Sekoitushapetus Vesijärven Enonselällä - Kolmen vuoden kokemuksia

Transkriptio

1 Sekoitushapetus Vesijärven Enonselällä - Kolmen vuoden kokemuksia Limnologipäivät , Helsinki Pauliina Salmi Lammin biologinen asema Ismo Malin Lahden seudun ympäristöpalvelut Kalevi Salonen Jyväskylän yliopisto

2 Einselen, Ohlen ja Mortimerin 7-vuotinen oletus - Redox-potentiaalin ollessa riittävän korkea Fe(III) sitoo suuren osan fosforista pysyvästi sedimenttiin - Hapen loppuessa sedimentin fosfori vapautuu veteen ja johtaa rehevöitymisen kiihtymiseen

3 Hypoteesi Sekoituspumppauksella voidaan luoda olosuhteet, joissa Enonselän happipitoisuus pysyy koko ajan niin korkeana, että fosforin (P) liukeneminen sedimentistä rajoittuu ja levien määrä vähenee

4 Sekoittimet - 9 pumppua n. 3 m syvyydessä (à 1,5-,5 kw) - Täyskiertoaikoja lukuun ottamatta toiminnassa ympäri vuoden

5 O C Talvi Kesä O C O C 15 O C Putken alaosa on n. 1 m sedimentin yläpuolella Hapekasta pintavettä pumpataan syvempiin vesikerroksiin 1 m 3 s -1

6 Happi (g m -3 ) Happi (g m -3 ) Syvän veden (9 m) happi-, rauta ja ravinnepitoisuuksien yhteys Rauta (mg m -3 ) Kok-P, PO -P (g m -3 ) Happi (g m -3 ) Happi (g m -3 ) Kok-N, NH -N (g m -3 ) NO 3 -N (g m -3 ) Talvi:.6 Rauta PO -P Kok-P.. 6 NH -N Kok-N NO 3 -N.. Sekoitus piti syvänteet hyvin hapellisina ja ravinnepitoisuudet alhaisina P-, N- ja Fe-pitoisuudet nousivat hapettomina talvina voimakkaasti >>Siis klassisen käsityksen mukainen P:n sitoutuminen sedimenttiin Happi Sekoitus

7 Happi (g m -3 ) Happi (g m -3 ) Syvän veden (9 m) happi-, rauta ja ravinnepitoisuuksien yhteys 5 1 Kok-P, PO -P (g m -3 ) Rauta (mg m -3 ) DO (g m -3 ) DO (g m -3 ) 5 1 Kok-N, NH -N (g m -3 ) NO 3 -N (g m -3 ) 1 1 Kesä: Kok-P PO -P Rauta Happi Sekoitus Kok-N NH -N NO 3 -N.. Sekoitus ei estänyt hapen voimakasta kulumista Fosfori Hapettomien vertailuvuosien välillä suuria eroja P:n ja Fe:n välillä selkeä yhteys Sekoitus ei juurikaan vaikuttanut pitoisuuksiin >> Kesän aikainen sedimentaatio ratkaisee alusveden fosforimäärän - ei alusveden hapettomuus Typpi Kok-N ja NH -N vaihtelivat vertailuvuosina vähän Sekoitusvuosina ne vähenivät NO 3 -N kohosi sekoitusvuosina >>Sekoitus johti huomattavaan denitrifikaatioon

8 Syvässä vedessä sekoitus paransi ravinnetilannetta Entä koko Enonselän altaassa?

9 Tammi Helmi Maalis Huhti Touko Kesä Heinä Elo Kok-P (tonnia) Kok-P (tonnia) Ravinteiden vuodenaikainen käyttäytyminen Päällysvesi (-1.5 m): Vaihtelu -9 Mediaani -9 Kok-N (tonnia) Kok-N (tonnia) Tammi Helmi Maalis Huhti Touko Kesä Heinä Elo Alusvesi ( m): Kokonais-P-massa nousi kesällä päällysvedessä ja vielä enemmän alusvedessä Sekoitus ei vaikuttanut P-massoihin Kokonais-N-massa pysyi päällysvedessä lähes vakiona, mutta nousi alusvedessä Sekoitus pienensi N-massoja erityisesti alusvedessä (ei silti N-rajoitteiseksi) >> Alusveden hapettomuus ei lisää päällysveden fosforimäärää

10 Fosforimäärän loppukesän nousun syyt 1. (Hapettoman) alusveden sedimentistä liukeneva fosfori. Päällysveden sedimentistä liukeneva fosfori

11 Lämpötila 9 m syvyydessä ( o C) Lämpötila 9 m 16 1 Vaihtelu -9 Mediaani KESÄ HEINÄ ELO Sekoittamattomina vuosina ei kesän aikana paljoakaan kohonnut >> ei merkittävää ravinteiden kulkeutumista päällysveteen Jos vuosina -1 olisi sekoitettu elokuun alusvesi kesäkuun alun päällysveteen, päällysveden P-pitoisuuden nousu olisi havaitun 66 %:n mediaanin sijaan ollut 16 % >> Alusveden ravinteilla ei siis ole Vesijärven päällysvedessä suurta roolia

12 Tammi Helmi Maalis Huhti Touko Kesä Heinä Elo ph Päällysveden happamuus Vaihtelu -9 Mediaani ph:ssa >8 9 fosforia voi liueta sedimentistä (esim. MacPherson ym. 1958, Christophoridis & Fytianos 6) >> Sekoitus ei vaikuttanut päällysveden happamuuteen

13 Fosforimäärän loppukesän nousun syyt 1. (Hapettoman) alusveden sedimentistä liukeneva fosfori - ei suurta roolia Vesijärvellä. Päällysveden sedimentistä liukeneva fosfori - todennäköisesti tärkeässä roolissa 3. Ulkoisen kuormituksen fosfori - tärkeässä roolissa

14 5 1 Kasviplanktonbiomassa (g m -3 ) Klorofylli a (mg m -3 ) Kok-P (Tonnia) Sinilevätbiomassa (g m -3 ) Kok-N (Tons) Päällysveden keskimääräinen kokonais-p- ja -N-pitoisuus sekä levien määrä kesä-elokuussa P Keskiarvo Vaihteluvälit Sekoitus N 8 Chl a Sinilevät 8 6 Ei selkeää yhteyttä ravinne- ja levämuuttujien välillä Sekoitusvuosina tulokset eivät menneet ainakaan huonompaan suuntaan

15 Yhteenveto sekoituksen vaikutuksista Hyvää Teho talvella riittävä - happipitoisuus pysyy korkeana Vähentää talven syvän veden ravinnepitoisuuksia Syvän veden happiolot ovat kesälläkin kohenemassa Pohjaeläimistö toipuu Typenpoisto tehostuu erityisesti kesällä Huonoa Kesällä kylmän väliveden kalojen habitaatti tuhoutuu Ei vaikuttanut fosforipitoisuuksiin Einselen, Ohlen ja Mortimerin 7-vuotinen hypoteesi ei siis ole Enonselällä keskeisessä roolissa Muuta - Kesällä sekoitustehoa ei voi lisätä, ettei järvestä tulisi jatkuvasti sekoittuva - Erityisesti päällysveden sedimentin merkitystä järven ravinnetaloudessa on syytä täsmentää

16 Johtopäätökset Einselen, Ohlen ja Mortimerin esittämä rauta-fosfori-mekanismi sedimentin ja veden välisen fosforin vaihdon säätelijänä toimii Vesijärven syvänteissä Alusveden hapettomuus ei silti ole pääsyy Vesijärven leväongelmiin, koska syvimpien alueiden tilavuus on niin pieni osa järven kokonaistilavuudesta, että rauta-fosfori-mekanismin merkitys jää muiden tekijöiden varjoon (<1%) Tästä seuraa, että Vesijärvellä päähuomio on syytä kiinnittää päällysveden pohjakerrostumiin ja ulkoiseen kuormitukseen Sekoitushapetus ei vaikuta olennaisesti Vesijärven päällysveden fosforipitoisuuksiin Sekoitushapetuksella on muita vaikutuksia (esim. kasviplanktoniin, pohjaeläimistöön ja kaloihin), joista tarvitaan pidemmän aikavälin tutkimustuloksia Tulokset osoittavat, että pitkäjänteisellä ja monipuolisella lähestymistavalla voidaan saada tuloksia, jotka antavat perusteltuja mahdollisuuksia toimia järven olosuhteiden kohentamiseksi

17 Viitteet: Christophorodis C, Fytianos K. 6. Conditions affecting the release of phosphorus from surface lake sediments. J. Environ. Qual. 35: Einsele W Über die Beziehungen des Eisenkreislaufs zum Phosphatkreislauf im eutrophen See. Arch. Hydrobiol. 9: MacPherson LB, Sinclair NR, Hayes FR Lake water and sediment. III The effect of ph on the partition of inorganic phosphate between water and oxidised mud or its ash. Limnol. Oceanogr. 3(3): Mortimer CH The exchange of dissolved substances between mud and water in lakes. J. Ecol. 9():8 39. Ohle W Sulfat als Katalysator des limnischen Stoffkreislaufes. Vom Wasser 1: 13 3.