Ravintoketjukunnostus vesistön tilan kohentajana. Pia HögmanderH

Transkriptio

1 Ravintoketjukunnostus vesistön tilan kohentajana Pia HögmanderH BIOP104 Limnologian perusteet luento

2 Sisält ltö Teoriaa ja käsitteitk sitteitä Ravintoketjukunnostus (mitä?? missä?? milloin?) Esimerkkitapauksia Toimiiko? Kustannukset ja vaihtoehdot

3 Ravintoketju petokala PEDOT planktonsyöjäkala KASVISSYÖJÄT eläinplankton PERUSTUOTTAJAT kasviplankton

4 Ravintoverkko

5 Ravintopyramidi PEDOT KASVISSYÖJÄT PERUSTUOTTAJAT

6 Ravintoketjuteoria (Food chain theory, Hairston et al Am.Nat.. 94: ) P Predators Consumers C R Reproducers

7 Trophic cascade (Carpenter et al Bioscience 35: ) 638) ravintoketjun yläpää äässä tapahtuva muutos kulkeutuu läpi l ketjun

8 Ravintoketjussa parillinen määrä tasoja vesiekosysteemeissä usein 4 perustuotanto voi olla kuluttajien sääs äätelemä kuluttajasää äätely = top-down Ravintoketjussa pariton määrä tasoja perustuotanto on resurssien (tila, valo, ravinteet) säätelemää resurssisää äätely = bottom-up

9 Kuluttajasää äätely = Top down esimerkiksi kalat sääs äätelevät saalistuksellaan eläinplanktonia, jotka säätelevät t kasviplanktonia eliöiden iden ravinnon tai ravinteiden hankinta ja kulutus sääs äätelee sekä eri tuotantotasojen koostumusta että biomassaa

10 Resurssisää äätely = Bottom up esimerkiksi eläinplanktonin määm äärää säätelee tarjolla oleva ravinto eli kasviplanktonin määm äärä vesistön n tuottavuus ja siis ravinteiden määrä säätelee sekä eri tuotantotasojen koostumusta että biomassaa

11 Resurssisää äätely Fosforin määrä vs. järven levätuotanto Dillon & Rigler (1974)

12 Resurssisäätely Kalojen määrä vs. järven tuottavuus Helminen et al Verh. Internat.Verein.Limnol. 27:

13 Kuluttajasää äätely planktonsyöjäkalojen vaikutus Säkylän Pyhäjärvi Säkylän Pyhäjärvi Biomassa (x1000 kg) Biomassa (x1000 kg) Planktonsyöjäkaloja (x1000 kg) Planktonsyöjäkaloja (x1000 kg) Kalojen ravinnonkulutus Eläinplankton Kasviplankton Sarvala et al Hydrobiologia 363:

14 Kaksi tasapainotilaa (two eqilibria, Scheffer et al ) Oligotrofinen (vähärävinteinen) Hypereutrofia (rehevä) Ravinteet Sameus Scheffer, M., Hosper, S. H., Meijer, M.-L., Moss, B., and Jeppesen, E Alternative equilibria in shallow lakes. Tree 8,

15 Ravintoketjuteoria & kaksi tasapainotilaa P 2 P 1 C 1 R Torpström & Lappalainen 1992

16 Rehevöitynyt järvij veden korkea fosfori ja a-klorofyllipitoisuus levähaittoja runsas särkikalavaltainen kalasto sameus uposkasvien vähyys happikatoja

17 Rehevöityminen Ravinnekuormitus (fosfori) kasvattaa järven j perustuotantoa ja varastoi ravinteita pohjasedimenttiin Ravinteiden saatavuus leville lisää ääntyy Särkikalojen määm äärä kasvaa ja petokalojen osuus pienenee Eläinplanktonin laidunnus heikkenee Vaikka ulkoinen ravinnekuormitus loppuisikin, niin järven j sisäinen inen kuormitus voi ylläpit pitää rehevyyttä (kalaston suorat ja epäsuorat vaikutukset)

18 Sisäinen inen kuormitus Pohjanläheinen happikato, leväkukintoihin liittyvä veden ph-tason nousu sekä pohjalla ruokailevat särki- ja lahnaparvet kiihdyttävät ravinteiden vapautumista sedimentistä veteen Leville käyttökelpoisten ravinteiden määrä kasvaa myös kalojen ulosteiden mukana

19 Rehevöityminen

20 RAVINTOKETJUKUNNOSTUS eli BIOMANIPULAATIO Shapiro et al (biomanipulation, food web management) Kairesalo ym. 1990, Helminen ym (ravintoketjukunnostus) eliöstöön kohdistuvat toimet, joilla pyritään parantamaan rehevöityneiden vesistöjen veden laatua

21 Ravintoketjukunnostuksen toteutus Toimenpiteet kohdistuvat ravintoketjujen yläpäähän (kaloihin) Tehokalastus (poistopyynti) Saalistavoite rehevyystasosta Riippuen kg/ha/v Petokalojen istuttaminen Tuetaan tehokalastuksen vaikutuksia Hoitokalastus Pyritään ylläpitämään hyvää tilannetta tehokalastuksen jälkeen

22 Ravintoketjukunnostus Kalojen määrän vähentämisellä pyritään: 1) Vähentämään kalojen saalistusta planktoneläimiin (suuret vesikirput), jotka osaltaan säätelevät ravintonsa eli levien esiintymistä Levät eivät pysty lisääntymään tehokkaasti niihin kohdistuvan laidunnuksen takia

23 ENNEN Ravintoketjukunnostus

24 JÄLKEEN Ravintoketjukunnostus

25 Kalojen määm äärän n vähentv hentämisellä pyritää ään: 2) Vähentämään pohjasta ravintoaan etsivien kalojen sedimentin pöllyttämistä ja ravinteiden kierrätystä 3) Poistamaan kaloihin sitoutuneita ravinteita etenkin fosforia 4) Hidastamaan ravinteiden kiertoa sedimentistä veteen kalojen ulosteiden muodossa ja happitilanteeseen vaikuttamalla Biomanipulaatio vaatii tuekseen ulkoisen ravinnekuormituksen vähentämisen

26 Tehokalastuksen vaikutukset?

27 Esimerkkitapauksia Näkinpartaislevän runsastuminen ravintoketjukunnostuksen jälkeen Hollantilaisessa järvessä 1979 ulkoinen kuormitus laski puoleen entisestä 1993 tehokalastus Noordhuis & Hosper SIL conference Melbourne, Australia

28 Esimerkkitapauksia Vesijärven Enonselkä ravinnekuormitus väheni 1976 tehokalastus särki väheni 80% kuore väheni 84% näkösyvyys parani 1.5 => 3.5 m totp laski 60 => 30 µg/l EI kuitenkaan vaikutuksia eläinplanktonissa -> kalojen poistolla on siis muitakin vaikutusreittejä kuin planktonketjumekanismi (Horppila et al Ecological Restoration 6: )

29 Jyväsj sjärvi ravinnekuormitus Salonen et al kg P d Esimerkkitapauksia Asumajätevedet Teollisuus Hajakuorma

30 Esimerkkitapauksia Jyväsj sjärvi kasviplanktonin määrä a-klorofylli mg m -3 Keränen Jyväskylän yliopisto, Bio- ja ympäristötieteiden laitos.

31 Esimerkkitapauksia Jyväsj sjärvi kokonaisfosfori vs. a-klorofylli a-klorofylli mg m , kokonaisfosfori mg m -3 Pienet herbivorit SH-kerrostunut Suuret herbivorit LH-kerrostunut 1970-luku 1980-luku 1990-luku 2000-luku ennen kalastusta Salonen et al

32 Esimerkkitapauksia Jyväsj sjärvi TEHOKALASTUKSEN TOTEUTUS tn (160 kg/ha) 28 tn (84 kg/ha) 22 tn (65 kg/ha) YHTEENSÄ 104 tn -> 309 kg/ha

33 Esimerkkitapauksia Jyväsj sjärvi Särkikanta, biomassa kg kg alku 2004 loppu 2005 alku 2005 loppu 2006 alku 2006 loppu kg/ha

34 Esimerkkitapauksia Jyväsj sjärvi Ahvenkanta, biomassa kg kg alku 2004 loppu 2005 alku 2005 loppu 2006 alku 2006 loppu kg/ha

35 Esimerkkitapauksia Jyväsj sjärvi a-klorofyllin ja fosforipitoisuuden suhde 100 SH-kerrostunut Pienet herbivorit a-klorofylli mg m ,1 Tavoitetta ei saavutettu LH-kerrostunut Suuret herbivorit 1970-luku 1980-luku 1990-luku 2000-luku ennen kalastusta 2000-luku jälkeen kalastuksen kokonaisfosfori mg m -3 SH ja LH-yhteisöjen rajaviivat Mazumder 1994 CJFAS 51: mukaan.

36 Esimerkkitapauksia Jyväsj sjärvi Eläinplanktonyhteisöt: SH vs. LH Pienet herbivorit Suuret herbivorit -- Biomanipulaation vaikutukset eläinplanktonyhteisöön jäivät vähäisiksi. Kriteerit Mazumder 1994 CJFAS 51: mukaan.

37 Miten usein kunnostus onnistuu? Meijer ym.. (1999): 18 biomanipulaatioprojektia Hollannissa 8 tapauksessa vesi kirkastui selvästi 8 muussa vähän 2 ei lainkaan 6 kirkastuneista järvistä neljässä tapauksessa vesi sameni uudelleen

38 Miten usein kunnostus onnistuu? HOKA-projekti (RKTL, ympäristökeskukset, TE-keskukset): , 14 järveä tai järviallasta leväbiomassa aleni ja näkösyvyys kasvoi 7 tapauksessa (Olin 2005)

39 Miten usein kunnostus onnistuu? Mehner et al. (2002): Ravintoketjukunnostusten keskimää ääräinen onnistumisaste on n. 60%

40 Miksi ei aina onnistukaan? kalastus on ollut alitehoista ei löydykään toista tasapainotilaa järvien ravintoverkot ovat paljon monimutkaisempia kuin teoria olettaa lajien väliset vuorovaikutukset, omnivoria, mikrobit Lajistoerot

41 Miksi ei aina onnistukaan? syvissä järvissä vaikutukset usein heikompia (anaerobinen fosforin vapautuminen pohjalietteestä) ulkoa tuleva häiriö, ravinnekuormitus suuri (kriittinen raja-arvo g P/m 2 /a, Benndorf 1987) palautuminen on nopeaa Chaoborus-sulkasääsken predaatio

42 Kunnostuksen onnistumiseen vaikuttavia tekijöit itä Ekosysteemin tilan pysyvyys (stability) kuinka pysyvä tasapainotila on yleensä systeemin kompleksisuus ylläpitää stabiiliutta Ekosysteemin palautumiskyky (resilience) kuinka nopeasti systeemi palautuu tasapainoon häiriön jälkeen Ekosysteemin vastustuskyky (resistance) kuinka hyvin kykenee vastustamaan häiriötä

43 Esimerkkitapauksia kalaston palautumisesta biomanipulaation jälkeen Bleiswijkse Zwemlust Noorddiep tehokalastus tehokalastus tehokalastus Meijer, M.-L et al Neth. J. Aquat. Ecol. 29:

44 Selkärangattomat pedot Selkärangattomat pedot kuten Chaoborussulkasääsken toukat ja Leptodora petovesikirput ovat kalojen suosimaa ravintoa. Kun kalabiomassa vähenee, niin selkärangattomat pedot voivat lisääntyä ja rajoittaa leviä syövien eläinplanktonlajien runsastumista.

45 Selkärangattomat pedot Ennen biomanipulaatiota Vähän leviä syövää eläinplanktonia Paljon planktonia ja selkärangaton petoja syöviä kaloja Paljon kasviplanktonia

46 Selkärangattomat pedot Biomanipulaation jälkeenj Edelleen vähän leviä syövää eläinplanktonia Vähän planktonia ja selkärangaton petoja syöviä kaloja Selkärangattomat pedot pääsevät runsastumaan Edelleen paljon kasviplanktonia -> kunnostuksen tavoitteita ei saavutettu

47 Selkärangattomat pedot Cladoceran production Consumption by C. flavicans 2001 µg C l -1 d MJ J A SO MJ JASO M J J A SO

48 Kustannukset /kg Vesitalous /kg Järvien kunnostus-kirja 2005 Vaikuttavia tekijöitä mm. järven ominaispiirteet ja käytettävät kalastusmenetelmät Verrattava hyötyihin (virkistyskäytön paraneminen, arvokalojen osuuden nousu kalansaaliissa, maan arvon nousu rannoilla)

49 Kustannukset Pohjalampi Köyliöjärvi Vesijärvi (Enonselkä) Toteutusaika Järven pinta-ala (ha) Kokonaissaalis (kg) Hehtaarisaalis (kg/ha) Kalastuksen kustannukset (mk) Kalastuksen kustannukset ( /kg) (mk/kg) Kalastuksen kesto (vuotta) Kok. P -pitoisuus kesällä n ,50 n. 1,80 3,

50 Muut rehevöitymishaittoja vähentävät kunnostusvaihtoehdot Järven ilmastus, veden kierrätys Fosforin kemiallinen saostus järvessä Alusveden poistaminen Ruoppaus Kipsaus, savipeitto Pohjasedimentin pöyhintä Vesikasvillisuuden poistaminen

51 Miksi ei aina onnistukaan? Ravintoverkon kompleksisuus (Food Web Theory)