HORMAJÄRVEN SEDIMENTTITUTKIMUS. Loppuraportti

Transkriptio

1 1 HORMAJÄRVEN SEDIMENTTITUTKIMUS Loppuraportti Jutta Forsell, Samu Valpola ja Veli-Pekka Salonen Helsingin yliopisto Geologian laitos

2 2 Sisällys Johdanto... 3 Näytteenotto...3 Näytteenoton kuvaus... 3 Näyteluettelo... Analyysit... Vesipitoisuus ja hehkutushäviö... Nokipartikkelianalyysi... Sedimentin fosforianalyysi... 5 Raekokoanalyysi... 5 Piileväanalyysi...6 Tulokset... 6 Nokipartikkelianalyysi... 6 Sedimentin fysikaaliset ominaisuudet... 7 Sedimentin fosforipitoisuus ja fosforin fraktiot Piilevästö... 1 Tulosten tulkinnan taustaa... 1 Hormajärvellä tehtyjä toimenpiteitä... 1 Tulosten tarkastelu Lähdeluettelo Liitteet

3 3 Johdanto Hormajärviyhdistys ry. tilasi pidetyn kokouksen jälkeen Helsingin yliopiston geologian laitokselta päivätyn tarjouksen mukaisen sedimenttitutkimuksen. Tutkimuksen tarkoituksena oli kartoittaa pääpiirteissään Hormajärven sedimenttien laatu, sen alueelliset vaihtelut ja mahdollinen sisäkuormituspotentiaali. Lisäksi tutkimuksen avulla oli tarkoitus selvittää järven kuormitushistoria ja pyrkiä ajoittamaan sedimenteissä tapahtuneita muutoksia. Tutkimustulosten perusteella pyritään saamaan selville se tavoitetaso, johon järveen mahdollisesti kohdistettavilla hoitotoimilla on mahdollista päästä sekä suositella parhaiten sopivia, hoito -ja kunnostusmenetelmiä ja kohdentaa niitä oikeisiin kohteisiin. Näytteenotto Näytteenoton kuvaus Näytteenotto suoritettiin Näytepisteverkko laadittiin Hormajärven syvyyskartan perusteella, valiten läntisestä ja itäisestä altaasta syvimmät kohdat profiilinäytteiden ottoon. Lisäksi nostettiin kuusi näytettä aivan sedimentin pinnasta valiten näytepisteet tasaisin välein koko järven alalta. Limnos-sedimenttinäytteenotinta käytettiin sekä profiilien että pintanäytteiden nostamisessa. Nostettu profiilinäyte kuvattiin ja jaettiin kahden cm:n paksuisiin osanäytteisiin aina 2 senttimetriin asti sedimentin pinnasta, minkä lisäksi valittiin 3 osanäytettä edustamaan alempia syvyyksiä. Pintanäytteet edustavat kunkin pisteen sedimentistä kahta ylimmäistä senttimetriä. Läntisen altaan profiilissa ovat edustettuina syvyydet -2, 23-25, -3 ja 33-3 cm. Itäisen altaan vastaavat näytteet ovat -2, 2-26, ja 33-3 cm. Kaikki näytteet pakattiin Minigrip TM -pusseihin joista poistettiin ilma mahdollisimman tarkoin ja varastoitiin Helsingin yliopiston geologian laitoksen kylmäsäilytystiloihin Piste 1 Piste Länsiprofiili Piste 666 Piste 2 Piste 3 Itäprofiili 6655 Piste Kuva 1. Hormajärven näytteenottopisteet.

4 Näyteluettelo Profiilinäytteet syvänteistä: Itäinen allas: -2 cm, 2-26 cm, cm ja 33-3 cm Yhteensä 13 kpl. Läntinen allas: -2 cm, cm, -3 cm ja 33-3 cm Yhteensä 13 kpl. Pintanäytteet: Näytteenottosyvyys -2 cm Yhteensä 6 kpl. Näytteitä kaikkiaan kpl. Analyysit Vesipitoisuus ja hehkutushäviö Näytteiden vesipitoisuus ja orgaanisen aineen määrää kuvaava hehkutushäviö määritettiin Håkansonin ja Janssonin (193) kuvaaman menetelmän mukaisesti. Tuoreet, punnitut näytteet pakastettiin ja kuivattiin Heto LyoLab 3-alipainekylmäkuivurissa vuorokauden ajan ja punnittiin. Orgaanisen aineksen osuuden määrittämiseksi näytteitä hehkutettiin 55 :ssa kahden tunnin ajan, jäähdytettiin eksikkaattorissa ja punnittiin. Työssä käytetyt upokkaat oli punnittu vakiopainoon. Nokipartikkelianalyysi Hormajärven itäisen sekä läntisen altaan sedimentaatio ajoitettiin nokipartikkelimenetelmällä (esim. Rose, 199), jossa fossiilisten polttoaineiden poltossa syntyvien, kemiallisesti hyvin kestävien ja savukaasujen mukana helposti leviävien nokipartikkelien määrä sedimentissä tutkitaan valomikroskoopin avulla. Näytteisiin lisättiin preparointivaiheessa merkki-itiöitä, minkä avulla saatiin nokipartikkelien määrä sedimentissä (kpl / g kuivaa sedimenttiä) laskennallisesti selvitettyä. Saatua tulosta verrattiin fossiilisten polttoaineiden vuosittaiseen kulutuskäyrään (Tilastokeskus 23). Kulutuksessa tapahtuneet muutokset voidaan korreloida sedimenttiin kerrostuneiden nokipartikkeleiden esiintymisen kanssa jolloin sedimentaatio voidaan epäsuorasti ajoittaa. (esim. Renberg ja Wik, 19). Preparoinnissa näytteestä poistettiin orgaaninen aines lisäämällä näytteiden päälle ensin 6 M kaliumhydroksidia ja sen jälkeen pienissä erissä 35 % vetyperoksidia. Näytepullot sentrifugoitiin ja neste kaadettiin pois. Näytteet pestiin ja pulloihin lisättiin 6 M suolahappoa ja merkki-itiötabletit. Tämän jälkeen näytteitä lämmitettiin vesihauteella asteessa kaksi tuntia suolojen poistamiseksi, minkä jälkeen ne sentrifugoitiin ja pestiin. Seuraavassa vaiheessa näytteistä poistettiin silikaatit väkevällä vetyfluoridilla. Sentrifugoinnin ja pesun jälkeen suolahappokäsittely uusittiin ja näytteet pestiin vielä kerran. Pulloihin jääneestä sakasta otettiin pisaroita objektilasille, ja niiden kuivuttua kiinnitettiin peitinlasi, minkä jälkeen preparaatit olivat valmiita mikroskopointia varten. Preparaateista laskettiin 25 merkki-itiötä ja nokipartikkelit.

5 5 Sedimentin fosforianalyysi Hormajärven sedimentistä selvitettiin fosforin kokonaismäärä sekä jakautuminen eri fraktioihin. Kokonaisfosforin määrittämiseen käytettiin Bengtssonin ja Enellin (196) menetelmää, jossa väkevällä suola- ja typpihapolla pyritään uuttamaan fosfori sedimentistä täydellisesti. Fosforin jakautuminen määritettiin Hieltesin ja Lijkleman (19) osittaisliuotusmenetelmällä, jossa näytettä uutetaan vaihtuvilla liuottimilla jolloin eri tavoin sitoutuneet fosforifraktiot saadaan yksi kerrallaan aktiiviseksi osoitusreaktiota varten. Varsinaisena fosforin osoitusreaktiona molemmissa menetelmissä käytettiin Murphyn ja Rileyn (1962) molybdeeninsininen menetelmää. Reaktiossa fosforin esiintyminen aiheuttaa liuoksen sinisen värin, jonka intensiteetti on suoraan verrannollinen fosforin pitoisuuteen. Pitoisuudet määritettiin Hach Odyssey 25 spektrofotometrilla. Tämän jälkeen laskettiin laimennussuhteet huomioon ottaen fosforin määrä milligrammoina 1 grammassa kuivaa sedimenttiä. Osittaisliuotuksessa käytetyt liuottimet olivat 1M NH Cl,,1 M NaOH ja,5 M HCl. Ammoniumkloridiliuotuksella irtoaa labiili eli löyhästi sitoutunut, useimmiten huokosveden fosfori, joka on periaatteessa suoraan eliöstön käytettävissä. NH Cl-liuotus poistaa samalla karbonaatteja ja löyhästi sitoutunutta kalsiumia, jotka muuten häiritsisivät NaOH - liuotusta. NaOH - liuotuksella saadaan reaktiiviseksi pääasiassa metallioksideihin (Al, Fe, Mn) sitoutunut fosfori. Myös muille pinnoille adsorboitunut fosfori, joka on vaihdettavissa OH - -ioneihin, saadaan esiin tällä liuotuksella, samaten mahdolliset emäksiin liukenevat fraktiot. HCl - liuotuksella reaktiiviseksi saadaan apatiittifosfori, karbonaatteihin sitoutunut fosfori, sekä mahdollisesti oksideista liuennut fosfori. Kokonaisfosforin ja eri fraktioiden erotuksesta saadaan lisäksi nk. residuaalifosfori, joka edustaa vaikealiukoista, lähinnä orgaaniseen ainekseen sitoutunutta fosforia. Raekokoanalyysi Sedimentin raekoostumus määritettiin Coulter LS 2 -raekokoanalysaattorilla, jonka mittausalue on, 2 µm. Laitteen toiminta perustuu valon taittumiseen suspensiossa olevien partikkelien pinnasta. Jokaisella partikkelilla on kokonsa mukainen valon taittokuvio. Coulter LS 2 - raekokoanalysaattorilla mitattu raekokojakauma on kaikkien näytteestä mitattujen partikkelien taittokuvioiden summa. Ennen analyysiä näytteet esikäsiteltiin orgaanisen aineksen poistamiseksi vetyperoksidilla, jota lisättiin pienissä erissä kuumennettaessa näytteitä vesihauteella + C:n lämmössä. Kun reaktio oli päättynyt, näytteet pestiin kahdesti ja näyteputkiin lisättiin,5 M natriumpyrofosfaattia. Juuri ennen analysointia näytteitä käsiteltiin ultraäänihajottajalla noin 3 minuuttia. (Agrawal & al., 1991).

6 6 Piileväanalyysi Hormajärven sedimentin piileväkoostumus tutkittiin sekä itäisen että läntisen altaan profiilinäytteestä siten, että analyysissä olivat mukana syvyydet -1 2 cm:n osanäytteinä (9 kpl/profiili) joiden lisäksi analysoitiin kokoomanäyte syvyydeltä 33-3 cm. Analyysien kokonaismääräksi tuli täten 2 kpl. Näytteistä märkäpoltettiin orgaaninen aines H 2 O 2 :lla ja käsittelyn loppuvaiheessa reaktioita katalysoitiin K 2 CR 2 O 7 :lla. Näytteet pestiin neljästi tislatulla vedellä, jonka jälkeen näytesuspensiota kuivattiin peitinlasille, joka kiinnitettiin objektilasiin Naphrax -kiinnitysaineella. Jokaisesta näytteestä tunnistettiin vähintään 3 piilevän kuorenpuolikasta. Tunnistustyössä käytettiin Olympus BX-1 valomikroskooppia ja plan-akromaattista öljyimmersio-objektiivia, jonka numeerinen apertuuri on 1,2. Käytetty kokonaissuurennus oli 1 kertainen. Määrityskirjallisuutena käytettiin pääsääntöisesti Krammerin ja Lange-Bertalotin ( ) kirjasarjaa johon perustuvat myös käytetyt nimitykset. Piileväanalyysin tulosten perusteella rekonstruoitiin kunkin näytteen kerrostumisajankohtana vallinnut pintaveden fosforipitoisuus (DI-TP). Mallinnuksen suoritti FT Tommi Kauppila, Kauppila et al. (22) mukaan. Tulokset Kaikki kemiallisten ja fysikaalisten analyysien tulokset on kootusti esitetty tulostaulukkoina liitteessä 1. Seuraavissa kappaleissa esitetään samat analyysitulokset sekä piileväanalyysin tulokset graafisesti näytepisteittäin analyysi kerrallaan. Nokipartikkelianalyysi Syvyys sedimentin pinnasta (cm) Fossiilisten polttoaineiden kulutus Nokipartikkeleiden lkm g/ks Vuosi Kuva 2. Itäisen altaan profiilinäytteen nokipartikkelistratigrafia

7 7 Syvyys sedimentin pinnasta (cm) Fossiilisten polttoaineiden kulutus Nokipartikkeleiden lkm g/ks Vuosi Kuva 3. Läntisen altaan profiilisarjan nokipartikkelistratigrafia Sedimentin fysikaaliset ominaisuudet vesipitoisuus (%) hehkutushäviö (%) syvyys sedimentin pinnasta (cm) 2 2 syvyys sedimentin pinnasta (cm) Kuva. Itäisen altaan profiilinäytteen vesipitoisuus ja hehkutushäviö

8 vesipitoisuus (%) hehkutushäviö (%) syvyys sedimentin pinnasta (cm) 2 2 syvyys sedimentin pinnasta (cm) Kuva 5. Läntisen altaan profiilinäytteen vesipitoisuus ja hehkutushäviö 1 syvyys (cm) raekoko (um) %- raekoostumuksesta Kuva 6. Itäisen altaan profiilinäytteen raekokojakauma

9 9 1 syvyys (cm) raekoko (um) %- raekoostumuksesta Kuva 7. Läntisen altaan profiilinäytteen raekokojakauma Raekoon mediaani (um) Raekoon mediaani (um) syvyys sedimentin pinnasta (cm) 2 2 A syvyys sedimentin pinnasta (cm) 2 2 B Kuva. Itäisen (A) ja läntisen (B) profiilinäyteen raekokojakauman mediaani

10 Länsiprofiili Itäprofiili Vesipitoisuus (%) Hehkutushäviö (%) Kuva 9. PIntasedimenttinäytteiden vesipitoisuudet ja hehkutushäviöt

11 11 Sedimentin fosforipitoisuus ja fosforin fraktiot P (mg/g KS) syvyys sedimentin pinnasta (cm) Tot-P Labiili-P Fe/Al-sitoutunut P Apatiitti-P Residuaali-P Kuva 11. Itäisen altaan profiilinäytteen fosforipitoisuus ja eri fraktioiden osuudet

12 P (mg/g KS) syvyys sedimentin pinnasta (cm) Total-P Labiili-P Fe/Al-sitoutunut P Apatiitti-P Residuaali-P Kuva. Läntisen altaan profiilinäytteen fosforipitoisuus ja eri fraktioiden osuudet

13 13 3,965 3,667,51 Länsiprofiili Itäprofiili 2,6,31 2,2 3,667 Selitykset: Labiili-P Fe/Al-sitoutunut P Apatiitti-P Residuaali-P Kokonaisfosfori Kuva 13. Pintasedimenttinäytteiden fosforipitoisuudet ja eri fraktioiden osuudet

14 2 6 1 Piilevästö Fragilaria construens f# construens Diploneis subovialis Aulacoseira ambigua 2 Diploneis marginestriata Cyclotella meneghiniana 2 2 Tabellaria fenestrata Nitzschia solita 2 Cyclostephanus dubius Achnantes grischuna Achnantes holsatica Fragilaria brevistriata Cyclotella radiosa Cyclotella iris Stephanodiscus hantzschii Fragilaria crotonensis Pinnularia legumen Fragilaria capensis Fragilaria pinnata Aulacoseira italica Cyclotella rossii (selvä) Aulacoseira granulata Navicula subrhynchocephala Navicula modica Surirella amohioxys Cymbella minuta Diatoma tenuis Nitzschia capitellata Navicula radiosa Gomphonema acuminatum Cymbella sileciaca Epithemia sorex Tabellaria flocculosa Fragilaria parasitica var# parasitica Fragilaria construens f# venter Aulacoseira distans Achnanthes minutissima Epithemia adnata Pinnularia subcapitata Navicula aboensis Gyrosigma acuminatum Syvyys (cm) Kuva 1. Läntisen altaan profiilinäytteen piilevästö

15 Navicula subrhynchocephala Pinnularia subcapitata Fragilaria parasitica var# parasitica Aulacoseira italica 2 Aulacoseira granulata Cyclostephanus dubius Gyrosigma attenuatum Navicula menisculus Epithemia adnata Epithemia sorex Aulacoseira ambigua Achnanthes minutissima Achnantes lanceolata Navicula aboensis Navicula menisculus var# menisculus Navicula rhynchocephala Stephanodiscus hantzschii Eunotia glacilis Cyclotella radiosa 2 2 Fragilaria pinnata Achnantes exigua Fragilaria tenera Tabellaria flocculosa Pinnularia interrupta Cyclotella iris Diploneis elliptica Fragilaria crotonensis Diatoma tenuis Fragilaria capucina var# gracilis Fragilaria nitzschioides Gyrosigma acuminatum Diploneis subovialis Tabellaria fenestrata Fragilaria brevistriata Fragilaria famelica Achnanthes spp# Gomphonema acuminatum Cocconeis placentula var# lineata Aulacoseira islandica Fragilaria capucina var# rumpens Navicula radiosa Fragilaria construens f# venter Cyclotella rossii (selvä) Cymbella sileciaca Aulacoseira distans Nitzschia gracilis Achnantes delicatula Syvyys (cm) Kuva 15. Itäisen altaan profiilinäytteen piilevästö

16 DI-TP (ug / l) Syvyys (cm) Kuva. Läntisen altaan piilevästön perusteella ennallistettu pintaveden fosforipitoisuus DI-TP (ug / l) Syvyys (cm) Kuva 17. Itäisen altaan piilevästön perusteella ennallistettu pintaveden fosforipitoisuus

17 DI-TP (ug / l) DI-TP Labiili-P Fe/Al -sitoutunut P Apatiitti-P Residuaali-P Sedimentin fosforipitoisuus (mg/g KS) DI-TP (ug / l) DI-TP Labiili-P Fe/Al -sitoutunut P Apatiitti-P Residuaali-P Sedimentin fosforipitoisuus (mg/g KS) Syvyys (cm) Syvyys (cm) Kuva 1. Sedimentin fosforipitoisuuksien ja DI-TP:n vertailu profiilisarjoissa

18 1 Tulosten tulkinnan taustaa Hormajärvi on maisemallisesti arvokas, virkistysarvoltaan suuri ja kalaisa järvi, joka vielä 197- luvulla luokiteltiin vedenlaadultaan erinomaiseksi. Järvi on kuitenkin viime vuosikymmeninä kehittynyt hitaasti rehevämpään suuntaan, ja nykytilassaan se ilmentää useita ylirehevän järven oireita; rantakasvien määrän lisääntymistä, sinilevien massaesiintymiä ja pohjan hapettomuutta. Hormajärveä kuormittavat pelloilta tuleva ravinnevaluma sekä asutuksen päästöt. Kokonaisuudessaan järveen pääsee vuosittain n. 1 kg typpeä ja 5 kg fosforia (Lohjan ympäristön tila, 23). Tämä määrä fosforia voi aiheuttaa vakavia ravinnetasapainon häiriöitä järvessä. Vedenlaatuseurannassa näkyy fosforin määrän kasvu viime vuosikymmeninä pohjan läheisessä vesikerroksessa. -luvun puolivälin jälkeen fosforin määrä on kasvanut läntisen altaan syvänteellä noin 5 µg/l:sta 1 µg/l:aan. Korkein arvo saadaan loppukesän mittauksissa, ennen kuin syyskierto rikkoo veden kerrostuneisuuden. Hormajärvellä tehtyjä toimenpiteitä Hormajärveltä on vedenlaadun seuranta-aineistoa jo 19-luvulta alkaen. Siitä on tehty useita tilaselvityksiä ja järvelle on tehty vaihtelevin tuloksin joukko hoitotoimenpiteitä rehevöitymisen pysäyttämiseksi. Ensimmäinen merkittävä järveen kohdistunut toimenpide oli vedenpinnan lasku 1 -luvun loppupuolella (Karjalainen, 2). Hormajärvellä aloitettiin hapetusprojekti vuonna Tuulivoimalla käyvällä hapettimella johdettiin pintavettä läntisen altaan syvänteeseen pohjan happitilanteen parantamiseksi. Laite oli paikoillaan kesään 1999 saakka, minkä jälkeen se poistettiin jatkuvien käyttökatkojen vuoksi. Teknisten vaikeuksien johdosta yhtenäistä hapetusta ei saatu aikaan ja hyöty jäi saavuttamatta. Hormajärvellä tutkittiin kalastoa luotauksin ja koekalastuksin vuonna Näiden tulosten perusteella asetettiin tavoitteeksi poistaa järvestä roskakalaa 1 tonnia. Hoitokalastusta on yritetty, mutta ajoituksen epäonnistuttua saalistavoitteesta on jääty. Myöhemmät kalastotutkimukset ovat toisaalta antaneet sen suuntaisia tuloksia, että kalaston rakenne on hyvässä kunnossa eikä tehokalastukseen ole tarvetta. Viime vuosien aikana Hormajärvellä on tehty pienimittakaavaista vesikasvien poistoa. Kohdealueina ovat olleet Lampilahti, Outamonlahti ja Hiidensaaren pohjoispää. Vaikutus on ollut lyhytaikainen. Jyrkkärantaisella altaalla makrofyyttivyöhyke on muutenkin kapea, joten tällä menetelmällä ei voida saavuttaa järven kokonaistilassa merkittävää parannusta.

19 19 Tulosten tarkastelu Hormajärven kehityksessä on havaittavissa selvä kaksijakoisuus. Näyteprofiilien alemmissa osissa on havaittavissa tasainen, luonnontilainen järvisedimentaatio, joka on todennäköisesti jatkunut hyvin pitkän ajanjakson. Ensimmäinen varsinainen muutos järven sedimentaatiossa voidaan havaita profiilinäytteistä tehdyn raekokoanalyysin perusteella. Molempien altaiden raekokokuvaajissa (kuvat 6, 7 ja ) näkyy karkeimman hiekkafraktion korvautuminen hienolla-keskikarkealla hiekalla cm kohdalla. Sedimentaation häiriytyminen liittyy luultavasti järvellä 1 -luvun loppupuoliskolla tehtyyn vedenlaskuun. Läntisen altaan osalta nokipartikkelimenetelmällä määritetty keskimääräinen sedimentaatiokertymä (,2-,3 cm/a) tukee tätä oletusta. Itäisellä altaalla kerrostumisnopeus on todennäköisesti kasvanut nykyisen korkean tuotannon myötä (,3-, cm/a), mutta samalla syvyystasolla (22-25 cm) itäisellä altaalla on havaittavissa paitsi raekoostumuksen muutos, myös sedimentin vesipitoisuuden ja hehkutushäviön (kuva ) sekä fosforipitoisuuden (kuva 11) nousu. Voidaan olettaa, että matalampaan ja loivarinteisempään itäiseen altaaseen vedenlasku vaikutti paljon voimakkaammin kuin läntiseen altaaseen ja sai aikaan häiriön sen tasapainotilassa. Koska sedimentaation vakaus matalammassa itäisessä altaassa on muutoinkin heikompi kuin läntisellä puolella, sedimentin fokusoituminen vähäisempää ja uudelleenkerrostumisriski huomattavasti suurempi, on ihmistoiminnan aiheuttama kuormitus on vaikeuttanut altaan vesi-sedimenttikierron stabiloitumista ratkaisevasti järvenlaskun jälkeen. Itäisellä altaalla sedimentin fosforinpidätyskyky ei todennäköisesti ole näistä tekijöistä johtuen missään vaiheessa pystynyt tyydyttävästi puskuroimaan altaaseen tullutta ravinnekuormaa voimakkaamman rehevöitymisvaiheen alettua. Läntisellä altaalla sedimentaatio on järvenlaskun jälkeenkin jatkunut hyvin tasaisena jos sitä tarkastellaan sedimentin fosforipitoisuuden kannalta (kuva ). Sen sijaan vesipitoisuudessa ja hehkutushäviössä (kuva 5) näkyy vastaava muutos kuin itäisen altaankin sedimentissä. Ensimmäiset merkit vakavasta rehevöitymiskehityksestä näkyvät 195 -luvun loppupuoliskolla, jolloin sedimentin fosforipitoisuus alkaa voimakkaasti kasvaa. Sedimentti on tämän jälkeen toiminut erittäin tehokkaana fosforinieluna, joka on kerännyt talteen merkittävän osan läntiseen altaaseen tulleesta fosforikuormasta. Viimeisen cm:n matkalla havaittava fosforipitoisuuden väheneminen johtuu apatiittifraktion vähenemisestä, joka on todennäköisesti seurausta maanviljelyskuormituksen vähenemisestä. Vaikka fosforin kertymässä ei suoraan olekaan havaittavissa merkkejä sisäkuormitusprosessien vaikutuksesta, voidaan vedenlaatuseurannan ja seuraavassa tarkasteltavien piileväanalyysin tulosten perusteella todeta, että sisäkuormitusta ainakin ajoittain tapahtuu myös läntisen altaan puolella. Kuvassa 1 on esitetty Hormajärven läntisen altaan profiilinäytteestä analysoitu piilevästö. Vallitsevia lajeja ovat yhtenäisen näytesarjan alaosassa olleet eri Aulacoseira -lajit, erityisesti A. italica, A. granulata ja A. ambigua. Sen sijaan näytesarjan yläosassa erityisesti rehevissä vesissä viihtyvä Stephanodiscus hantzschii nousee ylivoimaisesti merkittävimmäksi piilevälajiksi. Kuvassa 15 on esitetty Hormajärven itäisen altaan profiilinäytteestä analysoitu piilevästö. Näytesarjojen alimpien näytteiden (33-3 cm) samankaltaisuus on silmiinpistävää. Tämä kertoo siitä, että pintaveden vedenlaatu on ollut hyvin samanlaista Hormajärven kummassakin osassa ennen altaiden erilaistumiseen johtanutta, ilmeisesti pääasiassa ihmisen toiminnasta aiheutunutta kehitystä. Itäisen altaan yhtenäisen näytesarjan alaosassa piilevästö on jo selvästi rehevämmistä oloista kertovaa kuin läntisen altaan vastaava lajisto. Merkittävimpiä lajeja ovat Cyclostephanos dubius, Aulacoseira granulata ja A. ambigua. Melko nopeasti voimistuvat myös Stephanodiscus hantzschii ja Cyclotella radiosa. Näytesarjan puolivälin tasolla (9 cm) valtalajiksi nousee myös erittäin reheviä oloja suosiva Fragilaria crotonensis, joka pysyykin itäisen profiilisarjan merkittävimpänä lajina näytesarjan pintaan saakka.

20 2 Piilevästön perusteella rekonstruoidut, painotetun keskiarvon mukaiset pintaveden fosforipitoisuudet on esitetty kuvissa ja 17. Verrattaessa piilevästön perusteella mallinnettuja kokonaisfosforipitoisuusarvoja Hormajärveltä mitattuihin pintaveden kokonaisfosforipitoisuuksiin, huomataan, että läntisen altaan kohdalla piilevästö näyttäisi osoittavan huomattavan paljon korkeampia fosforipitoisuuksia kuin mitä vedenlaatuseurannassa on havaittu. Jos vedenlaatutuloksia verrataan vielä sedimentistä mitattuihin pitoisuuksiin, havaitaan, että sedimentin fosforipitoisuus on näytesarjan yläosassa selvästi korkeampi kuin mitä pintavedestä mitattujen arvojen perusteella voisi olettaa. Toisaalta läntisen altaan syvänteen syvistä vesikerroksista on mitattu huomattavan korkeita veden kokonaisfosforipitoisuuksia. Tilanne on hyvin mielenkiintoinen. Sedimentin ominaisuudet ja piilevälajisto viittaavat selvästi rehevämpiin olosuhteisiin kuin mitatut pitoisuudet pintavedessä antaisivat olettaa. Tutkittu piilevästö koostuu suurimmaksi osaksi lajeista, jotka saavat käytännössä kaikki tarvitsemansa ravinteet vapaasta vedestä. Tämä viittaisi siihen, että pintavesikerrokset ja levästö saavat voimakkaita ravinnepulsseja kevätkierron aikana ja mahdollisesti vielä sen jälkeenkin, vaikka syvänteen sedimentti näyttäisi normaalin happitilanteen vallitessa pidättävän hyvin fosforia. On kuitenkin hyvin todennäköistä, että syvänteen sedimentistä vapautuu fosforia sekä mahdollisten talviaikaisten hapettomuuskausien että voimakkaan kesäkerrostumisen aikaisten happivajausten aikana. Kysymys saattaa olla huomattavankin suurista ravinnemääristä ottaen huomioon poikkeuksellisen korkeat fosforipitoisuudet ja sen, että sedimentin pintakerros voi olla geokemiallisesti aktiivinen hyvinkin syvälle, joissain oloissa jopa 15 cm:n syvyyteen. Toisaalta tilanteen voi mahdollisesti saada aikaan myös se, että vaikka hyvin pidättävä sedimentti poistaa ravinteita kierrosta, on järven ravinnevuo niin suuri, että ekologinen tehokkuus vesimassassa pysyy korkeana vaikka fosforipitoisuus sinänsä pintavedessä ei kovin korkeaksi nousisikaan. Joka tapauksessa Hormajärven läntisen altaan piilevälajisto on tyypillinen huomattavasti vedenlaatumittausten antamaa ravinnetasoa rehevimmille vesistöille. Vastaavia tuloksia on saatu Hämeenlinnan Katumajärveltä (Forsell et al. 23; Kauppila, 23), joka on olosuhteiltaan pitkälti Hormajärveä vastaava, joskin ihmistoiminnan raskaammin rasittama järviallas. Itäisen altaan kohdalla piilevien avulla mallinnettu fosforipitoisuus ei merkittävästi poikkea keskimääräisistä mitatuista vedenlaatutiedoista, joskin DI-TP taso täälläkin on hieman korkeampi kuin vedenlaatutuloksissa. Vedenlaatutietoa on tosin huomattavasti hajanaisemmin saatavana. Piilevästö on täällä odotetusti reagoinut niin ravinnetason muutoksiin, kuin myös muihin altaassa tapahtuneisiin, tässä tutkimuksessa havaittuihin muutoksiin tai niiden seurauksiin. Itäisen altaan osalla voimakas rehevöityminen johtuu ainakin osittain siitä, että vesi-sedimenttirajapinnalla on käynnissä yksi tai todennäköisesti useampi sisäkuormitusprosessi. Myös veden vähäisempi syvyys ja siitä seuraava veden tehokkaampi sekoittuminen pitävät eliöstölle käyttökelpoisia ravinteita tasaisesti saatavilla. Lisäksi Lohjan alueella kesäkuukausina vallitsevien lounais-, länsi- ja etelätuulten (Nummela & Kumpulainen, 23) tehokas pyyhkäisymatka on itäisellä altaalla olennaisesti pitempi kuin läntisen altaan syvänteellä. Kaiken kaikkiaan piilevästö osoittaa kummassakin altaassa tapahtuneen selvän rehevöitymiskehityksen, ja tukee omalta osaltaan muita Hormajärven sedimenttitutkimuksessa saatuja tuloksia. Läntisen altaan puolella rehevöityminen on sedimenttitulosten perusteella 196- luvun jälkeen ollut nopeasti etenevää, mutta sedimentti on toistaiseksi puskuroinut vaikutuksia huomattavasti. Itäpuolella, jossa sekä sedimentin että piilevästön osalta on saavutettu tietynlainen, selkeästi rehevöitynyt mutta yhä hitaasti rehevämpään suuntaan kehittyvä tasapainotila, sedimentin puskurivaikutusta ei ole havaittavissa. Tarkempaa tietoa rehevöitymisen alkuvaiheiden kehittymisestä ja samalla valaistusta siihen, miksi piilevästö selvästi yliennustaa pintaveden fosforipitoisuuden, olisi ehkä mahdollista saada tarkentavilla, sedimenttisyvyyteen 2- cm kohdistetuilla lisätutkimuksilla.

21 21 Pintasedimenttianalyysien tuloksista voidaan todeta fosforipitoisuuden olevan verrattain korkea koko järven alueella, vaikkakin pitoisuudet jäävät noin kolmasosaan läntisen syvänteen pitoisuuksista. Valtaosa fosforista on kuitenkin sitoutunut apatiittifraktioon ja residuaalifraktioon, eikä näin ollen ole välittömästi palautumassa kiertoon, vaikka laajoja hapettoman pohjan alueita esiintyisikin. Merkkejä tällaisista kausista (sulfidilieju, voimakas kaasukäyminen) ei kuitenkaan pintasedimenttitutkimusten yhteydessä havaittu. Tarkasteltaessa todennäköisimpiä kuormitusalueita eli altaiden syvimpiä alueita, voidaan laskennallisesti arvioida sedimentin sisältämän fosforin määrää. Läntisellä altaalla voidaan Hormajärven syvyyskartan (Hakala & Nieminen, 1996) perusteella arvioida yli 19 metrin syvyysaluella olevan pohjan pinta-alaksi kaikkiaan noin 13 hehtaaria. Jos reaktiivisen pintasedimentin maksimisyvyytenä pidetään 5 cm:ä, voidaan pintasedimentin määräksi tällä syvyysalueella arvioida noin 65 m 3. Tämä sedimenttimäärä sisältäisi fosforia kaikkaan noin 73 kg, josta happi- ja redox-olojen salliessa mahdollisesti vapautuvaa, lähinnä Fe / Al -sidonnaista fosforia on noin 15 kg. Jos tarkastelu ulotetaan yli 15 metrin syvyydessä olevalle pohjan alueelle, jonka pinta-ala Hormajärvessä on noin 5 ha, saadaan pintasedimentin määräksi noin 23 m 3. Fosforin kokonaismäärä tässä sedimentissä on noin 1 kg, josta Fe / Al -sidonnaista noin 35 kg Itäisellä altaalla syvänteen sedimentti sisältää vähemmän fosforia kuin matalamman veden alueen pintasedimentti. Yli 1 metriä syvän vyöhykkeen pohjan pinta-alaksi voidaan täällä arvioida noin 21 hehtaaria ja reaktiivisen pintasedimentin määräksi noin 11 m 3 :ä. Tämä sedimenttimäärä sisältää fosforia kaikkiaan noin 1 kg, josta Fe / Al -sidonnaista on ainoastaan noin kymmenesosa, 1 kg. On huomioitava, että edellä esitetyt arviot perustuvat muutamien näytteiden perusteella tehtyihin laskelmiin ja niitä on pidettävä suuntaa-antavina, joskin selvänä osoituksena siitä, millaisia fosforivarantoja sedimentti järven potentiaalisimmilla kuormitusalueilla tällä hetkellä sisältää. Läntisen altaan sedimentin fosforinpidätyskyky voidaan kertymän perusteella todeta hyväksi happija redox-olojen pysyessä suotuisina. Itäisen altaan puolella tätä ei voida näiden tutkimusten perusteella varmasti todeta, koska näytesarjan kattaman yhtenäisen ajanjakson aikana muutokset sedimentin fosforin määrässä ovat olleet hyvin vähittäisiä huolimatta vedenlaadun dramaattisista muutoksista. Haluttaesssa tarkemmin arvioida itäisen altaan syvänteen fosforinpidätyspotentiaalia, on sedimentistä mahdollista analysoida esimerkiksi hiili/fosfori -suhde (Gächter & Meyer, 1993) tai rauta/fosfori -suhde (Jensen et al., 1992). Hormajärven mahdollisia kunnostustoimia suunniteltaessa on ensimmäiseksi kiinnitettävä huomiota altaiden erilaisuuteen. Itäinen allas, jonka tila tällä hetkellä on heikompi kuin läntisen altaan, on sedimentaatioympäristöltään kaiken kaikkiaan epästabiilimpi ja vaikeammin hallittavissa kuin läntinen allas. Itäisellä altaalla tilannetta heikentävät miltei jatkuvasti käynnissä olevat sisäkuormitusprosessit. Näistä voidaan todennäköisinä mainita ainakin diffuusio, bioturbaatio, kaasukonvektio ja tuulen aiheuttama sekoittuminen. Sedimenttiin kohdistettujen kunnostusmenetelmien käyttö ei kuitenkaan ole itäisellä altaalla välttämättä tehokasta, sillä käsiteltävä alue muodostuu väkisinkin laajaksi, eikä sen rajaaminen tässä tapauksessa ole helppoa. Sedimentin määrät ovat lisäksi niin suuria, että kustannukset nousevat helposti kohtuuttomiksi toteutettaessa laajamittaisia käsittelyjä, kuten peittäminen tai ruoppaaminen. Erittäin tärkeä toimenpide jatkossakin on ulkoisen kuormituksen pitäminen minimissä riittävien suojavyöhykkeiden ja kiinteistöjen jätevesihuollon kunnollisen toteuttamisen avulla. Kalaston jatkuva seuraaminen koekalastuksin on niin ikään suotavaa. Konkreettisten, suurisuuntaisten toimien aloittaminen vaatii itäisellä altaalla harkintaa, sillä vaikka esimerkiksi sedimentin pinnan hapetuksesta todennäköisesti

22 22 olisi hyötyä, voivat tulokset ainakin alkuun jäädä vähäisiksi käytettyihin resursseihin nähden. Todennäköisesti esimerkiksi hapetus auttaa kuitenkin altaan tasapainon saavuttamista pitkällä aikavälillä. Jos ulkoinen kuormitus pystytään rajoittamaan järven kestokyvyn mukaisesti, saavutetaan lopulta ilman toimenpiteitäkin uusi tasapainotila, mutta tämä voi kestää jopa kymmeniä vuosia (esim. SØndergaard et al., 197) Läntisellä alueella tilanne on sen sijaan toisenlainen. Sisäkuormitus ei ole jatkuvaa, ja alue, jolla sitä tapahtuu, on melko selkeästi rajattavissa, vaikkakin kooltaan melko suuri. Jos tilanne täällä jatkuu entisellään tai pahenee, kannattaa sedimentin käsittelyä harkita. Veden syvyyden ja suuren massamäärän vuoksi tullee ensisijaisesti kysymykseen joko vesi-sedimenttirajapinnan veden vaihtaminen ja/tai mikrokuplahapettaminen, tai sitten sedimentin peittäminen esimerkiksi kipsikäsittelyllä (Varjo, 21). Kustannukset ovat näissäkin vaihtoehdossa huomattavat, mutta mahdollisuudet hyvän tuloksen saavuttamiseen ovat oleellisesti paremmat kuin itäisessä altaassa. Tähdellistä on, että tilanne syvänteen alueella saadaan hallintaan, ennen kuin sisäkuormitus muuttuu jatkuvaksi ja johtaa vastaavaan tilanteeseen kuin itäisen altaan puolella. Syvänteen sedimentin fosforivaranto verrattuna esimerkiksi vuotuiseen ulkoiseen fosforikuormitukseen on niin huomattava, että se purkautuessaan saattaa huonontaa veden laatua dramaattisesti.

23 23 Lähdeluettelo Agrawal, Y. C., McCave, I. N. & Riley, J. B., 1991: Laser diffraction size analysis. Teoksessa: Syvitski, J.P.M. (toim.): Principles, methods and application of particle size analysis. Cambridge. Cambridge University press. Ss Bengtsson, L & Enell, M., 196: Chemical analysis. Teoksessa: Berglund, B., (toim.): Handbook of Holocene Palaeoecology and palaeohydrology. John Wiley & Sons. Ss Forssel, J., Salonen, V-P & Valpola. S., 23: Kanta-Hämeen järvet kestävään kehitykseen - hanke. Sedimenttitutkimus. Loppuraportti Helsingin yliopisto, Geologian laitos.julkaisematon tutkimusraportti. Gächter, R. & J. S. Meyer, 1993: The role of microorganisms in in mobilization and fixation of phosphorus in sediments. Hydrobiologia 253: Hakala, J. & Nieminen, T., 1996: Hormajärven syvyyskartta. Uudenmaan ympäristökeskus. Hieltjes, A. & Lijklema, L., 19. Fractionation of inorganic phosphates in calcareous sediments. J. Environ. Qual. 9(3). Ss Håkanson, L. ja Jansson, M., 193: Principles of Lake Sedimentology. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, Tokio. Ss Jensen, H. S., P. Kristensen, E. Jeppesen & A. Skytthe, 1992: Iron:phosphorus ratio in surface sedimentsas an indicator of phosphate release from aerobicsediments in shallow lakes. Hydrobiologia 235/236: Karjalainen, Raimo (2): henkilökohtainen tiedonanto Kauppila, T., 23: Hämeenlinnan seudun kansanterveystyön kuntayhtymä; Katumajärven ja Liesjärven sedimentin piikuoristen levien tutkimukset. Espoo Geologian tutkimuskeskus. Julkaisematon tutkimusraportti. Kauppila, T., Moisio, T. & Salonen, V-P., 22: A diatom based inference model for autumnal epilimnetic total phosphorus concentration and its application to a presently eutrophic boreal lake. Journal of Paleolimnology 27: Krammer, K. & Lange-Bertalot, H., : Bacillariophyceae1 -. Teoksessa: H. Ettl, G. Gärtner, J. Gerloff, H. Heynig and D. Mollenhauer (toim.): Süsswasserflora von Mitteleuropa, Band 2. Gustav Fischer, Jena, Stuttgart, Lübeck, Ulm. Lohjan ympäristön tila (23). Lohjan ympäristölautakunnan julkaisu 2/3. Marttinen, Markku (199): Hormajärven hajakuormitusselvitys. Lohjan kunnan ympäristönsuojelulautakunnan julkaisu 2/9. Murphy, J. & Riley, J., 1962: A modified single solution method for the determination of phosphorus in natural waters. Analytica Chimica Acta 27. Ss

24 2 Nummela, K. & Kumpulainen, M., 23:Lohja seudun ilmanlaadun tarkkailu. Mittaustulokset vuodelta 22; Yhteenveto vuosilta Lohjan ympäristölautakunta, julkaisu X/3. Renberg, I. & Wik, M., 19: Dating recent lake sediments by soot particle counting. Verhandlungen Internationale Vereinigung für Theoretische und Angewandte Limnologie 22 (2). Ss Rose, N., 199: A method for the extraction of carbonaceous particles from lake sediment. Journal of Paleolimnology 3. Ss SØndergaard, M., E. Jeppesen & O. Sortkjær, 197: Lake SØbygaard: A shallow lake in recovery after a reduction in phosphorus loading. GeoJournal 1 (3): Tilastokeskus 23: Fossiilisten polttoaineiden kulutuskäyrä. Varjo, E., 21: Gypsum treatment in managing internal load from sedimentsof eutrofied lakes. Annales Universitatis Turkuensis. Sarja A II biologica-geographica-geologica s.

25 25 Liite 1. Analyysitulokset Nokipartikkelianalyysi Itäprofiili Näyte (cm) lkm/g kuivaa sedimenttiä Länsiprofiili Näyte (cm) lkm/g kuivaa sedimenttiä Vesipitoisuus ja hehkutushäviö Itäprofiili Länsiprofiili Näyte (cm) Vesi- Hehkutuspitoisuus(%) häviö (%) Näyte (cm) Vesi- Hehkutuspitoisuus(%) häviö (%) Pintanäytteet Näytepiste Vesi- Hehkutuspitoisuus(%) häviö (%)

26 26 Fosforianalyysi Itäprofiili Näyte (cm)total-p Labiili-P Metallioksideihin Apatiitti-P Residuaali-P adsorpoitunut P 1 1,5,1,226,,73 3 1,,67,13,336,92 5 1,363,139,1,399, ,7,19,155,377,91 9 1,56,63,117,9, ,236,,153,5, ,1,6,,31, ,19,13,7,75, ,71,,7,95, 19 1,2,1,6,61,62 25,973,3,17,33,3 3,9,7,5,3, 36,92,,11,,376 Länsiprofiili Näyte (cm)total-p Labiili-P Metallioksideihin Apatiitti-P Residuaali-P adsorpoitunut P 1,93,157 2,95 5,53 5, ,55,3 2,26 6,53,62 5 9,9,19 1,21 5,59 1,969 7,11,15,737 1,1 1, ,797,11,219,67, ,6,13,22,27 1, ,19,,13,13, ,52,7,12,39, ,,,92,35,6 19 1,22,5,3,1,52 2,96,11,1,362, ,79,,2,37, ,15,1,21,5,263 Pintanäytteet Näytepiste Total-P Labiili-P Metallioksideihin Apatiitti-P Residuaali-P adsorpoitunut P 1 3,965,,61,5 2, ,6,137,37,57 1,1 3,31,25,639 1,52 2,16 3,667,1,76 1,37 1,56 5 2,2,22,377,57 1,7 6,51,,37 1,5 2,6

27 27 Raekokoanalyysi Itäprofiili Näyte (cm) raekoon mediaani 1, 3, 5 7 3,9 9 3,9 11 3, ,5 19 3,5 25 3, 3 3, 36 3,2 Länsiprofiili Näyte (cm) raekoon mediaani 1,7 3 3, 5 3,7 7 3, 9,1 11 3, 13 3,3 15 3,3 17 3,2 19 3,