Puulaveden länsiosan paleolimnologinen. Jyväskylän yliopisto Ympäristöntutkimuskeskus. Tutkimusraportti 218/2013

Transkriptio

1 Puulaveden länsiosan paleolimnologinen tutkimus Jyväskylän yliopisto Ympäristöntutkimuskeskus Tutkimusraportti 218/2013 Juhani Hynynen

2

3 Sisällys 1. JOHDANTO AINEISTO JA MENETELMÄT TULOKSET JA NIIDEN TARKASTELU Sedimentin ajoitus Sedimentistä tehdyt analyysit Surviaissääskianalyysi JOHTOPÄÄTÖKSET... 14

4 1 1. JOHDANTO Tämän paleolimnologisen tutkimuksen tavoitteena oli selvittää Etelä-Savon maakunnassa, Kangasniemen ja Hirvensalmen kuntien alueella sijaitsevan Puulan (Puulaveden) järvisyvänteiden biologisen kunnon muutoksia, sekä sedimentaatio-oloissa tapahtuneita muutoksia 1800-luvulta nykypäivään. Se on ajanjakso, johon osuvat lähes kaikki laajamittaisen ihmistoiminnan aiheuttamat muutokset, erityisesti teollistuminen ja laajamittainen tehomaa- ja -metsätalous. Sodan jälkeinen aika 1950-luvulta alkaen oli voimakkaiden maankäytön muutosten aikaa. Uutta peltopinta-alaa raivattiin, ja aiemmin lapiotöinä tehdyt metsä- ja suoojitukset koneellistettiin 1960-luvulta alkaen ojitusmäärän kasvaessa samalla moninkertaiseksi. Soiden laajamittainen kuntoonpano turvetuotannon tarpeisiin alkoi 1970-luvulla, ja turvetuotannon volyymi kasvoi voimakkaasti 1980-luvulta alkaen. Alkuvaiheessaan turvetuotannon vesiensuojelumenetelmät olivat varsin kehittymättömiä, ja turvetuotannon, metsä- ja peltomaiden ojitusten sekä muun hajakuormituksen aiheuttamat yhteisvaikutukset vesistöissä olivat monin paikoin huomattavia. Järviekosysteemien rehevyystason ja kuormituksen historiallisia muutoksia voidaan tutkia takautuvasti paleolimnologisin menetelmin, koska järvien syvännesedimenttiin kerrostuu jatkuvasti uutta liejua, mikä koostuu järven valuma-alueelta kulkeutuneesta hienojakoisesta orgaanisesta ja epäorgaanisesta aineksesta sekä järven eliöiden jäänteistä. Tässä työssä tutkittiin Siikaveden ja havaintopaikan Puulavesi 193 sedimenttikerrostumien surviaissääskijäänteitä sekä sedimentin orgaanisen ja epäorgaanisen aineksen suhdetta kuvaavaa vesipitoisuutta ja hehkutusjäännöstä. Sedimenttikerrostumien ajoittamisessa hyödynnettiin fossiilisten polttoaineiden poltosta peräisin olevien mikroskooppisten nokihiukkasten (nokipallojen) stratigrafiaa. Näiden tietojen avulla oli mahdollista rakentaa kuvaa järven syvänteiden kunnon ja ekologisen tilan kehittymisestä, sekä sedimentaatio-olojen muutoksesta esiteolliselta ajalta nykypäivään. Surviaissääskijäänteitä on käytetty tutkittaessa mm. ihmistoiminnan aiheuttamaa vesistöjen rehevöitymistä sekä ekologisen tilan palautumista (esim. Meriläinen & Hamina 1993, Meriläinen ym. 2000, 2001 ja 2003 sekä Hynynen 2004). Systemaattinen vesistöjen tilan seuranta alkoi Suomessa vasta 1960-luvulla, jolloin monet vesistöt olivat jo selvästi muuttuneet luonnontilaansa verrattuna. Paleolimnologiset menetelmät tarjoavat mahdollisuuden kuvata muutoksen historiallista ajoittumista ja suuruutta sekä antavat kuvan vesistön alkuperäisestä ekologisesta tilasta. 2. AINEISTO JA MENETELMÄT Sedimenttinäytteet otetaan yleensä järven syvänteistä, koska ne ovat pohjasedimentin kasautumisalueita eivätkä ulkopuoliset tekijät, kuten aallokko, pääse häiritsemään kerrostumien muodostumista. Näyteprofiilit kairattiin Limnostyyppisellä sedimenttikairalla havaintopaikkojen Siikavesi 2 (syvyys 17 m) ja Puula 193 (syvyys 50 m) syvänteistä. Lisäksi molemmilta havaintopaikoilta otettiin näyteprofiilit Kajak-tyyppisellä noutimella sedimentin visuaalista arviointia varten. Lisäksi havaintopaikoilta yritettiin ottaa jäädytetyt sedimenttinäytteet jääkiilalla, mut-

5 2 ta useista yrityksistä huolimatta ei niin laadukkaita näytteitä saatu, että ne olisi voitu kuljettaa laboratorioon. Kajak-näytteet vietiin näyteputkissa laboratorioon, pakastettiin myöhempää valokuvausta varten. Limnos-näytteet siivutettiin 1 cm paksuisiksi osanäytteiksi. Siikaveden näyteprofiili kattoi kerrostumat 0-20 cm ja Puula 193:n profiili 0-25 cm sedimenttikerrostumat. Sedimenttinäytteistä analysoitiin sedimentin vesipitoisuus, hehkutusjäännös ja surviaissääskien jäänteet. Sedimentin ajoitusta varten molempien syvänteiden kerrostumista analysoitiin fossiilisten polttoaineiden poltosta peräisin olevien nokihiukkasten määrä. Surviaissääskien kitiiniset pääkapselit poimittiin mikroskoopin avulla jokaisesta sedimenttikerrostumasta erikseen. Lajityypilliset pääkapselit määritettiin mikroskoopilla joko laji- tai sukutasolle. Surviaissääskien jäänteiden analyysin pohjalta laskettiin pohjan laatuindeksit, BQ-indeksi (Wiederholm 1980) ja Chironomidae-indeksi, CI (Paasivirta 2000). Niiden avulla arvioitiin sedimenttikerrosten kerrostumisen aikaan vallinnutta syvänteen biologista kuntoa. Biologinen kunto tarkoittaa itse asiassa syvänteen kuormitustilannetta. Rehevän järven syvännettä kuormittaa suuri sedimentoituvan orgaanisen aineksen määrä, joka hajotessaan kuluttaa syvänteen happivarat vähiin, mikä taas karsii eläimistöstä hapen suhteen vaateliaimmat lajit. Vastaavasti karun järven syvänteessä kuormitus on niukkaa ja alusvedessä on paljon happea, niin että vaateliaatkin eläimet pystyvät elämään siellä. BQI perustuu seitsemän ekologisilta ominaisuuksiltaan erilaisen surviaissääskilajin esiintymiseen ja niiden suhteelliseen runsauteen. CI on kehitetty erityisesti Suomen oloihin ja siinä on mukana 20 indikaattorilajia. Indeksien arvo on huonoimmillaan täysin pilaantuneessa syvänteessä 0 ja parhaimmillaan erittäin hyväkuntoisessa ja karussa syvänteessä 5. Rehevöityneiden järvien syvänteissä indeksi saa tyypillisesti arvoja 1-2,5, lievästi rehevöityneissä järvissä 2,5-3 ja karuissa järvissä 3,5-4,5. Nokihiukkasanalyysia varten otettiin noin 1 g märkää sedimenttiä, joka kuivattiin 105 C:ssa. Sedimenttiä hapetettiin H 2 O 2 :lla, jonka jälkeen seokseen lisättiin vettä ja seosta kaadettiin lasisille petrimaljoille tasainen kerros. Veden annettiin haihtua, ja fossiilisten polttoaineiden poltosta peräisin olevat nokihiukkaset laskettiin stereomikroskoopilla, kertaisella suurennoksella (Renberg & Wik 1984). Nokihiukkasten määrä kasvaa yleensä pohjoiseurooppalaisissa järvisedimenteissä jyrkästi teollistumisen myötä lukujen vaihteesta lähtien ja saavuttaa huippunsa 1970-luvulla, jolloin fossiilisten polttoaineiden käyttö lisääntyi rajusti eivätkä ilmansuojelutoimet olleet vielä kehittyneet nykyiselle tasolleen. Myöhemmissä kerrostumissa hiukkasmäärien on monin paikoin havaittu vähenevän savukaasujen puhdistuksen tehostumisen myötä. 3. TULOKSET JA NIIDEN TARKASTELU 3.1 Sedimentin ajoitus Siikaveden sedimentissä nokihiukkasten määrä alkoi kasvaa cm syvyydellä, mikä tarkoittaa sitä, että sodan jälkeisen teollistumisen vaihe 1950-luvulla sijoittuu

6 3 tälle sedimentin syvyydelle. Hiukkasten määrä vaihteli voimakkaasti 12-0 cm kerrostumissa (kuva 1). Jos oletetaan sedimentaationopeuden olleen jokseenkin vakio v välisenä aikana, saadaan vuotuiseksi sedimentaationopeudeksi noin 1,9-2,0 mm/a, jota voidaan pitää tavanomaisena Puulan kaltaiselle järvelle, jonka rannalla ei ole huomattavia teollisuuslaitoksia tai yhdyskuntajätevesien päästölähteitä. Kuvassa 1 vuosikymmenten rajat on määritetty olettaen vuosisedimentaation olleen tasaista. Puula 193 sedimentissä nokihiukkasten jakautuminen osoitti, että sedimentaatio on ollut häiriötöntä ja lukujen vaihteen teollistumisbuumin myötä kasvava nokihiukkasten määrä osui cm syvyyteen (kuva 2). Tätä aikaisemmista kerrostumista ei hiukkasia tavattu, vaikka niissä voisi periaatteessa olla kaukokulkeutuneita hiukkasia Keski-Euroopan teollisuusalueilta. Hiukkasten jakautumisen perusteella voidaan päätellä, että vuotuinen sedimentaatio on ollut 1950-luvun alusta nykypäivään samaa tasoa kuin Siikavedellä, noin 1.9 mm. Puulan sedimenttiprofiili oli 25 cm pitkä, kun taas Siikavedeltä saatiin vain 20 cm sedimenttiä. Näiden syvyyksien alapuolella tuli vastaan tiukka savikerros, jonka läpi näytteenotin ei mennyt. Vaikka sedimentaatio molemmilla havaintopaikoilla olisi nokihiukkasanalyysin valossa ollut 1900-luvun loppupuolella samansuuruista, näyttäisi Puulan pinnan laskun jälkeinen sedimentaatio 1800-luvun lopulla olleen Siikavedellä suurempaa, mistä johtuen savikerros tuli siellä vastaan viisi senttimetriä ylempänä kuin Puula 193:lla. Puulan pohjoisosan Vuojaselällä, missä vesisyvyys on n. 18 m, Puulan pinnanlasku näkyi Geologian tutkimuskeskuksen tutkimuksessa (Pajunen 2004) noin 40 cm syvyydessä. Tämän perusteella syvänteen vuosisedimentaatio olisi tällä alueella ollut noin 2,5 mm/a. Pajusen mukaan maankäytön muutokset sekä Läsäkosken kanavan kaivaminen olivat lisänneet mineraaliaineksen kulkeutumista alueelle ja sitä kautta kasvattaneet sedimentaatiota. Tutkimuksen mukaan etelämpänä sijaitsevalla Simpiänselällä (vesisyvyys 42,3 m) sedimentaatio oli tutkimuksen mukaan ollut Puulan jääkauden jälkeisestä kuroutumisvaiheesta nykypäivään ulottuvalla tarkastelujaksolla keskimäärin puolet pienempää kuin Vuojaselällä, noin 1,2-1,3 mm/a. Vuojanselälläkin sedimentaatio lienee kuitenkin ollut viimeksi kuluneen 150 vuoden aikana selkeästi suurempaa kuin jääkauden jälkeisinä vuosituhansina. Yhteenvetona voidaan todeta, että tässä tutkimuksessa saadut sedimentin ajoitustulokset, ja sitä kautta vuotuista sedimentaatiota koskevat arviot vaikuttavat suhteellisen luotettavilta, jos mittapuuksi otetaan Geologian tutkimuskeskuksen tutkimustulokset järven muilta osa-alueilta.

7 4 Nokihiukkasia/g k-aine cm 1-2 cm cm 3-4 cm cm 5-6 cm cm 7-8 cm 8-9 cm 9-10 cm cm 2000-luku 1990-luku 1980-luku 1970-luku 1960-luku 1950-luku cm cm Kuva 1. Nokihiukkasten määrä Siikavesi 2:n sedimenttikerrostumissa luvun vaihde ajoittuu cm syvyyteen. Vuotuinen sedimentaatio on ollut keskimäärin 1.9 mm. cm 1-2 cm cm 3-4 cm cm 5-6 cm cm 7-8 cm 8-9 cm 9-10 cm 11 cm cm cm cm Nokihiukkasia g/k-aine luku 1990-luku 1980-luku 1970-luku 1960-luku 1950-luku Kuva 2. Nokihiukkasten määrä Puula 193 sedimenttikerrostumissa luvun vaihde ajoittuu cm syvyyteen. Vuotuinen sedimentaatio on ollut keskimäärin 1.9 mm.

8 5 3.2 Sedimentistä tehdyt analyysit Siikavesi Sedimentin vesipitoisuus ja orgaanisen aineksen määrää kuvaava hehkutushäviöprosentti laskivat tasaisesti, lukuun ottamatta 4-6 cm (1980-luku) ja 8-9 cm (1960- luku) kerrostumia, joissa epäorgaanisen aineksen osuus kasvoi ja vesipitoisuus pieneni samanaikaisesti (kuvat 3-6). Järveen on tuolloin sedimentoitunut runsaasti mineraalimaasta peräisin olevaa epäorgaanista ainesta. Selittävänä tekijänä epäorgaanisen aineksen eroosioon voitaneen pitää mineraalimaahan ulottuvia valumaalueen ojituksia ja 1960-luvulle ajoittuneita pellonraivauksia luvulla orgaanisen aineksen ja vesipitoisuuden kasvava osuus ilmentänee turvemaiden, kuten turvetuotantoalueiden kuntoonpano-ojituksia. Ennen 1950-lukua syntyneitä kerrostumia luonnehtii epäorgaanisen aineksen kasvava osuus ja vesipitoisuuden tasainen pieneneminen. Syvimmissä kerrostumissa järvenlaskusta peräisin oleva savesaineksen runsaus selittää mainitun kehityksen, muilta osin lienee kyseessä ajan kuluessa tapahtuva sedimentin mineralisoituminen. cm 1-2 cm cm 3-4 cm cm 5-6 cm cm 7-8 cm 8-9 cm 9-10 cm 11 cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm Vesi % Kuva 3. Siikaveden sedimentin vesipitoisuus koko näyteprofiilissa. Vesi % cm 1-2 cm cm 3-4 cm cm 5-6 cm cm 7-8 cm 8-9 cm 9-10 cm 11 cm luku 1980-luku 1970-luku 1960-luku 1950-luku Kuva 4. Siikaveden sedimenttikerrostumien vesipitoisuus 1950-luvulta nykypäivään.

9 6 Hehkutus % cm 1-2 cm cm 3-4 cm cm 5-6 cm cm 7-8 cm 8-9 cm 9-10 cm 11 cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm Kuva 5. Orgaanisen aineksen osuutta kuvaava hehkutushäviöprosentti Siikaveden sedimenttiprofiilissa. Hehkutus % cm 1-2 cm cm 3-4 cm cm 5-6 cm cm 7-8 cm 8-9 cm 9-10 cm 11 cm luku 1980-luku 1970-luku 1960-luku 1950-luku Kuva 6. Orgaanisen aineksen osuutta kuvaava hehkutushäviöprosentti Siikaveden sedimenttikerrostumissa 1950-luvulta nykypäivään. Puula 193 Puula 193:lta otetun sedimenttiprofiilin vesipitoisuus ja hehkutushäviö pienenivät normaalia sedimentin mineralisaatiota osoittavalla tavalla pinnasta cm:n syvyyteen ( luvun vaihde) (kuvat 7-10). Tästä syvemmälle, senttimetrin syvyydelle saakka (arviolta 1930-luku) sedimentissä vuorottelevat jaksot, jolloin järveen on tullut runsaammin epäorgaanista materiaalia (5-7 cm, arviolta ja 1980-lukujen vaihde, 9-10 cm, arviolta 1960-luku ja cm, arviolta 1950-luku) sekä runsaamman orgaanisen aineksen sedimentaatiojaksot (7-8 cm, arviolta lukujen vaihde). Tähän jaksoon ajoittuvat voimakkaimmat maankäytön muutokset valuma-alueella, ja sedimentoituvan materiaalin laatuun on vaikuttanut kulloisenkin vaiheen maankäsittelyintensiteetti, kuten edellisessä kappaleessa esitet-

10 7 tiin. Sedimentoituva materiaali on ollut riippuvainen siitä, onko valuma-alueella raivattu peltoja, tehty mineraalimaahan ulottuvia metsäojituksia vai ojitettu ja kuntoonpantu soita turvetuotantoa varten. Sedimenttiprofiilin syvempiä kerrostumia luonnehtii Puulan v tapahtuneen 2,5 m pinnanlaskun jälkeinen rantaeroosio, jonka seurauksena massiivinen epäorgaanisen aineksen sedimentaatio muutti syvännesedimentin vuosikymmeniksi huomattavan karuksi. Vaikutus ulottui jopa 1900-luvun alkupuolelle saakka. Muutoksella on ollut epäilemättä suuri vaikutus järven ekosysteemiin ja syvänteen tilaan, suoraan sedimentin karuuntumisen vuoksi, mutta myös vesitilavuuden muutoksen kautta. Kun valuma-alueen tehostunut maankäyttö sotavuosien jälkeen yhdistetään pienentyneeseen vesitilavuuteen, järvi ei ole ekologisessa mielessä palautunut enää pinnalaskua edeltäneeseen tilaansa, vaikka rantavyöhykkeen eroosioprosessit ovat ajan myötä tasaantuneetkin. cm 1-2 cm cm 3-4 cm cm 5-6 cm cm 7-8 cm 8-9 cm 9-10 cm 11 cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm Vesi % Kuva 7. Sedimentin vesipitoisuus havaintoaseman Puula 193 syvännesedimentin kerrostumissa. Vesi % cm 1-2 cm cm 3-4 cm cm 5-6 cm cm 7-8 cm 8-9 cm 9-10 cm luku 1990-luku 1980-luku 1970-luku 1960-luku 11 cm Kuva 8. Havaintoaseman Puula 193 sedimenttikerrostumien vesipitoisuus luvulta nykypäivään.

11 8 Hehkutus % cm 1-2 cm cm 3-4 cm cm 5-6 cm cm 7-8 cm 8-9 cm 9-10 cm 11 cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm Puulan pinnan lasku ,5 m Kuva 9. Orgaanisen aineksen osuutta kuvaava hehkutushäviöprosentti havaintoaseman Puula 193 sedimenttiprofiilissa. Hehkutus % cm 1-2 cm cm 3-4 cm cm 5-6 cm cm 7-8 cm 8-9 cm 9-10 cm luku 1990-luku 1980-luku 1970-luku 1960-luku 11 cm Kuva 10.. Orgaanisen aineksen osuutta kuvaava hehkutushäviöprosentti havaintoaseman Puula 193 sedimenttikerrostumissa 1950-luvulta nykypäivään. 3.3 Surviaissääskianalyysi Siikavesi Siikaveden aineistossa oli yhteensä 44 surviaissääskilajia tai sukua (liite 1). Useat tavatuista lajeista elävät sekä rantavyöhykkeessä että syvänteessä. Varsinaisia Sætherin (1979) kuvaamia syvännelajeja, joilla on suuri informaatioarvo järven biologista tilaa tarkasteltaessa, esiintyi yhdeksän. Näistä runsaslukuisin oli mesotrofian eli keskimääräisen rehevyyden ilmentäjälaji Sergentia coracina (6.5 % surviaissääskijäänteiden kokonaismäärästä). Lajin pääkapseleiden määrä grammassa kuiva-

12 9 ainetta oli melko samansuuruinen näyteprofiilin eri kerrostumissa, lukuun ottamatta syvintä (19-20 cm, arviolta vuosisadan vaihde) savivaltaista kerrostumaa, jossa kaikkien lajien pääkapselimäärä oli hyvin alhainen (kuva 11). Karujen reittivesien syvänteiden tyyppitaksonien, Micropsectra spp. (prosenttiosuus vain 0,4 % kokonaismäärästä) ja Mesocricotopus thienemanni (0,9 %) esiintyminen painottui syvempiin sedimenttikerrostumiin (ennen 1960-lukua). Hyväkuntoisissa syvänteissä tavattavia, mutta usein matalammalla runsaampana esiintyviä lajeja olivat Heterotrissocladius marcidus (3.3 %) ja Heterotanytarsus apicalis (1.6 %). Rehevyyden ilmentäjistä Chironomus thummi tyypin pääkapseleita näytteissä oli hyvin vähän, sen sijaan sietokykyisen Chaoborus-sulkasääsken jäänteitä oli tasaisesti lähes kaikissa kerrostumissa. Valtaosa näytteiden yksilöistä kuului kuitenkin Tanytarsussukuun (26.3 %) sekä Orthocladiinae-ryhmään (12,2 %), jotka esiintyvät sekä ranta-vyöhykkeessä, syvänteen yläosassa että varsinaisessa syvänteessä. Pääkapseleiden kokonaismäärä sedimenttikerroksissa vaihteli 3-23 yks. g -1 kuivasedimenttiä (kuva 7). Silmiinpistävä piirre Siikaveden surviaissääskijäänteiden stratigrafiassa oli alimman cm kerrostuman vähäinen jäänteiden määrä. Aiemmin todettiin kerrostuman ajoittuvan Puulaveden pinnanlaskun jälkeiseen saviaineksen eroosiovaiheeseen. Jäänteiden vähäinen määrä noissa kerrostumissa selittyy joko epäorgaanisen aineksen runsaudesta johtuvalla pohjasedimentin karuuntumisella tai vaihtoehtoisesti eroosiovaiheen runsaan sedimentaation jäänteiden määrää laimentavalla vaikutuksella. Sodan jälkeisenä aikana Siikaveden lajistomuutokset ilmentävät jossain määrin rehevöitymiskehityksen voimistumista seuraavien seikkojen perusteella: (1) Sergentia coracinan populaatio on ollut tasaisen voimakas, (2) Karun pohjan lajit ovat hävinneet 1960-luvun jälkeen ja (3) Tanytarsus-suvun ja Orthocladiinae-ryhmän jäänteiden määrä, ja sitä kautta surviaissääskijäänteiden kokonaismäärä on kasvanut, mikä ilmentää rantavyöhykkeen rehevöitymistä.

13 10 kpl/g k.a cm kpl/g k.a cm Sergentia coracina Mesocricotopus thienemanni Heterotanytarsus apicalis Chaoborus flavicans Tanytarsus sp Orthocladiinae Chironomus thummi-t Kaikki lajit Kuva 11. Eräiden surviaissääskitaksonien pääkapseleiden määrä (kpl/g kuivaainetta) Siikavesi 2:n syvännesedimentin kerrostumissa.

14 11 Puula 193 Puula 193 aineistossa oli yhteensä 43 surviaissääskilajia tai sukua (liite 2). Varsinaisia syvännelajeja esiintyi seitsemän. Näistä ylivoimaisesti runsaslukuisin oli mesotrofiaa ilmentävä Sergentia coracina (39.5 % surviaissääskijäänteiden kokonaismäärästä). Lajin pääkapseleiden määrä grammassa kuiva-ainetta kasvoi dramaattisesti sedimentin syvyydeltä cm (noin luku) ylöspäin, sitä ennen lajin pääkapseleiden määrä oli vähäinen (kuva 12). Seuraava selkeä kasvu lajin pääkapseleiden määrässä tapahtui cm syvyydessä (noin luku), josta eteenpäin laji on ollut valtalaji Puula 193 syvänteessä. Lajin runsastuminen kertoo selkeää kieltä altaan rehevöitymiskehityksestä ja syvänteen kuormituksen lisääntymisestä, ensin järven laskun ja vesitilavuuden pienenemisen seurauksena, ja myöhemmin valuma-alueen maankäytön tehostumisen, ja orgaanisen aineksen sekä ravinnekuormituksen kasvun seurauksena. Samanaikaisesti Sergentian runsastumisen kanssa tapahtui karujen reittivesien syvänteiden tyyppitaksonien, Heterotrissocladius subpilosus, Micropsectra spp. ja Mesocricotopus thienemanni, populaatioiden romahtaminen 4-7 cm syvyydessä ( luvulle mennessä) (kuva 12). Ylimmissä kerrostumissa, 1980-luvun jälkeen näitä lajeja ei enää tavattu lainkaan. Sietokykyisen sulkasääsken (Chaoborus flavicansin) runsastuminen syvänteessä viestittää myös rehevyyden kasvusta. Kaikkien lajien pääkapselimäärää tarkastelemalla havaitaan jäänteitä olleen eniten syvimmissä kerrostumissa, jonka jälkeen seurasi romahdus eläinmäärässä, joko pohjan karuuntumisesta tai runsaasta sedimentaatiosta johtuen. Myöhemmin eläinrunsaudessa tapahtui elpyminen, lähinnä Sergentian runsastumisesta johtuen. Lajistosta voidaan päätellä, että Puulan 193 syvännepohjaeläimistö on muuttunut ajan myötä rajusti. Hyvin karun reittijärven niukkaravinteisuutta ilmentävä pohjaeläinyhteisö on rehevöitymisen myötä vaihtunut lievästi rehevän järven syvännepohjaeläinyhteisöksi 1960-luvulta alkaen. Altaan ekologisen tilan muutos on ollut huomattava ja se näkynee todennäköisesti myös muussa eliöstössä (esimerkiksi piileväjäänteet). Sotien jälkeisenä aikana valuma-alueen maankäytön muutokset sekä muu hajakuormitus, kuten ojitukset, pellonraivaukset, metsälannoitukset, kasvava loma-asutus ja turvetuotantoalueiden kuntoonpano, ovat aikaansaaneet vesistön nuhraantumista ja huonontaneet altaan ekologista tilaa, ja tulosten valossa merkittävää palautumista kohden luonnontilaa ei ole tapahtunut viime vuosikymmenien aikana.

15 12 kpl/g k.a. kpl/g k.a. cm cm Sergentia coracina Heterotrissocladius subpilosus Micropsectra sp Tanytarsus spp Paracladopelma Chaoborus flavicans Kaikki lajit Kuva 12. Eräiden surviaissääskilajien pääkapseleiden stratigrafia havaintoaseman Puula 193 syvännesedimenttikerrostumissa.

16 13 Pohjan biologinen kunto Sedimenttikerrostumien biologista kuntoa ts. jäänteiden sedimentoitumisen aikoihin vallinnutta syvänteen biologista kuntoa ilmaisevien surviaissääski-indeksien, BQI ja CI, arvot ovat vaihdelleet Siikavedellä melko vähän sedimenttiprofiilin kattamana ajanjaksona (kuva 13). Selkein notkahdus alaspäin oli luvulla (5-8 cm), mutta muutos ei ollut silloinkaan suuri, ja tilanne on palautunut myöhemmin. Korkeimmat indeksiarvot mitattiin 1960-luvulla syntyneistä kerrostumista, 3,4 ja 3,5. Molempien indeksien lukuarvot ovat olleet keskimäärin noin kolme eri kerrostumissa. Vaikka CI sisältää enemmän lajeja ja on räätälöity erityisesti Suomen oloihin, se ei tarjonnut Siikaveden tapauksessa merkittävästi tarkempaa mittaria syvänteen ekologisen tilan arviointiin. Yhteenvetona voidaan todeta, että Siikaveden syvänne on ollut koko sedimenttiprofiilin kattaman ajanjakson keskimääräisesti kuormitettu ja lievästi rehevä. Puula 193 syvänteen BQI ja CI, arvot heijastavat huomattavaa ekologisen tilan muutosta, joka alkoi jo 1800-luvun pinnanlaskun seurauksena. Vielä ja luvun vaihteessa (20-21 cm) kuntoindeksien arvot, BQI keskimäärin 4,3 ja CI 4,1, kuvastivat karua ja erittäin hyväkuntoista syvännettä (kuva 14). Siitä eteenpäin kunto alkoi heiketä päätyen 1960-luvulla nykyiselle tasolleen, BQI keskimäärin noin 3,1 ja CI 2,7. Puulan tapauksessa CI-arvot ovat olleet säännöllisesti alhaisempia kuin BQI-arvot, ja enemmän lajeja sisältävä CI kuvastanee tässä tapauksessa tarkemmin altaan biologisen kunnon todellista muutosta. Puulalla on siis tapahtunut iso muutos karusta, niukkaravinteisesta syvänteestä keskimääräisesti kuormitettuun ja lievästi rehevään syvänteeseen. Bio-indeksien informaatioarvo tulee käsittää niin, että ne eivät ole lineaarisia suureita, vaan yhden indeksiyksikön muutos vastaa huomattavaa ekosysteemitason muutosta. BQI CI cm 1-2 cm cm 3-4 cm cm 5-6 cm cm 7-8 cm 8-9 cm 9-10 cm cm cm cm 2000-luku 1990-luku 1980-luku 1970-luku 1960-luku 1950-luku cm cm cm cm Kuva 13. Syvänteen biologista kuntoa ilmentävien BQ- ja CI-chironomidae indeksien arvot havaintopaikan Siikavesi 2 syvännesedimentin kerrostumissa. Lukuarvo 1 ja 2 vastaa rehevää syvännettä, 2,5-3,0 kohtalaisesti kuormitettua syvännettä ja 4,0-5,0 karujen, kirkkaiden ja niukasti kuormitettujen reittijärvien hyväkuntoisia syvänteitä.

17 14 BQI CI cm 1-2 cm cm 3-4 cm cm 5-6 cm cm 7-8 cm 8-9 cm 9-10 cm 11 cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm 2000-luku 1990-luku 1980-luku 1970-luku 1960-luku 1950-luku Puulan pinnan lasku ,5 m Kuva 14. Syvänteen biologista kuntoa ilmentävien BQ- ja CI-chironomidae indeksien arvot havaintopaikan Puula 193 syvännesedimentin kerrostumissa. 4. JOHTOPÄÄTÖKSET Siikaveden ja Puula 193 sedimenttikerrostumat voitiin ajoittaa luotettavasti nokihiukkasmenetelmällä, ja sedimentin vesipitoisuuden ja hehkutusjäännöksen sekä muualta järvestä tehtyjen vertailuajoitusten avulla myös järven ympäristöhistoriaan kuuluva 2,5 m pinnanlasku pystyttiin sijoittamaan kohdalleen sedimenttiprofiilissa. Keskimääräiseksi vuosisedimentaatioksi havaintopaikoilla arvioitiin noin 1,9 mm. Sedimenttiprofiilit kattoivat ajanjakson 1800-luvun lopulta nykypäivään. Järven pinnanlaskua seurasi massiivinen epäorgaanisen aineksen rantaeroosio, joka näkyi syvännesedimentissä savesaineksen kerrostumina. Mittava pinnanlasku on vaikuttanut huomattavasti järven vesitilavuuteen ja sitä kautta ekologisiin prosesseihin, niin että järvi on myöhemmin altistunut voimistuneen hajakuormituksen aiheuttamalle rehevöitymiselle. Molemmille järvialtaille oli yhteistä, että sedimentin orgaanisen ja epäorgaanisen aineksen suhteet ovat vaihdelleet ajan kuluessa. Valuma-alueella tehdyt pellon raivaukset ja metsäojitukset näkyivät 1950-luvulla, 1960-luvulla ja 1980-luvulla epäorgaanisen aineksen osuuden kasvuna sedimentissä, kun taas 1970-luvulla turvetuotannon käynnistyminen valuma-alueella näkyi orgaanisen aineksen osuuden kasvuna sedimentissä. Turvetuotanto voi myös lisätä epäorgaanisen aineksen eroosiota, mikäli kuivatusojitukset ulottuvat mineraalimaahan saakka, ja on mahdollista että sillä on vaikutusta 1980-luvulla tapahtuneeseen sedimentin karuuntumiseen. Sinällään vaihtelut sotien jälkeisenä aikana eivät ole olleet huomattavan suuria, mutta kuitenkin erotettavissa sedimentistä.

18 15 Syvimmissä sedimenttikerrostumissa järvenlaskusta peräisin oleva savesaineksen runsaus oli yhteistä molemmille järvialtaille. Puulan v tapahtunut 2,5 m pinnanlaskun aiheutti rantaeroosion, jonka seurauksena massiivinen epäorgaanisen aineksen sedimentaatio muutti syvännesedimentin vuosikymmeniksi huomattavan karuksi. Vaikutus ulottui jopa 1900-luvun alkupuolelle saakka. Muutoksella on ollut epäilemättä suuri vaikutus syvänteen tilaan ja järven koko ekosysteemiin, joko suoranaisesti sedimentin karuuntumisen vuoksi mutta myös järven vesitilavuuden pienenemisen kautta. Kun valuma-alueen tehostunut maankäyttö ja voimistunut hajakuormitus 1950-luvulta eteenpäin yhdistetään pienentyneeseen vesitilavuuteen, järvi ei ole ekologisessa mielessä enää palautunut pinnalaskua edeltäneeseen tilaansa, vaikka rantavyöhykkeen eroosioprosessit ovat ajan myötä tasaantuneetkin. Paleolimnologisen surviaissääskijäänteiden analyysin perusteella suhteellisen lähellä rantaa, ja Kälkäjoesta virtaavien vesien vaikutuspiirissä sijaitseva Siikavesi 2:n syvänne on ollut koko sedimenttiprofiilin kattaman ajan keskimääräisesti kuormitettu ja lievästi rehevä. Sodan jälkeisenä aikana, 1960-luvulta alkaen Siikaveden lajistomuutokset ilmentävät kuitenkin rehevöitymiskehityksen voimistumista, niin syvänneyhteisön lajistorakenteen muutoksen kautta kuin rantavyöhykkeen rehevöitymistä ilmentävän lajiston jäänteiden selkeän kasvun kautta. Lähellä rantaa olevan sijaintinsa vuoksi voidaan olettaa Siikaveden havaintopaikkaan kohdistuneen järven pinnanlaskun yhteydessä voimakkaampi eroosiosedimenttien kerrostuminen kuin Puula 193:een. Tämä näkyi sedimentissä niin, että tiukka savikerros tuli sedimentissä vastaan noin viisi senttimetriä ylempänä kuin Puula 193:lla. Tämän jälkeen sedimentaatio näyttäisi olleen samansuuruista kuin Puulalla. Koska käytetyllä näytteenottomenetelmällä ei päästy savikerrosta syvemmälle, ei voida sanoa varmasti, onko Siikaveden syvänteen biologinen kunto ollut parempi ennen pinnanlaskua kuin sen jälkeen. Havaintoasemalla Puula 193 syvänteen biologinen kunto on muuttunut järven pinnanlaskun jälkeen selvästi rehevämpään suuntaan, niukasti kuormitetusta ja karusta keskimääräisesti kuormitettuun ja lievästi rehevään. Muutos alkoi 1900-luvun alussa ja kiihtyi hajakuormituksen lisääntymisestä johtuen 1950-luvulle tultaessa. Pinnanlaskun yhteydessä järven vesitilavuus pieneni huomattavasti, mikä lisäsi sen herkkyyttä rehevöitymiselle. Oletettavasti ensimmäiset mittavammat pellonraivaukset ja kaskeamiset tapahtuivat valuma-alueella 1800-luvun lopulla ja 1900-luvun alussa. Lisääntynyt ravinnekuorma yhdessä edelleen jatkuneen rantaeroosion ja pienentyneen vesitilavuuden kanssa lienee käynnistänyt altaan rehevöitymiskehityksen luvulta alkaen tehomaa- ja metsätalouden käynnistyminen, niihin liittyvät ojitukset ja ravinnekuormitus sekä 1970-luvulta eteenpäin turvetuotannon laajamittaiseen käynnistymiseen liittyvä orgaaninen ja ravinnekuormitus kiihdyttivät edelleen rehevöitymiskehitystä. Tulosten valossa tilanne vakiintui nykyiselle tasolleen jo 1960-luvulla, eivätkä sen jälkeen tapahtuneet muutokset valuma-alueen maankäytössä ole juuri vaikuttaneet syvänteen biologisen kuntoindeksin arvoon. Sen sijaan lajitasolla eräät karujen pohjien pohjaeläinlajit hävisivät paikalta lopullisesti lukujen välisenä aikana, johon ajoittuvat merkittävimmät maa- ja metsätalouteen ja turvetuotantoon liittyvät muutokset valuma-alueella. Myöhemmin myös lisääntynyt lomaasutus on lisännyt hajakuormituksen vaikutuksia järvialtaissa.

19 16 Liite 1. Surviaissääskijäänteiden määrä (kpl/g kuiva-ainetta) Siikaveden syvännesedimentin kerrostumissa. Syvyys, cm Ablabesmyia spp. 0,47 1,97 0,35 0,60 1,28 2,03 0,61 0,96 1,78 1,09 0,98 0,28 0,82 1,59 1,13 0,58 Apsectrotanypus trifascipennis (Zett.) - - 0,71-0, ,24 0, ,27 0, Arctopelopia/Conchapelopia spp. - 0,33 1,42 0,91 0,32 1,16-0,72 0,89-0,33 0,14 0,27 0,37 0,28 0,10 Macropelopia sp ,22 0, , Procladius spp. 1,40 0,33 1,42 0,91 0,32 0,58 0,92 0,24-0,73 0,66 0,14 0,14 0,12 0,09 0,10 Chaetocladius sp , , ,28 0,14 0,24 0,57 - Corynoneura scutellata - 0, ,32-0, ,16-0, Cricotopus spp. 0,47 1,31 1,06 0,30 1,28 2,32 0,31 0,48 0,22 1,09 0,82 0,14-0,37 0,66 - Eukiefferiella sp. 0, , Heterotanytarsus apicalis (K.) - 1,31-0,30-0,29-0,48-0,36 0,66-0,14 0, Heterotrissocladius grimshawi (Edw.) - - 0,35-0, , H.maari Br ,71-0, , Heterotrissocladius marcidus (Walk.) 0,47 0,33 0,71 0,30-0,87 0,61-0,22 0,55 0,49 0,56 0,68 0,61 0,09 0,19 Hydrobaenus sp , Mesocricotopus thienemanni (Goetgh.) ,22 0,18 0,16 0,28-0,12 0,19 0,10 Nanocladius bicolor (Zett.) - 0,66 0, , , Parakiefferiella sp. - 0,33 0,35-0,32-1,23 0,48 0,22-0,16 0,14 0,68 0,24 0,19 - Psectrocladius spp. - 0,66 0, ,29 0,31 0,48 0,44 0,18 0,33 0,28 0,95 0,98 0,28 0,10 Zalutschia zalutschicola Lipina 0, Orthocladiinae, others 1,87 1,64 3,90 1,21 4,47 2,32 2,15 2,15 1,56 1,82 1,64 1,80 1,09 0,86 0,66 0,29 Chironomus anthracinus gr ,30-0, Cladopelma viridula (L.) 1,40 0,99 0,35 1,81-0,87 0,92 0,72 0,89 0, ,37 0,09 - Cryptochironomus defectus gr , ,16 0,14 0,14-0,09 0,10 Dicrotendipes modestus (Say) - 0, ,32 0, , ,14 0,37 0,09 - Glyptotendipes spp. - 0, , ,10 Harnischia curtilamellata (Mall.) , ,10 Lauterborniella agrayloides (K.) ,10 Microchironomus tener (K.) , Microtendipes spp. 0, ,32-0, ,55 0,16-0,14 0,24-0,19 Pagastiella orophila (Edw.) 0,47 0, , ,22 0,36-0, Paracladopelma nigritula gr ,48 0, , Parachironomus arcuatus (Goetgh.) , Paralauterborniella nigrohalteralis (Mall.) ,61-0, Polypedilum pullum (Zett.) 0,93 0,99 1,06 0,30 0,32 1,16 0,31 0,96-0,36 0,33 0,14 0,14 0,24 0,47 - Sergentia coracina (Zett.) - 1,31 1,06 1,51 2,55 0,58 1,23 0,96 0,44 1,27 0,98 0,97 0,68 0,98 0,09 0,10 Stenochironomus , , Stictochironomus sp , ,09 - Pseudochironomus prasinatus (Staeg.) , Constempellina brevicosta 0, ,30-0,29 1, ,14 0,37 0,19 - Micropsectra spp , , Stempellinella minor (Edw.) 0,47 0,33 0,71-0,32 0,29 0,31 0, , ,10 Stempellina bausei (Br..) 0,93 1,31 0,71 0,60 0, ,49 0,14 0,27-0,09 - Tanytarsus spp. 4,20 6,57 4,96 5,44 7,02 4,05 8,59 5,49 4,00 2,36 2,79 1,39 1,91 3,66 1,22 0,77 Chaoborus flavicans (Mg) 0,47 0,33 1,06 0,91 0,32 0,87 0,61 1,19-0,18-0,56 0,27 0,49 0,19 - Yhteensä 15,40 22,33 21,62 16,03 22,96 19,97 20,86 16,96 13,12 12,36 11,48 7,77 10,08 13,07 6,78 2,98

20 17 Liite 2. Surviaissääskijäänteiden määrä (kpl/g kuiva-ainetta) Puula 193 syvännesedimentin kerrostumissa Ablabesmyis longistyla (Fitkau) , , ,417 Ablabesmyia spp. 5,57 1,94 0,54 0,46 1,44-0,28 1,84 0,86 0,81 0,50 0,97 0,51 0,71 0,10 2,12 1,67 Arctopelopia/Conchapelopia spp ,72 0,85 0,28 0,37 0,21 0,41 1,00 0, ,48 0,35 - Procladius spp. - 0,65 1, , , ,06 - Macropelopia sp , ,353 0,417 Monodiamesa bathyphila (K.) - - 0, , , Protanypus morio (Zett.) , ,34 0,18-0,35 0,83 Chaetocladius sp , Cricotopus spp. - 0,65-0,46 1,44 1,70 1,14 0,74 0,21-2,51 0,39 1,20 0,35 0,39 2,47 3,76 Corynoneura coronata (Edw.) ,719 0,425 0,568-0,43 0, ,193 0,171 0,353 0, Eukiefferiella sp , Heterotanytarsus apicalis (K.) - 0,65 0,54 0, ,57 0,37-0,20 0,25 0,19 0,86 0,18-0,71 0,42 Heterotrissocladius grimshawi (Edw.) ,284-0, Heterotrissocladius marcidus (Walk.) - - 1,08 0,93 1,44-0,57 1,11 0,21 0,61 2,01 1,16 2,06 0,88 0,39 0,71 2,50 H. subpilosus (K.) ,28-0,21 1,02-0,39 2,06 0,88 0,87 6,35 5,42 Limnophyes sp , Mesocricotopus thienemanni (Goetgh.) 2, , ,25-0,17-0,29-0,83 Nanocladius bicolor (Zett.) , ,353 - Orthocladiinae, others - 0,65 3,25 1,86 2,16 0,42 0,57 1,47 1,29 1,22 1,25 0,77 0,34 0,71 0,96 3,88 1,67 Parakiefferiella sp ,46 0, ,37 0,21-0,75 0,19-0,35-1,76 1,25 Psectrocladius spp. - 0,65 0,54 0,93 0,72 1,27 0,57 0,37 0,64 0,41 0,50 0,19 0,17 0,53 0,39 1,06 - Zalutschia zalutschicola Lipina , Chaoborus flavicans (Mg) - 0,65 0,54 0,93 0,36 0,42 0,28-0,21 0,20-0,19 0,34 0, Chironomus anthracinus gr , Cladopelma viridula (L.) - 0, , , ,71 - Glyptotendipes spp ,19 0, Cryptochironomus defectus gr. - 0, , , ,19 0,17-0,10 1,06 0,42 Constempellina brevicosta , , ,171-0,096 0,353 0,417 Dicrotendipes modestus (Say) - 0, ,39 0,34 0,18 0,10 2,12 1,67 Micropsectra spp ,08-0,28 0,37-0,81 0,50 0,97 1,20-0,48 7,77 5,84 Microtendipes spp. - 0, ,36 0, ,18 0, Parachironomus arcuatus (Goetgh.) , Pagastiella orophila (Edw.) ,42 Paracladopelma nigritula gr ,34-0,10 0,35 - Polypedilum pullum (Zett.) - - 0,542 0, , ,482 1,059 0,835 P. sordens (v.d. Wulp) , ,19-0, Polypedilum spp , ,25 0,19-0, Pseudochironomus prasinatus (Staeg.) , ,71 - Stempellinella minor (Edw.) - 0, ,72-0, , ,35 - Sergentia coracina (Zett.) 19,49 13,60 9,21 19,51 14,74 11,04 6,82 14,37 13,97 7,95 12,55 11,80 5,48 5,82 0,48 1,06 0,42 Stictochironomus sp. - 0,65-0, ,20 0,25-0, Stempellina bausei (Br..) ,35 - Tanytarsus spp. - 3,24 5,96 4,65 4,68 1,70 0,85 4,05 0,86 1,02 3,26 0,97 2,57-0,96 8,47 6,26 Yhteensä 27,85 26,56 23,83 32,52 33,09 18,27 14,5 26,9 21,07 16,5 26,09 19,73 19,53 12,35 7,03 45,89 35,47

21 18 LÄHDELUETTELO Hynynen, J Anthropogenic changes in Finnish lakes during the past 150 years inferred from benthic invertebrates and their sedimentary remains. PhD-thesis, University of Jyväskylä. Jyväskylä studies in biological and environmental science p Meriläinen J.J. and Hamina V Recent environmental history of a large, originally oligotrophic lake in Finland: A paleolimnological study of chironomid remains. J. Paleolim. 9: Meriläinen J.J., Hynynen J., Teppo A., Palomäki A., Granberg K. and Reinikainen P Importance of diffuse nutrient loading and lake level changes to the eutrophication of an originally oligotrophic boreal lake: a palaeolimnological diatom and chironomid analysis. J. Paleolim. 24: Meriläinen J.J., Hynynen J., Palomäki A., Veijola H., Witick A., Mäntykoski K., Granberg, K. and Lehtinen K Pulp and paper mill pollution and subsequent ecosystem recovery of a large boreal lake in Finland: a palaeolimnological analysis. J. Paleolim. 26: Meriläinen J., Hynynen, J., Palomäki, A., Mäntykoski K. and Witick A Environmental history of an urban lake: a palaeolimnological study of Lake Jyväsjärvi, Finland. J. Paleolim. (in press). Paasivirta, L Propsilocerus species in Finland, with a chironomid index for lake sediments. In: Hoffrichter, O. (ed.). Late 20th Century on Chironomidae: an Anthology from the 13th International Symposium on Chironomidae, pp Pajunen, H Järvisedimentit kuiva-aineen ja hiilen varastona. Geologian tutkimuskeskus, tutkimusraportti 160/2004. s Renberg, I. & M. Wik, Dating recent lake sediments by soot particle counting. Verh. int. Ver. Limnol. 22: Sæther O Chironomid communities as water quality indicators. Holarct. Ecol. 2: Wiederholm T Use of benthos in lake monitoring. J. Wat. Pollut. Cont. Fed. 52:

22 Liitekuva 1. Limnos-noutimella otettua sedimenttiä Siikaveden syvänteestä (kuva: Antti Haapala).

23 Liitekuva 2. Limnos-noutimella otettua sedimenttiä Siikaveden syvänteestä (kuva: Antti Haapala).

24 Liitekuva 3. Ekman-noutimella otettua sedimenttiä Puulaveden Kaiskonselältä. Huomaa sedimentin vähäisyys suhteessa saven runsauteen. Monilla Puulaveden alueilla voimakkaat pohjavirrat huuhtovat pohjaa, niin että saven päälle muodostuneet sedimenttikerrostumat jäävät ohuiksi (kuva: Antti Haapala).