Kokemuksia järvikunnostusten ekologisesta vaikuttavuudesta

Transkriptio

1 Ongelma Kokemuksia järvikunnostusten ekologisesta vaikuttavuudesta Kunnostus hoito Kunnostustoimenpide? Aika Ilkka Sammalkorpi Suomen ympäristökeskus SYKE Vesikeskus/vesienhoito Ympäristöhallinnon vesistökunnostuksen neuvottelupäivä Helsinki?

2 Muuttujan arvo jälkeen Kunnostuksen vaikuttavuus = mitattua muuttujien arvon vähenemistä/kasvua Muutos voi olla o Tavoiteltu o Alle tai yli tavoitteen o Odottamaton tai/ja sivuvaikutus Edellyttää seurantaa toimenpidettä ennen ja sen jälkeen Muuttujan arvo ennen 2

3 Vesienhoidossa tarvitaan vielä vesiensuojelua ja kunnostamista v luokitellusta järvipinta-alasta 85 % vähintään hyvässä tilassa, mutta jäljelle jäävässä 15 % osuudessa on alueellisesti tärkeitä järviä: Tyydyttävä tila : 598 järveä/3900 km² (X = 631 ha) välttävä tila : 117 järveä / 361 km² (X = 308 ha) huono tila: 382 järveä / 29 km² (X = 10 ha) Kunnostustoimenpiteitä esitetään vesienhoidossa paitsi järville, jotka eivät ole saavuttaneet ympäristötavoitetta, myös sellaisille, joiden tila on hyvä, mutta vaarassa heikentyä (Aronsuu ym. 2013) Erinomainen Hyvä Tyydyttävä Välttävä Huono Luokittelematta % < T km² Suomen järvien pinta-alajakautuma ekologisen luokittelun perusteella kpl Suomen järvien lukumääräjakautuma 3 ekologisen luokittelun perusteella

4 Kokonaisfosforipitoisuus luokitelluissa järvissä: Luokiteltujen järvien laskennallinen vs. yli 10-kertainen ero välttävän ja erinomaisen välillä havaittu kokonaisfosforipitoisuus Pohjois-Savon järvien toimenpideohjelma Juha Riihimäki SYKE/Vesikeskus/Vesistömalliryhmä/KiertoVesi-hanke 4

5 Klorofyllipitoisuus luokitelluissa järvissä yli 8-kertainen ero huonon ja erinomaisen välillä Juha Riihimäki SYKE/Vesikeskus/Vesistömalliryhmä/KiertoVesi-hanke 5

6 Ekologisen tilan kannalta keskeisiä järvialtaaseen kohdistettavia menetelmiä Biomanipulaatio - Ravintoketjukunnostus Kokonaisfosfori (TP) muuttujana ja reunaehtona Tehokalastuksen saalistavoite särkikalavaltaisille sinileväkukintajärville [kg/ha]= 16.9 TP 0.52 Klorofylli ja klorofylli/fosfori-suhde Geoengineering - Sedimentin /& veden kemiallinen käsittely Alumiinikloridi (Phoslock) Veden kokonaisfosfori ja sedimentin fosforimobilisaation potentiaali Alkaliniteetin reunaehdot Hapettaminen ja vesimassan kierrättäminen Happikadon ja talvisten kalakuolemien estäminen Fosforipitoisuuden alentaminen Myös ammoniumtypen denitrifikaatio, sinilevien kilpailuedun vähentäminen (kierrätyshapettaminen, kerrosteisuuden purkaminen) 6

7 Tanskan rehevissä järvissä fosfori ja klorofylli vähenivät > jopa >50 %, vaikutus pisimmillään 6-10 v Ruotsin tiedeakatemian tilaama yhteenveto ravintoketjukunnostuksesta: 123 järven tutkimusartikkelin perusteella tehokas poistokalastus vähentää planktonlevien määrää ja parantaa näkösyvyyttä rehevissäkin järvissä 7

8 Alumiinikloridin ja Phoslockin vaikutuksia, toimivuutta ja reunaehtoja on tutkittu. Usein on havaittu yli 50 % fosforipitoisuuden vähennys, jonka kestoaika noin viidestä useisiin/ kymmeniin vuosiin. Paikallisia savia on myös alettu kokeilla (CH, UK) 8

9 Hapetus ja/tai vesimassan kierrättäminen voi parantaa syvänteen/ alusveden happitilannetta, estää kalakuolemia ja auttaa pohjaeläimiä, mutta harvoin vähentää päällysveden fosforipitoisuutta 9

10 Ravintoketjukunnostus Edellytyksiä/kriteerejä: kun kalasto on syyllinen Klorofylli/fosfori > 0.4, säännöllisiä sinileväkukintoja Fosforipitoisuus ulkoisesta kuormituksesta laskettua suurempi ja kaksin-kolminkertaistuu kesällä, koska tiheä kalasto osaltaan voimistaa sisäistä kuormitusta Nordic koeverkkojen yksikkösaaliit ja särkikala% Isojen ahventen puuttuminen/väheneminen Kun tärkeä kohde, tavoitekuormitukseen on vaikea päästä kohtuuajassa ja pitkäjänteistä paikallista rahoituspotentiaalia on olemassa (esim. Tuusulanjärvi) Vaikuttavuuden arviointi Klorofylli/fosfori < 0.4, sinileväkukinnat vähenevät Fosforipitoisuus laskettua tasoa Koekalastuksen yksikkösaaliir, särkikalavaltaisuuden väheneminen, ahventen keskikoon kasvu Nuottauksen/rysäpyynnin yksikkösaaliin lasku 10

11 Biomanipulaation tarve ja kalasto? Ravinnekuormitus ekologisessa luokittelussa kalayhteisöjen EQR4 arvot laskevat särkikalavaltaisuuden kasvaessa. Rask, Olin & Ruuhijärvi Fish manage. Ecol.11: R=referenssikohteet I=impacted l. kuormitetut 11

12 Klorofylli-a µg/l Alle hyvän tilan järvien klorofylli-/kokonaisfosforipitoisuus Chl/TP Chl/TP-suhde enimmäkseen korkea (>0.4) Onko ravintoketjuvaikutus järvien levämäärään näin suuri?! Pienet vesikirput 0.6-suhde VHS kohteet 0.4-suhde Isot vesikirput Kokonaisfosfori µg/l 12 Keto et al Vesistökunnostusverkoston seminaari, Rauma

13 Klorofylli/fosfori-suhde luokitelluissa järvissä Kaikissa ekologisissa luokissa Chl/TP-suhde valtaosin > 0.4 ja luokkien välillä on vain pieniä eroja Tulos viittaa suureen kalaston vaikutukseen, vai olisiko Chl/TP raja-arvoa 0.4 myös tarkistettava? 0.4 Juha Riihimäki SYKE/Vesikeskus/Vesistömalliryhmä/KiertoVesi-hanke 13

14 Vuosisaalis, t Yksikkösaalis kg/apaja Tuusulanjärven ravintoketjukunnostus Teho- ja hoitokalastus 1997 alkaen Keskisaalis kg/ha, 79 kg/ha/v (46.7 t/v) Yksikkösaalis laski1997 jälkeen, nousi 2009 (lahna, pasuri) Vaikka kuhakanta on hyvä, Tuusulanjärveä on vielä hoitokalastettava jatkuvasti, koska särkikalojen tuotanto voi olla yli 50 kg/ha/v nykyisen, liian suuren kuormituksen ansiosta kg/apaja 14

15 Kesän klorofyllipitoisuus µg/l Tuusulanjarven klorofyllipitoisuus Jaana Hietala & Mauri Pekkarinen Poistokalastus ja alusveden onnistunut mixox-hapetus vähensivät ravinteiden, klorofyllin ja sinilevien määrää Chl/TP ennen tehokalastusta , Ekologinen tila luokittelussa vielä välttävä, paranee koko ajan Ulkoinen kuormitus on vasta hyvin hitaasti vähentynyt mittavista maatalous- ja hulevesikosteikoista huolimatta Tyyppikoht. ekologisen tilan rajaarvoja Huono Välttävä Tyydyttävä Hyvä 15

16 Salo Ylisjärvi Hoitokalastettu 2000-luvulla. Vuoden 2005 jälkeen kesän fosfori- ja klorofyllipitoisuus ja laskivat ja näkösyvyys kasvoi (vihreät pisteet) Paha happikato talvella 2003 ( ) todennäköisesti kalakuolema vähensi särkikaloja, mutta niiden tiheys säilyi kohtuullisena hoitokalastuksella Vrt. Äimäjärvi, jossa petoahvenet kalastettiin vähiin (Ruuhijärvi ym. 2010) Järviwiki VARELY 16

17 Case Säkylän Pyhäjärvi (155 km²) Tehokas kalastus vaikuttaa fosforitaseisiinkin Ventelä et al Ammattikalastuksen ja hoitokalastuksen saaliissa poistuu n. 25 % järveen tulleesta fosforista Tehokas kalastus vähentää kasviplanktonin määrää ja klorofylli/fosfori-suhdetta Vaikutus? Vähentääkö myöhempää sisäisen kuormituksen potentiaalia? Luusua -18 % Lähivalumaalue 24 % Kalansaalis -25 % Laskeuma 10 % Sedimentaatio -56 % Suurimmat ojat 66 % 17

18 Geoengineering - alumiinikloridikäsittely Vesipatsaan käsittelyllä on nopea, mutta usein lyhytkestoinen vaikutus AlCl3-käsittelyn vaikuttavuus järven fosforipitoisuuden alentajana toimii etenkin sedimentin käsittelynä ja sen tuloksellisuuten vaikuttavat eniten (Huser ym. 2016): AlCl3 annostus suhteessa 10 cm kerroksen mobiilin fosforin määrään (määritetty fraktioinneista) valuma-alueen ja järven pinta-alasuhde Järven keskisyvyys särkikalat (karppi, lahna) lyhentävät vaikutusaikaa matalissa järvissä 18

19 Sedimentin ja veden kemialliset käsittelyt Edellytyksiä/kriteerejä Havaittu fosforipitoisuus suurempi kuin ulkoisesta kuormituksesta laskettu: sisäinen kuormitus ongelma Sedimentissä paljon helposti vapautuvaa fosforia sitoviin metalleihin verrattuna (Al, Fe) Kun tavoitekuormitukseen on vaikea päästä kohtuuajassa ja kustannuksin Sedimentti vai vesi? Vai molemmat? Vaikuttaako kalasto sedimenttiin? Vaikuttavuuden arviointi TP X laskettu Sedimentin tila Kalasto? Ongelman ydin ei ole vedessä, vaan sedimentissä: fosforia sitovia metalleja (Fe, Al) on liian vähän (Kuva Emil Rydin) 19

20 Alumiinikloridi vai lantaanipohjainen savi? Vertailua alumiinikloridin ja Euroopassa uutena menetelmänä tutkitun ja kokeillun lantaanipitoisen saven (Phoslock) ominaisuuksista suomalaisten järvien kunnostamisessa. Ominaisuus Alumiinikloridi Lantaanipitoinen savi Happikadon vaikutus Ei heikennä Ei heikennä fosforin pidättämiseen Korkean ph:n vaikutus fosforin pidättämiseen aerobisissa olosuhteissa Vaikutus eliöstöön Toimivuus humuspitoisessa vedessä Toimivuus heikosti puskuroidussa vedessä Voi heikentää kun ph > 9 Rajoittaako käyttöä pohjoisen rehevissä järvissä? Ilman puskurointia letaali kaloille ja selkärangattomille ph:n laskiessa Voi olla rajoitteita Edellyttää puskurointia ettei ph laske kaloille tappavaksi Voi heikentää kun ph > 9 Rajoittaako käyttöä pohjoisen rehevissä järvissä? Lantaanin vaikutukset lieviä, mutta täydentävää tutkimusta aiheesta tehdään edelleen Ei sovellu humusvesiin? (Jäälinjärven allaskoe 2012) Saattaa olla rajoitettua. (Lahden Kymijärvi?) Käyttökustannukset Korkeat Erittäin korkeat 20

21 Oulu Jäälinjärvi allaskoe 2012 Korkein fosforipitoisuus Phoslock+särki-altaassa 3 Yllättävä tulos, humuksen ja raudan vaikutus? Allaskokeen tulos käsittelyä ei laajennettu koko järveen Saarinen, Kaisa 2013 Diplomityö Oulun yliopisto 21

22 Kuusamo Elijärvi Sisäkuormitteinen, lievästi rehevöitynyt järvi Alumiinikloridikäsittely 2006 Selvä vaikutus 5 vuoden ajan 2010-luvulla lievää pitoisuuden nousua Väisänen, T. 201X 22

23 Hämeenlinna Janakkala Hyvälammi Pieni rehevä, voimakkaasti kuormitettu lampi, jossa esiintyi voimakasta fosforin vapautumista hapettomissa olosuhteissa Alumiinikloridikäsittely lokakuussa 2007 (Reijo Oravainen Kokemäenjoen vesiensuojeluyhdistys) Fosforipitoisuudet pysyivät matalina eikä vapautumista tapahtunut hapettomissakaan olosuhteissa (kuvassa punainen viiva on Vemala-mallin ennustama pitoisuus, mustat pisteet ovat vesinäytteistä mitattuja pitoisuuksia) Käsittely 23

24 Tukholman Flaten (63 ha, keskisyv. 7.4 m) Käsittelyn kohteena syvännealueen sedimentti v Erittäin selvä, pitkäaikainen sisäisen fosforikuormituksen väheneminen ja päällysveden fosforipitoisuuden lasku (Huser et al. 2016, Emil Rydin) 24

25 Hapettaminen Edellytyksiä/kriteerejä Havaittu fosforipitoisuus suurempi kuin ulkoisesta kuormituksesta laskettu: sisäinen kuormitus ongelma JA: Tilapäinen kerrostuminen ja sen purkautuminen alusveden happikato ja kesän fosforipitoisuuden kasvu Kun tavoitekuormitukseen on vaikea päästä kohtuuajassa ja kustannuksin Ammoniumtypen nitrifikaation voimistaminen Kalakuoleman estäminen (talvi petokalakannat) Sinilevien kasvun rajoittaminen kierrättämällä Vaikuttavuuden arviointi Alusveden happipitoisuus ja fosforipitoisuus Lämpötilakerrosteisuus (kierrätyshapettaminen) Päällysveden fosforipitoisuus laskettu Ammoniumtypen pitoisuuden lasku Kalasto? 25

26 Tuusulanjärven hapetuskokemukset I 1970-luvulta vuoteen 1997 II 1998 alkaen hapen kulutuksen mukaan mitoitettu kierrätys I Kokeilut ja ylläpitävä hapettaminen II Jatkuva hapettaminen 1-3 laitteella Talven happikato väheni Vähensi fosforipitoisuuden huippuja Poisti kalojen pyydyskuolemat Kuhakanta säilyi Kesän happikato väheni rajalliselta alueelta Ei vaikutusta päällysveden fosforiin tai sinileväkukintoihin III Mitoitettu sekoittava hapettaminen ei kerrosteisuuttta ei hapettomuutta pohjan yläpuolisen veden happikato eliminoitui, lämpötila nousi, fosfaatti ja kokonaisfosforpitoisuus kesällä ug/l Vaikutus päällysveden fosforipitoisuuteen vähäisempi kuin tehokalastuksen 26

27 Kokonaisfosforin ja ammoniumtypen pitoisuus Tuusulanjärven syvänteessä 8-9 m syvyydellä ennen v alkanutta tehostettua kierrätyshapetusta (pienet pisteet) ja (Saarijärvi & Heitto 2009) 27

28 Vesijärven hapetuskokemukset I 1970-luvulta vuoteen 1984 II 2009 alkaen tehostettu hapettaminen ja seuranta I a Jätevesikuormituksen jälkeinen järven tilan parantaminen I b Hapettaminen lopetettiin vuoteen 1984 kun toivottua vaikutusta leväkukintoihin ei todettu Kunnostaminen painotettiin biomanipulaatioon Sinileväkukinnat vähenivät tehokalastuksella , vaikka syvänteellä oli säännöllinen happikato 2000-luvulla tila ajoittain heikkeni III Tehostettu sekoitushapettaminen (Salmi ym. 2014) Alusvedessä talven ja kesän happikato ja fosfori vähenivät Päällysveden fosforipitoisuus ei laskenut Lämpötilan nousu pohjan lähellä hapen kulutus nousi Ammoniumtypen denitrifikaatio voimistui Syvänteen pohjaeläimistö elpyi, kuorekanta heikkeni 28

29 Johtopäätöksiä menetelmien vaikuttavuudesta ekologiseen tilaan Oikein mitoitettu ja toteutettu kunnostus voimistaa ja turvaa vesiensuojelun vaikutuksia ja toisinpäin Ulkoisen kuormituksen vähentäminen on tärkeä edellytys järvien tilan kestävälle kehitykselle ja kustannustehokkaalle kunnostamiselle, Korkea ravinnepitoisuus ei estä muutoksia mutta edellyttää jatkuvia ja intensiivisiä toimenpiteitä ja lisää kustannuksia Biomanipulaatio= suoria ja välillisiä vaikutuksia: parantaa oikein toteutettuna ekologista tilaa (kasvukauden ravinnepitoisuus ja levämäärä) ja on myös potentiaalinen keino poistaa ravinteita. Valtakunnallinen potentiaali: myös suuret järvet ja sininen biotalous Alumiinikloridikäsittely parantaa oikein toteutettuna ekologista tilaa. Suora vaikutusmekanismi pääkohde pienet ja keskikokoiset järvet Hapettaminen estää alusveden happikatoja ja niihin liittyvää fosforin vapautumista, mutta vaikuttaa harvoin päällysveden veden laatuun kasvukaudella Seuranta. Hankkeiden suunnittelu ja vaikutusten arviointi edellyttävät järvestä enemmän tietoja kuin tilan arviointi 29

30 Lähdeviitteitä Kiitos Aronsuu, K., Ulvi, T., Hakaste, T., Miettinen, T. & Airiola, S Vesienhoidon toimenpiteiden suunnittelun ohjeistus v Vesistöjen kunnostus, säännöstely ja rakentaminen- tiimi. Ympäristöministeriö. Bernes, C., Carpenter, S.R., Gårdmark, A. Larsson, P., Persson, L., Skov, C., Speed, J.D.M. & van Donk, E What is the influence of a reduction of planktivorous and benthivorous fish on water quality in temperate eutrophic lakes? A systematic review. Environmental Evidence, 4, 7. DOI: /s Huser,B., Egemose, S., Harvey, H., Hupfer, M. et al Longevity and effectiveness of aluminum addition to reduce sediment phosphorus release and restore lake water quality. Wat. Res. 97: Keto, A., Sammalkorpi, I. & Huttunen, M Hoitokalastuksella vauhtia vesienhoitoon. Mackay, E.B., Maberly, S., Pan, G., Reitzel, K. et al., Geoengineering in lakes: welcome attraction or fatal distraction? Inland Waters 4: Ruuhijärvi, J., Rask, M., Vesala, S., Westermark, A., Olin, M., Keskitalo, J. and Lehtovaara, A Recovery of the fish community and changes in the lower trophic levels in a eutrophic lake after a winter kill of fish. Hydrobiologia 646: Saarijärvi, E. & Heitto, A Tuusulanjärven hapettaminen v Vesi-Eko Oy, 20 s. Salmi, P., Malin, I. & Salonen, K Pumping of epilimnetic water into hypolimnion improves oxygen but not necessarily nutrient conditions in a large lake recovering from eutrophication. Inland Waters 4: Søndergaard, M., Liboriussen, L., Pedersen, A.R. & Jeppesen E Lake Restoration by Fish Removal: Short- and Long-Term Effects in 36 Danish Lakes. Ecosystems 11: Ventelä, A.-M., Tarvainen, M., Helminen, H., Sarvala, J., Long-term management of Pyhäjärvi (southwest Finland): eutrophication, restoration recovery? Lake Reserv. Manag. 23: Väisänen, T Sedimentin kemikalointikäsittely. Acta Univ. Oul. C