Inarijärven rantavyöhykkeen seuranta Päällyslevän biomassakartoitus Jukka Ylikörkkö Annukka Puro-Tahvanainen Lapin ELY-keskus

Transkriptio

1 Inrijärven rntvyöhykkeen seurnt Päällyslevän biomsskrtoitus 2017 Jukk Ylikörkkö Annukk Puro-Thvninen Lpin ELY-keskus Kuv 1. BenthoTorchill mittust Juutunvuonoss. Kuv 2. Näytekiviä Vironniemessä heinäkuuss.

2 1. Johdnto Inrijärvellä kokeiltiin kenttäfluorometriä mhdollisen rntvyöhykkeen tiln seurntvälineenä kesällä Fluorometri mitt fluoresenssin kutt päällyslevän -klorofyllimolekyylin määrää, jot tässä käytetään biomssn indikttorin. Inrijärven kruss ympäristössä päällyslevästön voi olett olevn merkittävä os perustuotnto. Oletuksen oli että päällyslevästön biomss olisi korkempi suurten jokien edustoill sekä kuormitetuill lueill. Joensuunselälle j Juutunvuonoon tulee suuri luonnonhuuhtoum jokien kutt, j niihin lsketn myös puhdistettuj yhdyskuntien jätevesiä. Ulpn pintveden keskimääräinen kokonisfosfori on Joensuunselällä j Juutunvuonoss ollut 2000-luvull yli kksinkertinen verrttun Vironniemeen. Kikki pitoisuudet edustvt kuitenkin edelleen kru tso (Ptot <10µg/l). Nellimissä j Prtkoss on hj-sutust j pienilist nurmiviljelyä. Vrttsri edust selkävesien ympäröimää järven keskios. Vironniemi on luonnontilisin j ulpn vedenldun perusteell järven kruin os. Lisäksi tutkimuksen trkoituksen oli seurt päällyslevästön koostumust. Sinilevien osuuden oletettiin ksvvn kohti jokisuit j kuormituslähteitä, sekä jllisesti loppukesää kohti. 2. Menetelmät Kuv 3. Mittuspikkojen sijoittuminen tutkimuslueille. Mittusjnkohdt olivt heinäkuun ensimmäinen j elokuun kolms viikko. Inrijärveltä vlittiin 9 luett, joiss tehtiin mittukset 6-11 voimell rnnll (kuv 3). Jokisell pikll klorofylli mitttiin kymmeneltä mhdollisimmn tummlt kiveltä, jolt litteen ilmoittm tkisinheijstus oli lle 10 %. Kivien tuli oll ollut veden ll neljä viikko, tästä johtuen mittussyvyydet olivt heinäkuuss cm j elokuuss cm. Kivien koko vihteli pikkojen välillä nyrkin kokoisist 15 cm suuriin lohkreisiin > 80 cm.

3 Mittukset tehtiin BenthoTorch-fluorometrillä, jok rvioi päällyslevästön klorofylli :n määrää suorn kivien pinnlt. Lite myös pyrkii erottmn viher- pii- j sinilevien osuudet perustuen niiden fluoresenssin poikkeviin llonpituuksiin. Mittukset tehtiin veden ll suorn näytekiven pinnlt (kuv 1). Jtkokäsittelyyn vlittiin pikoilt kymmenen mittuksen medini. Tilstokäsittely tehtiin R-ohjelmll (2017). Logritmimuunnettu klorofylli :n kokonismäärä täytti prmetristen testien ehdot kuukusien j lueiden välisten erojen tutkimist vrten. Kokonisbiomssn kuukusien välistä muutost testttiin prittisell t-testillä j lueiden välisiä eroj vrinssinlyysillä. Myös logritmimuunnettu sinilevän määrää oli mhdollist nlysoid prmetrisesti, j sillä lueiden välistä ero testttiin vrinssinlyysillä. Eri leväryhmien määrien j suhteellisten osuuksien muutost kuukusien välillä nlysoitiin ei-prmetrisell Wilcoxonin merkittyjen sijlukujen medinimuutost mittvll testillä. 3. Tulokset Biomss tutkimuslueiden sisällä Biomssn vihteluväli monen tutkimuspikn sisällä ylitti lueiden väliset erot (kuv 4-6, tulukko 1). Vihteluväli oli suuri etenkin Prtkoss heinäkuuss j Vironniemessä elokuuss, jolloin kyseisillä lueill oli myös suhteellisen korke keskimääräinen biomss. Koko järven mittkvss päällyslevästön keskimääräinen biomss nousi heinä-elokuun välillä n. 20 %. Keskimääräinen muutos oli tilstollisesti merkitsevä (tulukko 2). Muutos lueiden sisällä heinä-elokuun välillä oli tilstollisesti merkitsevä Joensuunselällä, Mhlttinuorss j Vironniemessä. Näillä pikoill biomss myös ksvoi eniten ( %). Selviä muutoksi (> ±10 %) oli myös kolmell muull lueell, mutt ne eivät suuren sisäisen vihtelun vuoksi ollut tilstollisesti merkitseviä. Kuv 4. Ltikkokvio tutkimuslueiden klorofyllipitoisuuksist heinäkuuss j elokuuss. Ltikko kuv jkum, jonk sisälle 50 % otoksen hvinnoist sijoittuu j poikkiviiv on ineiston medini. Jnt j pisteet osoittvt koko vihteluvälin. Suurimmt j pienimmät rvot on merkitty pisteellä (outlier), mikäli niiden etäisyys lähimmästä hvinnost on yli 1,5-kertinen.

4 Kuv 5. Klorofylli :n medinipitoisuus hvintopikoill heinäkuuss. Kuv 6. Klorofylli :n medinipitoisuus hvintopikoill elokuuss. Tulukko 1. Tutkimuslueiden mittustulosten keskirvo, minimi j mksimi mittusjnkohtin, mittusten välinen muutos, j prittisen t-testin p-rvot. Heinäkuu Elokuu Keskirvon muutos Alue (klorofylli ) (klorofylli ) Heinä-elo (%) K. Min. Mks. Keskihjont K. Min. Mks. Keskihjont Joensuunselkä 0,83 0,55 1,46 0,28 1,40 0,98 1,84 0, Juutunvuono 0,77 0,39 1,49 0,33 0,94 0,60 1,31 0, Mhlttinuor 0,58 0,44 0,73 0,10 1,37 1,12 1,74 0, Miesniemi 0,66 0,39 1,02 0,28 0,91 0,48 1,36 0, Moossinselkä 1,27 1,00 1,49 0,20 1,33 0,98 1,63 0,29 +5 Nellim 1,05 0,78 1,30 0,21 1,00 0,62 1,38 0,27-5 Prtkko 1,65 0,97 2,75 0,65 0,88 0,50 1,39 0,30-47 Vrttsri 0,75 0,47 1,04 0,25 0,71 0,54 1,07 0,20-5 Vironniemi 0,89 0,32 1,79 0,51 1,34 0,53 2,16 0, Kikki 0,92 0,32 2,75 0,45 1,10 0,48 2,16 0, Tulukko 2. Prittisen t-testin tulokset, keskimuutos j p-rvo, biomssn (klorofylli ) muutokselle heinä j elokuun välissä. Keskimuutos on lskettu pikkojen mittustulosten eroist. Alle 0,05 p-rvo merkitsee yli 95 % todennäköisyyttä että mittusten keskirvomuutos heinä-elokuun välillä on erisuuri kuin 0. Alue Keskimuutos heinä-elokuu (klorofylli ) T-testin p-rvo Joensuunselkä 0.24 <0,01 Juutunvuono ,07 Mhlttinuor 0.37 <0,01 Miesniemi ,25 Moossinselkä ,78 Nellim ,61 Prtkko ,09 Vrttsri ,83 Vironniemi ,03 Kikki ,01

5 Sinilevien biomss ksvoi tilstollisesti merkitsevästi Joensuunselän j Mhlttinuorn lisäksi Juutunvuonoss j Miesniemessä (tulukko 4). Sinilevien prosenttiosuus ei kuitenkn noussut merkitsevästi (95 % luottmusvälillä). Nellimissä j Prtkoss sinilevien osuuden muutos on kuitenkin lähellä merkitsevää (p=0,06). Viherlevien biomss ksvoi merkitsevästi viidellä lueell, Joensuunselän, Juutunvuonon, Mhlttinuorn j Miesniemen lisäksi myös Vironniemessä. Viherlevien prosenttiosuus nousi merkitsevästi edellä minituist lueist kolmell. Piilevien biomss muuttui merkitsevästi inostn Mhlttinuorss, missä se ksvoi. Piilevien prosenttiosuus pieneni merkitsevästi Juutunvuonoss. Moossinselällä, Nellimissä j Prtkoss lskev muutos prosenttiosuudess oli lähellä merkitsevää. Tulukko 3. Tutkimuslueiden eri leväryhmien biomssn keskirvot sekä suhteellinen osuus heinä- j elokuuss. Heinäkuu Elokuu Alue Sinilevät Viherlevät Piilevät Sinilevät Viherlevät Piilevät klorofylli Joensuunselkä 0, , , , , ,28 20 Juutunvuono 0, , , , , ,24 27 Mhlttinuor 0, , , , , ,42 28 Miesniemi 0, , , , , ,27 29 Moossinselkä 0, , , , , ,54 44 Nellim 0, , , , , ,08 8 Prtkko 0, , , , , ,18 22 Vrttsri 0, , , , , ,30 45 Vironniemi 0, ,06 8 0, , , ,78 57 Kikki 0,38 0,14 0,39 0,50 0,22 0,34 % Tulukko 4. Wilcoxonin merkittyjen sijlukujen p-rvot verrttess eri leväryhmien biomssn (klorofylli ) ti suhteellisen osuuden muutost heinä- j elokuun välillä. Alle 0,05 rvo merkitsee yli 95 % todennäköisyyttä että pikkkohtisten mittusten medinimuutos heinä-elokuun välillä on erisuuri kuin 0. Alue Sinilevät Sinilevät Viherlevät Viherlevät Piilevät Piilevät bm % bm % bm % Joensuunselkä 0,01 0,08 0,01 0,84 0,46 0,38 Juutunvuono 0,01 0,32 0,04 0,01 0,54 0,01 Mhlttinuor 0,03 0,09 0,03 0,16 0,03 0,44 Miesniemi 0,03 0,44 0,03 0,03 0,84 0,69 Moossinselkä 0,11 0,09 0,84 1,00 0,16 0,06 Nellim 0,81 0,06 0,81 0,06 0,06 0,06 Prtkko 0,84 0,06 0,44 0,44 0,06 0,06 Vrttsri 0,84 1,00 0,44 0,22 0,84 0,56 Vironniemi 0,84 0,16 0,03 0,03 0,44 0,56 Kikki <0,01 0,19 <0,01 <0,01 0,43 <0,01

6 Kuv 7. Eri leväryhmien osuudet kokonisklorofylli :st hvintolueittin heinäkuuss, j klorofylli :n keskirvo. Kuv 8. Eri leväryhmien osuudet kokonisklorofylli :st hvintolueittin elokuuss, j klorofylli :n keskirvo. Kuv 9. Eri leväryhmien osuudet kokonisklorofylli :st hvintolueittin khden mittuskerrn keskirvon.

7 Biomss tutkimuslueiden välillä Vrinssinlyysin perusteell lueiden välillä oli tilstollisesti merkitseviä eroj, joit vertiltiin preittin Tukeyn keskirvojen vertilutestillä. Heinäkuun kokonisbiomssss oli merkitseviä eroj Prtkon j Moossinsiselän suhteess useisiin muihin lueisiin (tulukko 5). Prtkon j Moossinsiselän biomsst olivt heinäkuuss järven korkeimpi. Elokuuss tulokset olivt tsoittuneet j eroj oli vin Vrttsren j kolmen eteläisen lueen välillä. Vrttsren lueen biomsst olivt selvästi elokuun lhisimpi. Muutoin suuri vihtelu lueiden sisällä peitti niiden väliset erot. Sinileväbiomsst olivt heinäkuuss suurimmt Nellimissä j elokuuss Joensuunselällä. Heinäkuuss Nellim erosi merkitsevästi kolmest muust sinileväbiomssn suhteen (tulukko 6). Lisäksi Prtkko poikkesi merkitsevästi Vironniemestä. Elokuuss sinileväbiomsst olivt ksvneet osll lueist j tuloksiss näkyi suurempi eroj. Etenkin Vrttsren j Vironniemen lhisemmt sinilevämäärät poikkesivt muist. Suurin ero oli Vironniemen j Joensuunselän välillä. Joensuunselkä poikkesi myös muist eteläisistä lueist. Tulukko 5. Tukeyn testin prittisten vertilujen tulokset, keskimääräinen ero mittusten välillä j p-rvo, kokonisbiomsslle (klorofylli ) heinäkuuss j elokuuss. Alle 0,05 p-rvo merkitsee yli 95 % todennäköisyyttä että lueiden mittustulosten keskirvot ovt erisuuret. Heinäkuu Elokuu Alueet Ero p-rvo Alueet Ero p-rvo klorofylli klorofylli Prtkko-Mhlttinuor 0,43 <0,01 Vrttsri-Joensuunselkä -0,30 <0,01 Prtkko-Miesniemi 0,40 <0,01 Vrttsri-Mhlttinuor -0,29 0,02 Prtkko-Juutunvuono 0,34 <0,01 Vrttsri-Moossinselkä -0,28 0,03 Prtkko-Vrttsri 0,33 0,02 Prtkko-Vironniemi 0,30 0,04 Prtkko-Joensuunselkä 0,29 0,03 Moossinselkä-Mhlttin. 0,34 0,01 Moossinselkä-Miesniemi 0,31 0,03 Tulukko 6. Tukeyn testin prittisten vertilujen tulokset, keskimääräinen ero mittusten välillä j p-rvo, sinileväbiomsslle (klorofylli ) heinäkuuss j elokuuss. Alle 0,05 p-rvo merkitsee yli 95 % todennäköisyyttä että lueiden mittustulosten keskirvot ovt erisuuret. Heinäkuu Elokuu Alueet Ero p-rvo Alueet Ero p-rvo klorofylli klorofylli Vironniemi-Nellim <0,01 Vironniemi-Joensuunselkä -0,54 <0,01 Vironniemi-Prtkko -0,32 <0,01 Vironniemi-Nellim -0,48 <0,01 Nellim-Miesniemi 0,26 0,04 Vironniemi-Mhlttinuor -0,45 <0,01 Nellim-Juutunvuono 0,25 0,02 Vironniemi-Prtkko -0,33 0,01 Vironniemi-Juutunvuono -0,31 <0,01 Vrttsri-Joensuunselkä -0,41 <0,01 Vrttsri-Nellim -0,35 0,01 Vrttsri- Mhlttinuor- -0,32 0,01 Joensuuns,- Miesniemi 0,29 0,02 Joensuuns.-Moossinselkä 0,28 0,02 Joensuuns.-Juutunvuono 0,23 0,04

8 4. Pohdint j johtopäätökset Benthotorch-litteen kokonisklorofyllirvioiden on todettu korreloivn hyvin etnoliuuttoon perustuvien spektrofotometrinlyysien knss, kun päällyslevästön biofilmi on ohut (Echenique-Subibre ym. 2016, Khlert & McKie 2014). Inrijärvellä smn mittuspikn eri kivien välillä leväbiomssn erot olivt suurimmilln useit mikrogrmmoj, mutt äärirvoill ei ollut vikutust, kosk ineisto muodostettiin 10 mittuksen medineist. Smn lueen eri mittuspikkojen medinien vihtelu oli suurimmilln 1,8, mikä näkyy lueiden sisäisenä hjontn (kuv 4). Kivien välillä on luonnostn hjont johtuen niiden väristä j muodost. Vironniemessä päällyslevän määrä j jkutuminen poikkesi silminnähtävästi muist lueist molemmill mittuskerroill: levää oli pksusti j epätsisesti (kuv 2). Fluorometrin jtkokäytön knnlt olisi hyödyllistä selvittää voiko hjont merkittävästi pienentää käyttämällä keinolustoj. Päällyslevästön biomss nousi koko järven mittkvss heinä-elokuun välillä n. 20 %. Alueit erikseen trksteltess ero oli tilstollisesti merkitsevä vin Joensuunselällä, Mhlttinuorss j Vironniemessä. Inrijärvellä on iemmin tutkittu päällyslevästön biomss spektrofotometrisesti keinolustoilt (Hellsten ym. 1997). Tuolloin metrin syvyydessä 41 vrk olleill levyillä biomss vihteli n. 1-1,7. Tulokset ovt sm tso, mutt eivät suorn verrttviss kesän 2017 mittuksiin, kosk ne ovt cm syvemmältä, missä llokon häiriön j UV-stressin merkitys on pienempi. Dodds ym esittivät oligotrofisen j mesotrofisen joen päällyslevästön -klorofyllin keskirvon rjksi 2. Koko järven mittkvss tphtui muutoksi leväryhmien runsuksiss mittuskertojen välillä: sinilevien j viherlevien määrä lisääntyi j piilevien hiemn väheni. Alueist Joensuunselällä sekä Juutunvuonoss, j osin näiden lähilueill, sinilevien j viherlevien biomss ksvoi tilstollisesti merkitsevästi mittusjnkohtien välillä. Leväryhmien suhteellisten osuuksien muutoksist ei voinut tehdä luotettvi päätelmiä. Alueiden väliset erot litorlin päällyslevän kokonisbiomssss eivät suorn ilmentäneet lueellisi eroj ulpn rvinnetsoiss. Heinäkuuss eroj oli lähinnä Prtkon muiden lueiden välillä. Vrttsren lueen biomsst pysyivät tsisen mtlin koko kesän j elokuuss Vrttsri erosi merkitsevästi Joensuunselästä j sen lähilueist. Suurimmt erot pikkojen välillä muodostuivt suhteess elokuun sinileväbiomssn, jok erotti erityisesti Vironniemen j Vrttsren muist lueist. Vironniemessä j Vrttsress sinilevän määrä pysyi heinäkuun mtlll tsoll, mutt erityisesti Joensuunselällä, Juutunvuonoss j Mhlttinuorss sinilevää oli elokuuss huomttvsti enemmän. Benthotorch-litetteen on todettu ylirvioivn piilevien määrää (Khlert & McKie 2014) j lirvioivn sinilevien määrää, etenkin jos sinilevien osuus on suuri (Echenique-Subibre ym. 2016). Lite mitt vin -klorofyllin fluoresenssi, eikä se tunnist esimerkiksi fykobiliinej, joit on sinilevissä j punlevissä. Näin ollen sinilevän biomsstulokset eivät ole trkkoj rvoj, mutt jos sinilevän määrät ovt lirvioit, niihin perustuvi lueiden välisiä eroj voidn pitää todellisin.

9 Lähteet: Dodds W.K., Jones J.R:, Welch E.B Suggested clssifiction of strem trophic stte: distributions of temperte strem types by chlorophyll, totl nitrogen, nd phosphorus, In Wter Reserch 32: Khlert M. & McKie B.G Compring new nd conventionl methods to estimte benthic lgl biomss nd composition in freshwters. Environ Sci Process Impcts. 11: Echenique-Subibre I., Dlle C., Duvl C., Heth M.W., Couté A., Wood S.A., Humbert J-F., Quiblier C Appliction of spectrofluorimetric tool (bbe BenthoTorch) for monitoring potentilly toxic benthic cynobcteri in rivers. Wter Reserch 101: Hellsten S., Plomäki R., Järvinen E Inrijärven vedenkorkeuden säännöstelystä j sen vikutuksist rntvyöhykkeellä. Lpin ympäristökeskuksen moniste 2/1997. R-ohjelm (R Core Tem) R: A lnguge nd environment for sttisticl computing. R Foundtion for Sttisticl Computing, Vienn, Austri. URL