Kokkolan ja Pietarsaaren seudun ilmanlaadun bioindikaattoritutkimus vuonna Jyväskylän yliopisto Ympäristöntutkimuskeskus 2013

Transkriptio

1 Kokkolan ja Pietarsaaren seudun ilmanlaadun bioindikaattoritutkimus vuonna 2012 Jyväskylän yliopisto Ympäristöntutkimuskeskus 2013

2 Johdanto Ilmanlaadun bioindikaattoritutkimusten avulla pyritään saamaan tietoa ilman epäpuhtauksien leviämisestä ja vaikutuksista tiettyjen, bioindikaattoreiksi kutsuttavien lajien avulla. Bioindikaattoritutkimuksissa selvitetään näiden lajien esiintymistä, kuntoa ja alkuainepitoisuuksia useilla, ympäri tutkittavaa aluetta perustettavilla tutkimusaloilla. Tässä tutkimuksessa käytettiin ilman laadun bioindikaattoreina männyn rungoilla kasvavia runkojäkäliä, männyn neulasten alkuainepitoisuuksia, sammalen alkuainepitoisuuksia sekä humuksen alkuainepitoisuuksia ja kemiallisia ominaisuuksia. Tutkimus toteutettiin Kokkolan ja Pietarsaaren alueella yhteensä 7 kunnan alueella (Kokkola, Kaustinen, Kruunupyy, Luoto, Pedersöre, Pietarsaari ja Uusikaarlepyy). Kokkolan ja Pietarsaaren seudulla ilmanlaatua on selvitetty useissa ilmanlaadun bioindikaattoritutkimuksissa, Kokkolan seudulla 1970-luvulta lähtien ja Pietarsaaren seudulla vuodesta 2000 lähtien. Edellisen kerran bioindikaattoritutkimus samalla alueella on tehty vuonna 2006, jolloin tutkimusmenetelmät yhtenäistettiin. Vuonna 2012 tutkimus toteutettiin ensi kerran molempien alueiden yhteisenä seurantana. Tutkimuksen tilasivat alueen kunnat koordinaattoreinaan Kokkolan ja Pietarsaaren kaupungit. Kuntien lisäksi tutkimusta rahoitti alueen teollisuus. Tutkimuksen toteutti Jyväskylän yliopiston ympäristöntutkimuskeskus.

3 Päästöt Merkittävimmät bioindikaattoreihin vaikuttavat ilman epäpuhtaudet ovat rikkidioksidi, typen oksidit sekä hiukkaset. Näitä pääsee ilmaan teollisuudesta, energiantuotannosta, alkutuotannosta sekä liikenteestä. Lisäksi etenkin Kokkolan teollisuudessa syntyy metallipäästöjä. Päästön vaikutuksen voimakkuus bioindikaattoreihin riippuu siitä, kuinka paljon ja millä korkeudella maanpinnasta päästöjä syntyy, kuinka kaukana päästölähteet ovat tutkimusalasta, ja mitkä ovat alueella vallitsevat tuulensuunnat. Alueen rikkidioksidipäästöt jakaantuivat melko tasaisesti Kokkolan ja Pietarsaaren teollisuuden ja energiantuotannon kesken. Typen oksidien ja hiukkasten päästöistä suurin osa syntyi Pietarsaaressa. Liikenne tuottaa alueen typen oksidien päästöistä 22 % ja hiukkaspäästöistä 13 %. Lisäksi typpiyhdistepäästöjä syntyy alkutuotannossa, erityisesti turkistarhauksessa, sekä mm. jätevedenpuhdistamoilla. Rikkidioksidin ja typen oksidien päästöt ovat tutkimusalueella olleet suurimmillaan vuonna Metallipäästöistä suurin osa syntyi Kokkolassa, jossa eniten syntyi sinkkipäästöjä. Metallien päästömäärät ovat vähentyneet merkittävästi 1990-luvun tasoon verrattuna. Nykyinen päästömäärä on n kg vuodessa. Oik. tutkimusalueen merkittävimmät päästölähteet Oik. tutkimusalueen päästökehitys (t/v) SO2 NOx hiukkaset

4 Havaintoalat Tutkimuksessa oli mukana 238 havaintoalaa, joista 200 oli vanhoja, edellisissä tutkimuksissa mukana olleita aloja. Alat sijaitsivat pääsääntöisesti vuotiaissa kuivahkojen kankaiden männiköissä, jotka soveltuvat hyvin jäkäläkartoituksen kriteereihin. Alan 5 tutkimuspuuta merkittiin valkoisin puun tyveen maalatuin täplin, ja alojen sijaintikoordinaatit tallennettiin. Tällöin tutkimus voidaan tulevaisuudessa toistaa samoilla tutkimusaloilla ja -puilla, mikä parantaa vuosien välisten tulosten keskinäistä vertailtavuutta.

5 Tutkimusmenetelmät Puiden runkojäkälät ovat hidaskasvuisia ja reagoivat epäpuhtauksien kuormituksen muutoksiin yleensä hitaasti. Tutkittavia jäkälälajeja on 12. Jäkäläkartoitus tehdään puiden runkojen jäkälälajistoa havainnoimalla. Lajien herkkyys ilman epäpuhtauksille vaihtelee: herkimpiä ovat naavat ja lupot, kestävimpiä sormipaisukarve ja keltatyvikarve. Seinäsuomujäkälä ja levä saattavat jopa hyötyä ilman epäpuhtauksien, etenkin typen, kuormituksesta. Eri lajien esiintymisen perusteella lasketaan ilmanpuhtausindeksi, joka kuvaa ilman epäpuhtauksien aiheuttamaa lajiston köyhtymistä. Lajit reagoivat kuormitukseen paitsi yleisyyden ja runsauden, myös ulkomuodon muutoksilla. Ulkomuodon muutoksia arvioidaan sormipaisukarpeen ja yleisen vaurioasteen avulla. Neulasten, sammalen ja humuksen alkuainepitoisuuksien perusteella selvitettiin metallien ja ravinteiden pitoisuuksia ja kertymistä. Pitoisuuksia selvitettiin 29 eri alkuaineen ja kemiallisen muuttujan osalta. Osa alkuaineista päätyy kasveihin ja maaperään pääosin ilman kautta leviävänä kuormituksena, osa on peräisin maaperän luontaisista ravinnevaroista; pitoisuudet kuvaavatkin paitsi kuormituksen alueellista jakautumista, myös metsiköiden ravinnetilaa sekä maaperän ominaisuuksia. Neulasnäytteet kerättiin puista talvella puiden ollessa lepotilassa, sammal- ja humusnäytteet kerättiin kesällä jäkäläkartoituksen yhteydessä. Pitoisuudet analysoitiin Jyväskylän yliopiston ympäristöntutkimuskeskuksen laboratoriossa. Analysoidut alkuaineet olivat alumiini, arseeni, boori, beryllium, kalsium, kadmium, koboltti, kupari, kromi, rauta, elohopea, kalium, litium, fosfori, lyijy, magnesium, mangaani, typpi, natrium, nikkeli, rikki, antimoni, titaani, vanadiini ja sinkki.

6 Vaurioasteet Terve Lievä vaurio Selvä vaurio Sormipaisukarve kestää ilman epäpuhtauksia hyvin, mutta se indikoi niiden vaikutuksia ulkoasunsa muutoksilla. Näitä muutoksia arvioidaan vaurioasteen avulla. Myös lajiston yleinen vaurioaste arvioitiin, jolloin vaurioasteessa huomioitiin kaikkien rungolla kasvavien bioindikaattorilajien kunto. Vaurioasteet arvioitiin asteikolla 1-5, terveestä kuolleeseen puolen vaurioluokan välein. Kokkolan-Pietarsaaren seudulla sormipaisukarve oli keskimäärin lievästi vaurioitunutta. Jäkälälajisto yleisesti oli keskimäärin selvästi vaurioitunutta. Yleistä vaurioastetta pahentaa se, että siinä huomioidaan myös sormipaisukarvetta herkempien lajien esiintyminen. Pahimmat vauriot sijoittuivat suurten teollisuus- ja energiantuotantolaitosten, turkistarhojen ja jätevedenpuhdistamojen läheisyyteen. Yleinen vaurioaste oli parantunut hieman verrattuna vuoteen 2006, jolloin jäkälät olivat 2000-luvulla tehdyistä tutkimuksista huonokuntoisimpia. Sormipaisukarpeen vauriot olivat keskimäärin samalla tasolla kuin vuonna Paha vaurio Kuollut tai puuttuu

7 Sormipaisukarpeen vaurioasteiden vyöhykkeet vuosina 1992, 1997, 2000/2002, 2006 ja /

8 Jäkälälajisto ja lajilukumäärä Männyn rungoilla tavattavat bioindikaattoritutkimuksissa käytettävät indikaattorilajit on esitetty kaaviossa ja kuvissa oikealla. Kaavio kertoo, kuinka monella puulla kaikista tutkituista puista kutakin jäkälälajia on havaittu. Lajeista herkimpiä ovat lupot ja naavat, kestävimpiä seinäsuomujäkälä ja levä. Jäkälien lukumäärän vyöhykkeittäinen esitys on kuvassa alla. Vyöhykkeet kuvaavat sitä, kuinka monta tutkituista lajeista on alueella havaittu. Mitä enemmän lajeja, sitä parempi ilmanlaatu.

9 Harmaa- ja tuhkatyvikarve Sormipaisukarve Keltatyvikarve Harmaa- ja tuhkatyvikarve Seinäsuomujäkälä Lupot Naavat Harmaaröyhelö Keltaröyhelö Harmaahankakarve Ruskoröyhelö Raidanisokarve Levä 0 % 20 % 40 % 60 % 80 % 100 %

10 IAP-indeksi IAP-indeksi (Index of Atmospheric Purity) lasketaan ilman epäpuhtauksista kärsivien jäkälälajien määrästä. Indeksissä otetaan huomioon eri jäkälälajien herkkyys ilman epäpuhtauksille kullekin lajille laskettujen seuralaislajien määrän avulla. Tutkimuksessa käytetyt seuralaislajien lukumäärät on laskettu Uudenmaan, Pohjois-Karjalan, Kokkolan ja Pietarsaaren sekä Etelä-Karjalan viime vuosina toteutettujen bioindikaattoritutkimusten yhdistetyistä aineistoista. Indeksiarvo lasketaan havaintoalaa kohti. Suurempi indeksiarvo merkitsee parempaa ilmanlaatua. Kokkolan ja Pietarsaaren seudulla jäkälälajisto oli IAP-indeksin perusteella keskimäärin lievästi muuttunut. Laajin köyhtyneen lajiston vyöhyke sijaitsi Uudenkaarlepyyn-Pietarsaaren-Pedersören pohjoisosien alueella, ja jatkui siitä nauhamaisesti Kruunupyyn ja Kokkolan pohjoisosien läpi Lohtajalle. Myös Kaustisilla oli köyhtyneen lajiston vyöhyke. Luonnontilaista lajisto oli sitä vastoin alueella, joka ulottui Pedersören ja Kruunupyyn eteläosien kautta Kokkolan keski- ja eteläosiin. Kuten vaurioasteitakin, IAP-indeksin arvoa huononsivat selvimmin teollisuus- ja energiantuotantolaitosten läheisyys ja turkistarhat. Alueen kunnista Kokkolan, Pietarsaaren ja Pedersören lajistotunnukset olivat parantuneet edelliseen tutkimusvuoteen verrattuna. Muutaman ilman epäpuhtauksille herkän lajin, esim. luppojen ja harmaa- ja tuhkatyvikarpeen, esiintymisfrekvenssit olivat nousseet vuoteen 2006 verrattuna.

11 IAP-indeksin vyöhykkeet tutkimusalueella vuosina 1997, 2000/2002, 2006 ja /

12 Neulasten alkuainepitoisuudet Männyn neulasten alkuainepitoisuudet kuvasivat paitsi ilman kautta kulkeutuvaa laskeumaa, myös maaperän ja metsikön ravinnetilaa. Männyn neulasista tutkituista alkuaineista teollisuuden metallipäästöjen leviämistä kuvasivat selkeästi arseenin, kadmiumin, koboltin, kromin, kuparin, elohopean, nikkelin, raudan, vanadiinin ja sinkin pitoisuudet neulasissa. Rikki-, typpi-, kalium-, fosfori-, boori-, kalsium-, magnesium- ja mangaanipitoisuudet kuvasivat osin metsikön luontaista ravinnetilaa, osin ilman kautta kulkeutuvaa laskeumaa. Neulasten rikki- ja typpipitoisuuksia on käytetty usein kuvaamaan rikki- ja typpipäästöjen vaikutusta, ja näiden alkuaineiden korkeimmat pitoisuudet sijoittuivatkin pääsääntöisesti päästölähteiden läheisyyteen. Kuitenkin kohonneita pitoisuuksia havaittiin paikoitellen myös kaukana päästölähteistä, mikä viittaa ravinteisuuden vaikutukseen. Metallien pitoisuudet olivat sinkkiä lukuun ottamatta nousseet koko alueella vuoteen 2006 verrattuna. Typen, rikin ja muiden ravinnealkuaineiden pitoisuudet olivat puolestaan laskeneet vuoteen 2006 verrattuna. Erityisesti rikkipäästöt ovat tutkimusalueella vähentyneet 2000-luvun alkuvuosien jälkeen, mikä on vaikuttanut rikkipitoisuuksien laskuun.

13 Männyn neulasten rikkipitoisuuden vyöhykkeet tutkimusalueella vuosina 1997, 2000/2002, 2006 ja /

14 Sammalen alkuainepitoisuudet Sammalen alkuainepitoisuudet kuvaavat yleensä hyvin ilman epäpuhtauksien vaikutuksia, sillä tiheä sammalmatto metsän pohjalla pidättää hyvin hiukkasten muodossa tulevan laskeuman. Sammalet ottavat ravinteensa karikkeesta ja sadevedestä. Sammalten alkuainepitoisuudet indikoivat Kokkolan-Pietarsaaren seudulla ilman epäpuhtauksien leviämistä hyvin. Erityisesti Kokkolan teollisuuden päästöjä kuvasivat arseenin, elohopean, kadmiumin, koboltin, kuparin, lyijyn, nikkelin, raudan ja sinkin pitoisuudet. Muita teollisuuden päästöjä kuvasivat puolestaan erityisesti alumiinin, kromin, vanadiinin ja jossain määrin raudan pitoisuudet. Metsämaan ravinteisuustilaa kuvasivat sen sijaan boorin, kaliumin, kalsiumin, fosforin, magnesiumin, mangaanin, natriumin ja rikin pitoisuudet. Niiden metallien, joita pääsee ilmaan erityisesti Kokkolan suurteollisuudesta, pitoisuudet sammalissa olivat vähentyneet 1990-luvulle tarkasteltuna luvulla pitoisuuksissa ei ollut havaittavissa vastaavanlaista trendinomaista kehitystä. Sammalen nikkelipitoisuuksien (mg/kg) vyöhykkeet vuosina 2000/2002, 2006 ja 2012.

15 Sammalen sinkkipitoisuuksien (mg/kg) vyöhykkeet vuosina 1992, 1997, 2000/2002, 2006 ja /

16 Humuksen alkuainepitoisuudet Maaperässä kivennäismaata peittää eloperäinen humuskerros, johon ovat sitoutuneet metsäkasvillisuuden käytettävissä olevat ravinteet, mutta myös kasvillisuudelle haitalliset aineet, esim. raskasmetallit. Humuskerroksen alkuainepitoisuuksiin vaikuttavat erilaiset luontaiset tekijät ja ihmistoiminnan aiheuttama ilman kautta kulkeutuva laskeuma. Metalleista suurimmalla osalla pitoisuudet olivat korkeimmillaan Kokkolan Ykspihlajan aloilla. Yksittäisiä kohonneita pitoisuuksia havaittiin myös muualla tutkimusalueella. Ravinnepitoisuuksiin metallikuormitus taas näytti vaikuttavan niitä vähentäen. Metallipitoisuuksissa ei 2000-luvun tutkimuksissa ollut tapahtunut vuosien välisiä merkitseviä muutoksia lukuun ottamatta lyijy- ja sinkkipitoisuuksien laskua Pietarsaaressa. Kokkolan Ykspihlajan aloilla pitoisuuksien hajonta oli kasvanut miltei kaikilla metalleilla 1990-lukuun verrattuna. Vuoteen 2006 verrattuna pitoisuudet olivat vähentyneet usealla tutkimusalalla. Nikkelin, raudan ja sinkin pitoisuuksia (mg/kg) humuksessa Kokkolan Ykspihlajan näytealoilla (näytealat 60 ja 103 ovat kuormittamattoman alueen näytealoja).

17 Humuksen alumiini- ja rautapitoisuuksia (mg/kg) tutkimusalueella vuonna 2012.

18

19 Johtopäätökset Ihmistoiminnan vaikutukset näkyivät Kokkolan-Pietarsaaren seudulla tutkituissa bioindikaattorilajeissa selvästi. Jäkälälajiston kuntoa ja diversiteettiä huononsivat alueen teollisuustoiminta, energiantuotanto ja alkutuotanto, lähinnä turkistarhaus; lisäksi paikallisia vaikutuksia havaittiin mm. jätevedenpuhdistamojen ympäristössä. Vaikutuksen intensiivisyys riippuu merkittävästi päästökorkeudesta: päästöt, jotka leviävät korkeiden piippujen päästä, laimentuvat ilmassa voimakkaasti, eivätkä aiheuta yhtä voimakasta pistekuormitusta tietylle alueelle kuin matalan päästökorkeuden toiminnot, kuten turkistarhaus ja jätevedenpuhdistamot. Jäkälätunnukset olivat keskimäärin hieman parempia kuin edellisellä tutkimuskierroksella vuonna 2006, ja männyn neulasten ja sammalen rikkipitoisuus oli pienempi. Sammalten metallipitoisuudet olivat laskeneet 1990-luvun tasoon verrattuna, mutta Ykspihlajan läheisillä aloilla humuksesta mitatut metallipitoisuudet olivat osalla aloista nousseet 1990-lukuun verrattuna luvulla muutokset olivat pääsääntöisesti melko pieniä, eikä selvää trendinomaista kasvua tai vähenemistä ole metallipitoisuuksissa tunnistettavissa. Tarkasteltaessa sekä pitoisuuksia neulasissa, sammalissa ja humuksessa että jäkälälajiston kuntoa, eniten muuttuneet alueet sijaitsevat Kokkolassa Ykspihlajan alueella, jossa tosin pahiten vaurioitunut ala jäi pinta-alaltaan melko suppeaksi, Uudenkaarlepyyn-Pedersören turkistarha-alueilla sekä Kaustisilla teollisuustoimintojen ja turkistarhakeskittymän ympäristössä. Samalla kuitenkin tutkimusalueen harvaan asutuille seuduille jää vyöhykkeitä, joilla jäkälälajisto on luonnontilaista ja alkuaineiden pitoisuudet luonnontilaisten tausta-alueiden tasoa.

20 YMPÄRISTÖNTUTKIMUSKESKUS Taitto ja kuvat: Ympäristöntutkimuskeskus 2013