskaan vapaudu vaan hautautuu hiukkasten mukana vesien pohjalle.

Maatalouden vesiensuojelumenetelmien olisi hyvä vähentää sekä maa-ainesfosforin että liuenneen fosforin kulkeutumista pelloilta vesiin. Valitettavasti näin ei aina ole. Esimerkiksi peltojen talviaikainen kasvipeite voi vähentää tehokkaasti eroosiota ja maa-ainesfosforin kulkeutumista, mutta saattaa lisätä liuenneen fosforin huuhtoutumista fosforin kertyessä pintamaakerrokseen, jossa se voimakkaimmin valumavesien huuhdottavana.

Kipsin etu on se, että se tehoaa kumpaankin fosforimuotoon. Näin tapahtui ainakin Nummenpään kipsikokeessa, jossa käsiteltiin 100 hehtaaria peltoa kipsillä Vantaanjoen valuma-alueella. Siellä maa-ainesfosforin kulkeuma väheni 60 prosenttia ja liuenneen fosforin huuhtouma 30 prosenttia. Mutta miten käy Savijoella? Tähän kysymykseen ei vielä voida vastata.

Lounais-Suomen poikkeuksellisen kuivien kelien johdosta SAVE-hankkeelle on kertynyt liian vähän edustavia vesinäytteitä, joiden perusteella liuenneen fosforin muutoksia voi arvioida. Siinä missä kipsinlevitysalueen alajuoksulta, Parmanharjulta, on kipsikäsittelyn jälkeen kertynyt yli 5000 sameushavaintoa, vesinäytteitä ja liuenneen fosforin määrityksiä on vain 12. Aineistossa oleva hajonta, ”kohina”, peittää vielä alleen mahdollisen kipsisignaalin. Tästä keväästä lähtien näytteenottoa on tihennetty, kun lisänäytteitä ottaa ja määrittää Lounais-Suomen vesiensuojeluyhdistys. Koska kesästä tulee kuiva ja lämmin, joutunemme odottamaan tietoa kipsin vaikutuksesta liuenneeseen fosforiin syksyyn asti.

Kevätkatsaus vedenlaatuun

SAVE-hankkeen asiantuntija, SYKEn erikoistutkija Petri Ekholm vastaa kirjoituksessa kysymyksiin vedenlaadun kehityksestä Savijoella.

Syksy oli erittäin kuiva. Minkälaisia kevät ja mennyt talvi ovat olleet kelien ja lumitilanteen puolesta?

Keli on jatkunut melko kuivana. Talvella lunta oli hyvin vähän pilottialueella. Kevään myötä on tullut vesisateita, mutta ne eivät ole olleet runsaita.

Miten kelit ovat näkyneet Savijoessa virtaavan veden määrässä verrattuna syksyyn ja aiempiin vuosiin?

Kun verrataan Savijoessa virranneen veden määrää, niin virtaamalukemat ovat olleet toistaiseksi pienempiä kuin viime keväänä. Vuosi 2016 oli poikkeuksellisen kuiva, ja kelit ovat siis jatkuneet kuivina myös tämän vuoden puolella. Tämän kevään virtaamia voidaan pitää korkeintaan kohtuullisina.

Vaikka Savijoessa on keväällä virrannut vettä paikoin runsaasti, on kevät ollut kokonaisuudessaan kuiva ja virtaamat aiempaa alhaisemmat. Kuva: Janne Artell / NutriTrade

Ja entäpä sitten se kaikkein tärkein eli vedenlaatu: minkälaisia tuloksia mittauspaikoilta on saatu?

Erittäin rohkaisevia ja toisaalta odotetun kaltaisia. Parhaiten tietoa on maa-ainekseen sitoutuneen fosforin määrästä. Kipsinlevityksen jälkeisenä aikana marraskuun alusta maaliskuun puoliväliin asti ulottuvalla tarkastelujaksolla mittaustulokset noudattavat toivottua järjestystä: suurimmat fosforimäärät on havaittu vertailuvaluma-alueen mittapisteellä yläjuoksulla, keskiasemalla määrä on jo laskenut ja selvästi pienimmät maa-ainekseen sitoutuneen fosforin määrät on havaittu ala-asemalla eli kipsinlevitysalueen alareunalla. Toisaalta kipsin käytöstä indikoivat sulfaattiluvut noudattavat käänteistä järjestystä, mikä on erittäin loogista.

Ala-aseman eli Parmanharjun mittauspisteen läpi on tarkastelujakson aikana kulkenut 26 % prosenttia vähemmän maa-ainesfosforia kuin yläaseman läpi vesimäärään ja valuma-alueen kokoon suhteutettuna. Ala-aseman valuma-alueella sijaitsevista pelloista kuitenkin 57 prosenttia on sellaisia, joille kipsiä ei levitetty viime syksynä. Tämä tarkoittaa sitä, että kipsikäsitellyiltä pelloilta valuvan partikkelifosforin määrä on vähentynyt jopa 60 prosenttia!

Miten tulokset näkyvät käytännössä?

Käytännössä kipsikäsittelyn vaikutuksen voi parhaiten havaita yksittäisissä peltolammikoissa. Savijoessa vaikutusta on vaikea nähdä. Tämä johtuu osittain juuri siitä syystä, että kipsikäsittelemättömien peltojen osuus alueella on niin suuri.

Joillain peltolohkoilla lammikot ovat olleet kristallinkirkkaita. Kuva: SAVE-hanke.

Voiko tuloksista tehdä johtopäätöksiä kipsikäsittelyn tehokkuuden suhteen?

Sen voi sanoa, että jos tulokset jatkavat samalla mallilla, niin päästään todella lähelle samoja tuloksia kuin aiemmassa kipsikäsittelyn tutkimushankkeessa Nummenpäässä. Liuenneesta fosforista on kuitenkin vielä niin vähän havaintoja, että muutoksen suuruutta sen määrissä on toistaiseksi vaikea arvioida.

Onko vedenlaadun mittaamisessa koettu vastoinkäymisiä?

Parmanharjun mittalaitteisto koki kovia maaliskuun puolivälissä. Savijoen kasvaneet vesimäärät saivat soraa ja muuta materiaalia joen pohjalla liikkeelle ja nämä onnistuivat peittämään laitteiston. Tilanne korjattiin nopeasti, mutta muutaman vuorokauden mittaustulokset tuolta asemalta joudutaan julistamaan kelvottomiksi eli ne niin sanotusti liputetaan. Tällä ei kuitenkaan ole hankkeen kannalta merkitystä. Kun dataa on tulevaisuudessa tarpeeksi, ala-aseman luvut interpoloidaan keskiaseman lukujen avulla noille muutamalle päivälle. Tämä oli ensimmäinen tämän kaltainen tapaturma ja suurin yksittäinen vastoinkäyminen – aiemmat liputukset ovat johtuneet mittareihin ajautuneista roskista ja ovat olleet lyhytaikaisempia. Mutta kuten sanottu, tällä ei ole merkitystä hankkeen onnistumisen kannalta.

Savijoki ja Parmanharjun mittauspiste kuvattuna lintuperspektiivistä. Kuva: Janne Artell / NutriTrade

Mitä vedenlaadun seurannassa on lupa odottaa seuraavaksi?

Vedenlaadun seurannassa eletään jälleen todella jännittäviä aikoja. Jos kelit toisivat sateita vielä ennen kylvöä, niin Savijoesta saataisiin erittäin mielenkiintoisia mittaustuloksia. Keväällä myös tihennetään käsin tehtävää näytteenottoa, jonka avulla vaikutuksia liuenneessa fosforissa tarkastellaan. Uudet näytteet helpottavat tarkastelua merkittävästi!

Lisäksi Savijoen alajuoksulle, pilottialueen ulkopuolelle, on perustettu uusi mittauspiste vuollejokisimpukoiden hyvinvoinnin tarkastelua varten. Lähiaikoina myös tuolta pisteeltä saadaan dataa arvioitavaksi. Tämä on todella mielenkiintoista paitsi vuollejokisimpukoiden kannalta niin myös kipsivaikutuksen tarkastelussa. Tässä saadaan tietoa siitä, mitä tapahtuu jokivedelle, kun siihen taas sekoittuu valumavesiä alajuoksun kipsikäsittelemättömiltä alueilta.

Myös virtaamamittauksia jatketaan keväällä ja nämä osaltaan täsmentävät vedenlaatuarvioita, kun joessa virtaavasta veden määrästä saadaan tarkempaa tietoa.

Onko vedenlaadusta vielä muita huomioita?

Kyllä, tärkeä sellainen: ero kipsialueen ja vertailualueen vedenlaadun välillä on ollut suurimmillaan juuri silloin kuin sen on toivottukin olevan eli silloin kuin virtaama on suurimmillaan. Tämä on erittäin hyvä merkki!

Vedenlaadun seurannasta kattava raportti

Peltojen kipsikäsittelyn perimmäinen tavoite on Itämeren vedenlaadun parantaminen. Tämän takia kipsipilotin tärkein yksittäinen osio on vedenlaadun tutkiminen.

Hankkeen nettisivuilla on nyt julkaistu raportti, jossa selostetaan huolellisesti vedenlaadun tutkimuksen asetelmat sekä tähänastiset tulokset. Raportti selvittää miksi Savijoki valikoitui tutkimuskohteeksi, kuinka vedenlaatua tarkkaillaan ja miten kipsin vaikutuksista voidaan saada selkoa.

Raportti löytyy sivujemme materiaaliosiosta.

Kipsi kirkasti syksyisen Savijoen

Petri Ekholm
Erikoistutkija
Suomen ympäristökeskus

Kuiva syksy oli luojan lykky kipsin levityksen kannalta, mutta vaikutustutkimuksen kannalta se oli kiusallinen: tietoa kipsin tehosta jouduttiin odottamaan pitkään. Vasta marraskuun puolivälin jälkeen sattui syksyn ensimmäinen valuntapiikki, kun varhain tullut lumi suli ja lisäksi satoi vettä.

Tuona aikana kävin useita kertoja päivässä netistä tarkastamassa, miten sameus Savijoen eri mittauspisteillä kehittyy. Lauantaina 19.11. tilanne näytti huolestuttavalta: valumien alkaessa kasvaa kaikkein korkeimmat sameudet havaittiin kipsinlevitysalueen alaosassa Parmanharjulla.

Marraskuun valuntapiikki
Jatkuva-aikaisessa vedenlaadun seurannassa kipsin vaikutuksia alkoi näkyä marraskuussa. Syksyn ensimmäisen suuren valuntapiikin jälkeen kipsinlevitysalueella (vihreä ja punainen) Savijoen veden sameusarvo (FTU, pystyakseli) on ollut matalampi kuin vertailualueella (sininen). Kuva: Petri Ekholm / SAVE.

Tämä paljastui kuitenkin ohimeneväksi ilmiöksi ja seuraavan vajaan kahden viikon aikana sameus oli selvästi korkein Savijoen yläosan vertailualueella, jossa kipsiä ei käytetty. Kipsinlevitysalueen keskiosassa sameus oli jonkin verran vertailualuetta matalampi, ja selvästi kirkkainta vesi oli Parmanharjulla.

Keskimäärin Parmanharjulla jokiveden sameus oli 29 % pienempi kuin vertailualueella. Koska Parmanharjun yläpuolisen valuma-alueen pelloista vain 43 % on kipsattu, kipsipellolta on valunut laskennallisesti 68 % kirkkaampaa vettä. Nyt jännäämme, jatkuuko tilanne näin hyvänä – sameuden pienentyessähän myös fosforipitoisuudet pienenevät. Tuo Parmanharjun ensimmäinen sameuspiikki saattoi muuten johtua joen pohjalle vajonneen aineksen liikkeelle lähdöstä tulvan alussa ja tähän materiaaliin kipsi ei teoriassakaan vaikuta.

Virtaaman mittaamisesta

Edellisessä kirjoituksessa kerrottiin kuinka veden laatua seurataan, mutta tärkeää on myös tietää kuinka paljon vettä joessa virtaa. Kuulostaa äkkiseltään yksinkertaiselta, mutta tarkemmin kerrottuna on varsin mielenkiintoinen ja moniulotteinen asia. Miksi veden määrä pitää tietää ja kuinka sitä mitataan? Tästä kertoo SYKEn tutkimusinsinööri Jarmo Linjama.

Jo muinaiset roomalaiset olivat kiinnostuneita virtaavan veden määrästä. He nimittäin hoitivat vesihuoltoaan akvedukteilla, joita pitkin vuoristojäätiköiden sulamisvesi johdettiin kaupunkeihin. Rakenteet olivat valtavia ja kallistusta vain 2 cm kilometrillä. Melkoista insinöörityötä 2000 vuotta sitten – vetää vesi-insinöörin edelleen hiljaiseksi. Tosin Ramses II teetti orjillaan samanlaisia rakenteita Egyptissä jo 1200 vuotta aiemmin, mutta se on toinen juttu. Miten tämä liittyy virtaaman mittaamiseen? Ei välttämättä mitenkään muuten kuin että akveduktit piti mitoittaa kattamaan kaupungin vedentarve ja niiden kautta tulevaa vesimäärää todennäköisesti mitattiin seuraamalla kuinka kauan tietyn suuruisen vesisäiliön täyttyminen kestää. Ja sainpahan aloittaa tekstin roomalaisviittauksella.

Roomassa käytettyä virtaamamittausmenetelmää käytettiin sen keksimisen jälkeen noin 1500 vuotta. Kun haluttiin tietää paljonko vettä purossa lirisee, sitä voitiin yrittää arvioida silmämääräisesti. Jos purossa sattui olemaan pieni putous, tulos tarkentui työntämällä ämpäri alle ja laskemalla täyttymiseen kuluvat sekunnit.

Savijoen virtausta loppukesästä
Savijoen virtaamaa voi olla hankala arvioida silmämääräisesti. Kuva: Samuli Puroila

Suuren joen rannalla näistä konsteista ei ole apua. Virtaamaa kuitenkin pystyy arvioimaan, jos tiedetään uoman poikkileikkauspinta-ala ja veden virtausnopeus. Virtaama saadaan kertomalla nämä luvut keskenään. Suomessa tämä oivallettiin viimeistään 1700-luvun puolivälissä. Veden pinnalla kelluvan kohon tai muun roskan nopeus arvioitiin ja uoman syvyys luodattiin mittakepin avulla. Tulokset menivät useimmiten raskaasti yläkanttiin, koska virtausnopeus pinnalla on yleensä selvästi suurempi kuin poikkileikkauksessa keskimäärin.

Insinööri Woltmann esitteli potkurinkaltaiseen laitteeseen perustuvan virtaamanmittausmenetelmän Hampurissa vuonna 1790. Tämä Woltmannin siivikkona tunnettu laite on hieman muunneltuna edelleen käytössä, vaikkakin jo väistymässä uudempien menetelmien tieltä. Virta pyörittää potkuria ja pyörähdysten lukumäärä aikayksikössä voidaan muuntaa veden virtausnopeudeksi. Kun lisäksi mitataan uoman poikkileikkauksen ala, virtaama voidaan laskea. Woltmannin ’hydrometristä flyygeliä’ käytettiin Suomessa ensimmäisen kerran kesäkuun 25. päivänä vuonna 1862. Tuolloin Rokkalanjoen Patakoskessa, Viipurin läänin Johanneksen pitäjän Koskijärven kylässä virtasi vettä 80,0 kuutiojalkaa sekunnissa.

Purkautumiskäyrät – vedenkorkeuden ja virtaaman väliset suhdekäyrät – ovat virtaamatilastojen perusta. Käyrien avulla voidaan määrittää virtaamat vedenkorkeushavainnoista. Varhaisin säilynyt purkautumiskäyrä on Vuoksen virtaaman ja Saimaan vedenkorkeuden välille laadittu, vuodelta 1908. Virtaamatietojen määrittäminen purkautumiskäyrien avulla on säilynyt jokseenkin samanlaisena yli sata vuotta. Suomen jokien virtaamat tunnetaan keskimäärin vähintään viiden prosentin tarkkuudella, siis selvästi paremmin kuin vesitaseen muut tekijät.

Vertailualueen mittapato
Savijoen mittapadon avulla on joen yläjuoksun virtaamaa mitattu jo 1970-luvulta lähtien. Kuva: Eliisa Punttila

Purkautumiskäyristä päästään varsinaiseen aiheeseen eli virtaaman mittaukseen Savijoen alueella. Savijoen latvoilla on jo yli 40 vuotta ollut SYKEn tutkimusvaluma-alueiden verkkoon kuuluva mittapato, missä on virtaaman lisäksi mitattu monipuolisesti veden laatua. Mittapato on muodoltaan selkeä ja muuttumaton. Vedenpinnan korkeuden ja virtaaman välille on tällöin helppo muodostaa laskennallinen yhteys eli purkautumiskäyrä. Sen jälkeen tarvitsee vain mitata pinnankorkeutta padon yläpuolisessa patoaltaassa ja virtaama saadaan tästä reaaliajassa tietokantoihin. Kun lisäksi tiedetään mittapadon yläpuolisen valuma-alueen pinta-ala, voidaan virtaaman avulla helposti laskea valunta maa-alueilta (l/s/km2) eli se, kuinka paljon mittapadon yläpuoliselta alueelta valuu vettä uomaan aikayksikössä.

SAVE-hankkeen kahdessa muussa alempana uomassa sijaitsevassa mittauspisteessä (10-tie ja Bränikkälän silta) mitataan pinnankorkeutta, mutta virtaaman mittaaminen pelkästään pinnankorkeutta seuraamalla ei näissä kohteissa suoraan onnistu. Mittapato on kallis rakentaa eikä sen rakentamiseen saa helposti lupaa. Muutkaan yleisesti isommissa joissa käytetyt virtaamanmittausmenetelmät eivät ole tarkkoja näin pienessä uomassa. Purkautumiskäyrä, eli se, kuinka paljon vettä uomassa virtaa eri vedenkorkeuksilla, pitäisi silti määrittää ja sitä varten tarvitaan erilaisissa virtaamatilanteissa tehtyjä virtaamamittauksia.

Nykyaikainen virtaamanmittauslaitteisto
Modernilla laitteistolla mittaus onnistuu tarkasti ja nopeasti. Kuva: Samuli Puroila

Savijoen virtaamamittauksissa on käytetty suolapulssin etenemisen seurantaan perustuvaa virtaamamittausta. Menetelmän suurena etuna on se, että se soveltuu mainiosti pienille virtaamille sekä muodoltaan vaihteleville uomille. Lisäksi laitteisto on kevyt ja yhden tutkijan helposti käytettävissä.

Mittauksen idea ei ole uusi, mutta vasta nyt antureiden tarkkuus ja läppärin laskentateho on sillä tasolla, että tällainen nopea kenttämittaus on kustannuksiltaan järkevää. Idea on karkeasti seuraava: otetaan mittauspisteen kohdalta astiaan puoli litraa jokivettä ja mitataan sen sähkönjohtavuus. Sen jälkeen lisätään veteen pieniä annoksia suolaliuosta ja mitataan, mikä on sähkönjohtavuus kullakin pitoisuudella. Tällä tavoin muodostetaan yhtälö suolapitoisuuden ja sähkönjohtavuuden välille kyseisessä mittauspisteessä. Tämän jälkeen arvioidaan silmämääräisesti jokiuoman virtaama, otetaan virtaama-arvion mukainen, taulukon määrittelemä määrä suolaa ja liuotetaan se ämpärissä olevaan jokiveteen. Seuraavaksi laitetaan anturit veteen, mittaus käyntiin ja käydään kippaamassa suolaliuos ylävirran puolelle riittävän kauas.

Laitteisto mittaa sähkönjohtavuutta ja havaitsee heti kun suolapitoisuus alkaa vähänkin nousta. Suolapulssin edetessä mittauspisteen ohi sähkönjohtavuus ensin kasvaa ja sitten vähitellen palautuu mittausta edeltävään tasoon. Sähkönjohtavuuden muutoksen voimakkuuden ja suolapulssin pituuden ja etenemisnopeuden perusteella läppärillä oleva ohjelma laskee, mikä on ollut se vesimäärä, johon ylävirtaan kipattu suola on sekoittunut, jotta kyseinen johtavuuskäyrä toteutuu. Tämän perusteella saadaan virtaama.

Suolaa liuotetaan jokiveteen
Modernitkin menetelmät vaativat kuitenkin yksinkertaista kenttätyötä. Vasemmalla allekirjoittanut, oikealla Petri Ekholm. Kuva: Samuli Puroila

Tätä kirjoittaessani on ollut pitkään varsin kuivaa yhtä sadetta lukuun ottamatta. Tuo sade oli voimakkuudeltaan juuri sellainen, että virtaama Savijoessa ei mainittavasti noussut, mutta ravinteita kulkeutui peltojen pintakerroksista vesiin. Tällaisissa tilanteissa vesinäytteiden antamat tulokset saattavat olla varsin rajun näköisiä, kun pelloilta valuva väkevä vesi sekoittuu joen pieneen vesimäärään. Itämeren kannalta tällainen tilanne ei juuri huolestuta. Ravinnekuormitus on pitoisuuden ja virtaaman tulo, ja kun virtaama on pieni, kuormituskin pysyy pienenä. Toisaalta suuri virtaama yhdistettynä pieneenkin pitoisuuteen saattaa kuormittaa Itämerta aivan eri tavalla. Tätä varten on tässäkin hankkeessa välttämätöntä tietää virtaama tarkasti ja siinä suolapulssimittaus on osoittautunut oivalliseksi välineeksi.

Kiitokset Veli Hyväriselle ja Esko Kuusistolle virtaamanmittausten historiaan liittyvistä avuista!

Tutkimusinsinööri Jarmo Linjama
Suomen ympäristökeskus (SYKE)
Vesikeskus / Hydrologinen seuranta