Raportin laatija. Toni Roiha, hydrobiologi, Mikkelin seudun ympäristöpalvelut

Transkriptio

1

2 1 Raportin laatija Toni Roiha, hydrobiologi, Mikkelin seudun ympäristöpalvelut Hankeryhmä Antti Haapala, hydrobiologi, Etelä-Savon Ely-keskus Hanna Pasonen, ympäristöpäällikkö, Mikkelin seudun ympäristöpalvelut Heikki Tanskanen, ympäristösuunnittelija, Mikkelin seudun ympäristöpalvelut Juho Kotanen, erikoissuunnittelija, Etelä-Savon Ely-keskus Teemu Tuovinen, ympäristöinsinööri, Etelä-Savon Ely-keskus Timo Huttula, prof., Suomen Ympäristökeskus Ohjausryhmä Aki Kauranen, Mikkelin seudun kehityshankerahasto Arja Koistinen, Keski-Suomen Ely-keskus Hanna Pasonen, Mikkelin seudun ympäristöpalvelut / Mikkeli Jari Marja-Aho, Vapo Oy Jouni Lintunen, Mikkelin seudun ympäristöpalvelut / Kangasniemi Jukka Partanen, Joutsan kunta Kalevi Puukko, Puulan kalastusalue Pekka Sojakka, Etelä-Savon Ely-keskus Reima Välivaara, Keski-Suomen liitto Sanna Poutamo, Etelä-Savon maakuntaliitto Taneli Rasmus, Joutsan kunta Tarja Hämäläinen, Suomen Metsäkeskus, Etelä-Savo Timo Marjomäki, Jyväskylän yliopisto Rahoittajat Etelä-Savon Ely-keskus Etelä-Savon maakuntaliitto Joutsan kunta Keski-Suomen liitto Mikkelin seudun ympäristöpalvelut Mikkelin seutuvaliokunta Puulan kalastusalueet /osakaskunnat Vapo Oy

3 Sisällys 1 Johdanto Menetelmät Tutkimusalue Näytteenotto & Analyysit Tutkimusalueen maankäyttömuodot Ravinne-, kiintoaine- ja hiilipitoisuudet Pitoisuuksien vaihtelu tutkimusalueella Aikasarjat Valuma-alueiden maankäytön vaikutus kuormitukseen Ravinne-, kiintoaine ja hiilikuormitukset Kuormituksen ajallinen ja paikallinen vaihtelu tutkimusalueella Kuormituslähteiden kuormitusmäärät ja -osuudet Paleolimnologia Tulokset Tutkimusalueen maankäyttö Turvemaiden ja soiden ojitukset Uudishakkuut Metsien ojitukset Turvetuotantoalueet Ravinne-, kiintoaine ja hiilipitoisuudet Pitoisuuksien vaihtelu tutkimusalueella Pitoisuuksien vaihtelu viime vuosikymmenten aikana Valuma-alueen vaikutus vedenlaatuun Ravinne-, kiintoaine ja hiilikuormitukset Kuormituksen ajallinen vaihtelu Valuma-alueiden välinen vaihtelu Kuormituslähteiden kuormitusmäärät ja osuudet VEMALA (V1) mallilla tarkasteltuna Paleolimnologia Johtopäätökset Tutkimusalueen maankäyttö Ravinne-, kiintoaine- ja hiilipitoisuudet Pitoisuuksien vaihtelu Länsi-Puulan alueella Pitoisuuksien muutokset viime vuosikymmenten aikana Kälkäjoen valuma-alueelta Puulan keskusaltaalle Valuma-alueen vaikutus (PCA ja korrelaatioanalyysit) Ravinne-, kiintoaine- ja hiilikuormitus Kuormituksen ajallinen ja paikallinen vaihtelu Kuormituslähteiden kuormitusmäärät ja osuudet Paleolimnologia Hoitotoimenpiteet Lähteet Liitteet Reitti: Pihlaspuru - Pieni-Pajulampi - Pajulampi (Keronlampi) - Pajupuru - Kälkäjoki Pihlaspuru Pieni-Pajulampi Pajulampi (Keronlampi) Pajupuru Kälkäjoki Reitti: Mustajoki - Ala-Kälkäjärvi - Kälkäjoki Mustajoki Ala-Kälkäjärvi Kälkäjoki Reitti: Siikavesi1 - Siikavesi2 - Puula3 - Puulavesi Siikavesi Siikavesi Puula Puulavesi Liitteet

4 3 Termistö: BQI CI COD Benthic quality index. Surviaissääskilajistoon perustuva pohjanlaatu indeksi, joka kuvaa elinympäristön biologista kuntoa. Chironomidae index. Erityisesti Suomen oloihin ja lajistoa silmällä pitäen kehitetty surviaissääskilajistoon perustuva biologisen elinympäristön kuntoa kuvaava indeksi. Chemical oxygen demand. Kemiallinen hapenkulutus mittaa vedessä olevien kemiallisesti hapettuvien aineiden määrää. CORINE2006 Corine Land Cover Koko Suomen maankäyttöä ja maanpeitettä vuosien kuvaava paikkatietoaineisto. DOC Dissolved organic carbon. Kuvastaa µm suodattimen lävitse suodattunutta liuenneen orgaanisen hiilen määrää. FNU Formazin Nephelometric Unit. Veden kirkkautta kuvaavan sameuden standardoitu yksikkö (SFS-EN ISO 7027). HPC1 HPC2 IDW KOK-N KOK-P Korrelaatio analyysi NH 4 NO 2-3 PCA r-arvo RPC1 RPC2 SYKE TOC VEMALA Mitatuista humuspitoisuusaineistosta (väriluku, COD, DOC ja TOC) raporttiin luotu ensimmäinen muuttujaryhmä eli pääkomponentti. Mitatuista humuspitoisuusaineistosta (väriluku, COD, DOC ja TOC) raporttiin luotu toinen muuttujaryhmä eli pääkomponentti. Inverse distance weighted interpolointi työkalu. Paikallisen vaihtelun (esim. pitoisuus) mallintamiseen käytetty interpolointi työkalu, jolla pisteiden arvot johdetaan läheisten havaintopisteiden arvoista. Kokonaistyppi. Vesistöjen tuotannon ja rehevöitymisen kannalta tärkeä ravinne. Kokonaisfosfori. Vesistöjen tuotannon ja rehevöitymisen kannalta tärkeä ravinne. Tilastotieteessä käytetty analyysi jolla mitataan kahden muuttujan välistä lineaarista riippuvuutta. Ammoniumtyppi. Luonnossa esiintyvä liuenneen typen muoto, jonka runsaat pitoisuudet on liitetty ihmistoiminnan vaikutuksiin. Nitriitti- ja nitraattityppi. Luonnossa esiintyvä liuenneen typen muoto, jonka runsaat pitoisuudet on liitetty ihmistoiminnan vaikutuksiin. Pääkomponenttianalyysi. Tilastoanalyysi, jolla on tarkoitus löytää moniulotteisesta aineistosta pääkomponentit joilla aineiston oleellisimmat piirteet voidaan esittää ilman merkittävää informaation menetystä. Korrelaatio analyysista saatu korrelaatiokerroin kuvastaa kahden muuttujan lineaarisen riippuvuuden voimakkuutta. Lähellä -1 tai 1 olevat arvot kuvastavat voimakasta riippuvuutta, kun taas lähellä nollaa olevat arvot kuvastavat tilannetta jossa tilastollista riippuvuutta ei esiinny. Mitatuista ravinnepitoisuusaineistosta (KOK-P, KOK-N, NO 2+3 ja NH 4 ) raporttiin luotu ensimmäinen muuttujaryhmä eli pääkomponentti. Mitatuista ravinnepitoisuusaineistosta (KOK-P, KOK-N, NO 2+3 ja NH 4 ) raporttiin luotu toinen muuttujaryhmä eli pääkomponentti. Suomen Ympäristökeskus. Total organic carbon. Kuvastaa suodattamattoman vesinäytteen orgaanisen hiilen kokonaismäärää. Suomen ympäristökeskuksen laatima hydrologista kiertoa ja vedenlaatua kuvaava malli (Huttunen ym. 2008).

5 4 1 Johdanto Miksi erillinen kuormitusselvitys? Puulan länsiosan vedenlaatu ja siinä mahdollisesti tapahtuneet muutokset ovat herättäneet runsaasti keskustelua. Huolensa ovat ilmaisseet Puulan ranta-asukkaat ja kalastajat sekä Puulan ympärillä sijaitsevat kunnat, Hirvensalmi, Kangasniemi, Joutsa ja Mikkeli. Erityisenä huolenaiheena ovat olleet Puulan länsiosaan laskevan Kälkäjoen valuma-alueella sijaitsevat turvetuotantoalueet ja niiden vaikutus erityisesti Puulan Siikaveteen sekä turvetuotannon aiheuttamien vesistövaikutusten mahdollinen leviäminen laajemmalle alueelle Puulan vesistöalueella. Puula hankeen näytteenoton vedenlaatupisteet kattoivat Puulan vesistöalueen Sätkynselän ja Mainiemen välisellä alueella (Kuva 2a ja 2b). Mitä kuormitustekijöillä tarkoitetaan? Luonnostaan suhteellisen karuissa ja kirkasvetisissä vesistöissä, kuten Puula, lisäykset ravinteiden ja liuenneen orgaanisen aineen määrissä saattavat aiheuttaa voimakkaita fysikaalisia (valon absorptio, kerrostuneisuus, pohjan hapettomuus) muutoksia, joiden vaikutus voi heijastua myös järven eliökantaan (Eloranta 1997). Suurissa vesialtaissa olosuhteet eivät kuitenkaan ole vakiot vaan järven morfologiasta ja valuma-alueen monimuotoisuudesta johtuen suurten järvien osa-altaat saattavat kuulua luonnollisesti eri pintavesityyppiin kuin pääallas ja vedenlaatupitoisuuksissa voi esiintyä voimakastakin vaihtelua pääaltaan ja osa-altaiden välillä (Eloranta 1997). Näin on myös Puulan kohdalla, jossa esimerkiksi Lihvanselkä- Kaiskonselkä sekä Siikavesi kuuluvat humusjärvien pintavesityyppiin, kun taas Puulan pääallas kuuluu vähähumuksiseen pintavesityyppiin. Tärkein ruskean värin aiheuttaja vesistössä on humus, joka koostuu veteen liuenneesta orgaanisesta eli eloperäisestä aineesta ja suodattuu 0.45µm huokoskoon suodattimen lävitse. Toisena tärkeänä veden väriin vaikuttava tekijä on rauta, joka muodostaa humuksen kanssa voimakkaasti valoa absorboivia yhdisteitä (Sarkkola ym. 2013). Valuma-alueen maaperällä on suuri vaikutus vastaanottavien vesistöjen humuspitoisuuteen, sillä esimerkiksi turv ta on havaittu suurempia humuspitoisuuksia kuin kivennäismailta (Palviainen ja Finér 2013). Tämän lisäksi eteläinen sijainti ja valuma-alueen tasaiset pinnanmuodot ovat suotuisia humuksen muodostumiselle (Mattsson ym. 2003, Tuukkanen ym. 2010, Kantonen 2011). Yleisimpiä humuslähteitä ovat turve-, maa- ja metsätalous sekä luonnonhuuhtoumat erilaisilta maa-alueilta. Ravinteista fosfori ja typpi toimivat päärakennusaineina leville ja vesikasveille. Ihmistoiminnasta aiheutuva ravinteiden runsas kertyminen vesistöihin aiheuttaa rehevöitymisilmiön, jonka seurauksena levien ja vesikasvien biomassa kasvaa sekä niiden lajisto yksipuolistuu. Lisäksi kalakannassa saattaa tapahtua muutoksia siten, että lohikalakannat taantuvat ja särkikalat lisääntyvät. Rehevöityminen aiheuttaa vedessä myös fysikaalisia muutoksia sillä rehevät vesistöt ovat usein sameita ja niiden happitilanne on huono (Eloranta 1997). Ravinteiden osalta Puulan pääallas on suhteellisen niukkaravinteinen eli karu ja viimeaikaisien tilastojen mukaan suunta ravinteiden suhteen on vakaa tai jopa lievästi vähenevä. Kiintoaine on tärkeä, usein käsitteeseen humus sekoitettu vedenlaatumuuttuja. Toisin kuin humus, kiintoaine koostuu sekä orgaanisesta että epäorgaanisesta aineesta, joka on sekoittuneena veteen ja aiheuttaa selkeästi silmin havaittavan ilmiön, veden samentumisen ja liettymisen (Ympäristöministeriö 2013). Suuri ero humukseen aiheutuu myös hiukkaskoosta, joka on kiintoaineelle yli 0.45 µm, jonka johdosta kiintoaines on altis sedimentaatiolle ja sen kulkeutuminen vesistöissä on riippuvainen esimerkiksi virtaaman nopeudesta,

6 5 turbulenssista ja nopeuserosta sekä itse hiukkasten ominaisuuksista (Huttula ym. 1990). Ongelmana on kuitenkin kiintoaineen jakautuminen vesipatsaaseen epätasaisesti, jonka vuoksi hetkellisellä näytteenotolla on vaikeaa luoda luotettava käsitys kiintoaineen pitoisuuksista ja ainevirtaamista (Klöve 2001, Marttila ja Klöve 2008, Krogerus ym. 2013). Kiintoainekuormitus on usein peräisin ihmisen toiminnasta, kuten erilaisista kuivatuksen edellyttämistä kaivuutöistä, maanmuokkauksesta, ojien kunnostuksesta sekä uomien eroosiosta ja sortumisista (Klöve ym. 2012, Finér ym. 2010, Uusitalo 2004). Esimerkiksi turvetuotannon ojitusten ja ojien kunnossapidon on osoitettu lisäävän liuenneen orgaanisen hiilen ja kiintoaineen määrää valumavesissä (Klöve 1997). Samansuuntaisia vaikutuksia erityisesti kiintoaineen osalta on havaittu myös metsätalouden (Finér ym. 2010, Nieminen ym. 2010) ja maatalouden (Uusitalo 2004) toimenpiteillä. Länsi- Puulan valuma-alueella humus- ja kiintoainekuormitusten kannalta huomioitavia ajanjaksoja on ollut voimakkaiden maatalous- ja metsätalousojitustoimenpiteiden ajanjaksot ( ), turvetuotantoalueiden perustamiset (1979-) ja Ylä-Kälkäjärven kuivatus (2010). Valuma-alueen maankäytön vaikutukset vedenlaatuun Valuma-alueelta vesistöihin syntyvään kuormitukseen luetaan muiden kuormitusten ohella etenkin typen osalta merkittävä ilmalaskeuma ja ihmistoiminnasta riippumaton luonnonhuuhtouma. Luonnonhuuhtouman määrään vaikuttaa valuma-alueen ominaisuudet (maaperä, vesistöt, kaltevuus). Maaperän vaikutus on selkeimmin havaittavissa vertailtaessa karkeita kivennäis- (hiekkamaat) ja eloperäisiä maalajeja (turvemaat). Tyypillisesti karkeilta kivennäismailta syntyvät valumavedet sisältävät vähän ravinteita ja humusta, kun taas turv ta syntyvät kuormitukset ovat kokonaisfosforin suhteen suhteellisen niukkaravinteisia, mutta voimakkaasti humuspitoisia ja happamia (Palviainen ja Finér 2013). Valuma-alueella olevien vesistöjen osuuden lisääntyminen valuma-alueella taasen tasaa kuormituksia lisääntyneen vesitilavuuden sedimentaation avulla (Eloranta 1997). Tutkimuksen tavoitteet Hankkeen tavoitteena on arvioida Puulan länsiosan valuma-alueiden maankäyttöä ja maankäytössä johtuvien muutosten vaikutuksia Puulan vedenlaadulle Sätkynselän ja Mainiemen välisellä alueella. Tavoitteena on myös tuottaa puolueetonta ja näytteenottoon perustuvaa tietoa eri maankäyttömuotojen vaikutuksista Puulan länsiosan vedenlaatuun. Maankäytön osalta huomioidaan turvetuotannon lisäksi maatalouden ja metsätalouden toimenpiteet sekä turvemaiden ojitukset. Huomiota on myös tarkoitus keskittää pitoisuuksien ja ainevirtaamien ajalliseen ja paikalliseen vaihteluun ja tällä tavalla tunnistaa vesistökuormituksen kannalta merkittävimmät kuormituskohteet. Vedenlaatumuuttujien lisäksi pitkäaikaisia Siikaveden ja Puulan syvänteiden sedimentissä tapahtuneita muutoksia arvioidaan paleolimnologisten tutkimuksen perusteella (Hynynen 2013).

7 6 2 Menetelmät 2.1 Tutkimusalue Näytteenotto Puula -hankkeessa kohdistui Puulan läntiseen osaan, joka kattoi vesistöalueen Sätkynselän ja Mainiemen välisellä alueella (Kuva 2a ja 2b). Tutkimusalueella viimeisin vesimuodostumien ekologisen tilan luokitus valmistui vuonna 2013 kattaen yhteensä 12 kohdetta, jotka jakautuvat kolmeen eri Puulan altaaseen (Keskusallas, Lihvanselkä-Kaiskonselkä ja Siikavesi) ja yhdeksään Puulaan laskevaan kohteeseen. Vesimuodostumat kuuluivat luontaiselta pintavesityypiltään useaan eri ryhmään, mutta olivat ekologiselta kokonaisluokitukseltaan joko hyvässä tai erinomaisessa kunnossa. Vesimuodostumien ekologisen luokittelun tulokset on esitetty taulukossa 1. Pintavesien ekologisen tilan luokitusperusteet on kuvattu yksityiskohtaisesti julkaisussa Aroviita ym. (2012).

8 7 Taulukko 1. Luoteis-Puulan suurempien vesimuodostumien pintavesityyppi ja ekologinen tila (2013). Nimi Sijainti Pintavesityyppi Päätös Puula, keskusallas Itä Suuret vähähumuksiset järvet Erinomainen Puula, Lihvanselkä-Kaiskonselkä Itä Keskikokoiset humusjärvet Erinomainen Puula, Siikavesi Länsi Pienet humusjärvet Hyvä Kälkäjoki Länsi Keskisuuret turvemaiden joet Hyvä Hännilänjoki Itä Keskisuuret kangasmaiden joet Erinomainen Haapajärvi Itä Pienet ja keskikokoiset vähähumuksiset järvet Erinomainen Pieni-Ahvenainen Itä Matalat humusjärvet Erinomainen Iso-Ahvenainen Itä Matalat vähähumuksiset järvet Hyvä Synsiä Itä Keskikokoiset humusjärvet Erinomainen Ylänne Itä Matalat humusjärvet Hyvä Iso Siikajärvi Itä Pienet humusjärvet Erinomainen Hirvijärvi Länsi Pienet ja keskikokoiset vähähumuksiset järvet Erinomainen Puula hankkeen valuma-alueita vertailtiin lähtökohtaisesti koko valuma-alueena, läntisenä- ja itäisenä valuma-alueena sekä suurimpien kuormittajien ja tärkeimpien osa-valuma-alueiden kesken. Kaikille maankäyttömuodoille laskettiin koko valuma-alueen (614 km 2 ) keskiarvoiset maankäyttö- ja toimenpidealat. Tämän jälkeen pääjaotteluna hankkeen osavaluma-alueet jaettiin valunnan mukaan itäisiin (302 km 2 ) ja läntisiin (256 km 2 ) valuma-alueisiin, kuitenkin siten että Länsi-Puulan osavaluma-alue (56 km 2 ) pidettiin omana vertailuvaluma-alueena. Tämän lisäksi kahden suurimman kuormittajan Kälkäjoen (209 km 2 ) ja Kolhonjärvi/Hänniläjoen (180 km 2 ) valuma-alueita vertailtiin keskenään sekä eteläisimpään Länsi-Puulan osavaluma-alueen kanssa. Koko Länsi-Puulan valuma-aluejako ja näytteenottopaikat on esitetty tarkemmin kuvissa 2 a ja b. 2.2 Näytteenotto ja analyysit Länsi-Puulan järvialueella tapahtuva näytteenotto ulottui Sätkynselän ja Lihvanselän alueelta Siikaveden ja Mainiemen kautta Karttuunselälle (Puulavesi 85). Osavaluma-alueille määritettiin tutkimuksessa purkupisteet, joihin näytteenottopisteet sijoitettiin kuvaamaan osavaluma-alueilta tulevia ainevirtaamia. Tämän lisäksi näytteenottoverkostoa tarkennettiin virtavesi ja järvinäytteenottopisteillä (Kuva 2 a ja b). Valuma-alueelta tulevien kuormitusten tiedetään olevan voimakkaasti vuodenajasta riippuvaisia, ja tästä johtuen hankkeen puitteessa järjestettiin neljä kokonaista näytteenottokierrosta (1. 10/2012, 2. 05/2013, 3. 08/2013 & 4. 10/2013), joissa painopiste kohdennettiin virtaaman ja kuormituksen kannalta suurimpiin kevät- ja syysvaluntoihin. Kaikki hankkeen näytteenottopisteet ja näytteenottokerrat on esitettynä liitteessä 2 taulukossa 2. Tämän lisäksi aineistoa täydennettiin vielä viidennellä näytteenottokierroksella (11/2013). Pidemmän aikavälin pitoisuusmuutoksia arvioitiin OIVA ympäristö- ja paikkatietopalvelusta ( löytyvillä vedenlaatutiedoilla.

9 8 Kuva 1. Puula hankkeen järvinäytteenottopisteet a) Siikavesi 1 (J8) ja b) Puula 3 (J7). Hetkelliseen ainevirtaamien laskentaan soveltuvia näytteenottopaikkoja valittiin yhteensä 29 (V1-V29, kuva 2 b) kappaletta. Neljä näytteenottokierrosta suoritettiin 16 näytteenottopisteellä ja lisäksi kahdella näytteenottokerralla (05/2013 ja 11/2013) ja 11 lisäkohteella tarkennettiin pienempien virtaamien osuutta ainevirtaamien kertymisestä. Joki- ja puropisteille mitattiin jokaisella kerralla virtaama (m 3 /s), jonka avulla yhdessä kiintoaine-, hiili- ja ravinnepitoisuuksien kanssa päästiin arvioimaan eri virtaamapisteiden välisiä kuormituksia. Jokien ja purojen aiheuttamaa kiintoaine-, hiili- ja ravinnekuormitusten vaikutusta seuraamaan valittiin 11 (J1-J11, kuva 2 b) järvinäytteenottopaikkaa purkupisteiden alapuolisia vesistöistä, joista pitoisuudet mitattiin kaikilla päänäytteenottokerroilla sekä päällys- että alusvedestä. Kuvassa 1 on valokuvattuna Siikavesi 1 ja Puula 3 järvinäytteenottopisteet. Näytteenotosta ja analysoinnista vastasi Eurofins Viljavuuspalvelu Oy (10/2012, 08/2013 ja 10/2013) ja Ympäristöntutkimuskeskus Ambiotica (05/2013 ja 11/2013). Molemmissa tapauksissa näytteiden analysointi tapahtui FINASakkreditoidussa laboratoriossa analyysistandardeja noudattaen. Tausta-aineistoksi jokaiselta näytteenottokerralta kerättiin ilman lämpötila ( C), pilvisyys (1-8) sekä tuulen suunta että voimakkuus (m/s). Purkupisteiden alapuolisista vesinäytteistä analysoitiin lisäksi näkösyvyys (m), kokonaissyvyys (m) sekä pohjakerroksen liuenneen hapen määrä (mg/l) että kylläisyys (%). Vastaavasti Mitatut kuormitustekijät Kemiallinen hapenkulutus (COD) Orgaaninen hiili (TOC) Liuennut orgaaninen hiili (DOC) Kokonaisfosfori (KOK-P) Kokonaistyppi (Kok-N) Ammoniumtyppi (NH4) Nitriitti-Nitraattityppi (NO2+3) virtaamapisteistä mitattiin uoman poikkileikkauspinta-ala (m 2 ) sekä virrannopeudet riittävän monesta mittausvertikaalista virtaaman (m 3 /s) laskemista varten. Hankkeessa painopistettä kohdistettiin valuma-

10 alueilta tulevien (epäorgaanisten ja) orgaanisen ainesten pitoisuuksiin (mg/l) ja ainevirtaamiin (kg/d) sekä niiden vaikutuksiin virtaavissa ja purkupisteiden alapuolisissa vesistöissä. Analysoituja muuttujia olivat väriluku, kiintoaine, kemiallinen hapenkulutus (COD Mn ), liuenneen orgaanisen hiilenpitoisuus (DOC) sekä orgaanisen hiilen kokonaispitoisuus (TOC). Ravinteiden osalta vesinäytteistä analysoitiin pitoisuudet (µg/l) kokonaisfosforista (Kok-P) ja kokonaistypestä (Kok-N) sekä tämän lisäksi typen liukoisista muodoista, ammoniumtypestä (NH 4 - N) ja nitriitti- ja nitraattitypestä (NO N). Muut kaikista näytteenottopisteistä analysoidut fysikaalis-kemialliset muuttujat olivat veden lämpötila ( C), sameus (FNU) ja ph. 9

11 10

12 11

13 Kuva 2. Länsi-Puulan valuma-aluejako a) osavaluma-alueittain ja purkupisteittäin, b) näytteenottopaikkojen, c) CORINE 2006 maankäyttötietokannan mukaan ja d) Kälkäjoen valuma-alueen turvemaa-alueiden jakautuminen Suomen ympäristökeskuksen soiden ojitustietokannan avulla. Näytepisteiden koodien koordinaatit ja näytteenottotulokset löytyvät liitteessä 2 olevasta taulukosta 2. 12

14 Tutkimusalueen maankäyttömuodot Valuma-alueen maankäyttömuotoja arvioitiin Corine Land Cover (CORINE2006) ja soiden ojitus tilannetietokantojen (Suomen Ympäristökeskus; SYKE), metsän uudishakkuu- ja ojitustietokantojen (Metsäkeskus) sekä turvetuotannon valmistelu- ja tuotantotietojen (VAPO) avulla. CORINE tietokannan avulla valuma-alueen pinta-ala jaettiin viiteen pääluokkaan (1. rakennetut alueet, 2. maatalousalueet, 3. metsät sekä avoimet kankaat ja kalliomaat, 4. kosteikot eli soistuneet maa-alueet sekä 5. vesialueet) (Kuva 2.c). Tietokannan alempia (2-, 3- ja 4-luokat) luokituksia käytettiin havainnollistamaan metsäalueiden maaperän eroja eri valuma-alueiden välillä. Soiden ojitustilanne tietokanta jakaa koko Suomen turvemaat Maanmittauslaitoksen maastotietokantaan (2008) ja CORINE2006 maastopeiteaineistoon perustuen ojittamattomiin ja ojitettuihin turvemaihin sekä turpeenottoalueisiin. Hankkeessa tietokannan avulla arvioitiin turvemaiden ja siellä tapahtuneiden toimenpiteiden vaikutusta vedenlaatupitoisuuksiin. Metsätalouden vesistöihin vaikuttavia toimenpiteitä valuma-alueella arvioitiin metsäkeskukselta saatujen uudishakkuu- ( ) ja ojitustoimenpiteiden ( ) aikasarjojen avulla. Uudishakkuuaineistosta analyyseihin käytettiin kahta muuttujaa. Koko aineiston ( ) yhteenlaskettu hakkuupinta-ala kuvasi hakkuiden laajuutta kokonaisuudessaan ja viimeisen viiden vuoden ( ) ajalta laskettu hakkuu pinta-ala kuvasi viimeaikaisien ja vesistökuormituksen kannalta tärkeämpien hakkuiden laajuutta. Ojitustoimenpideaineistoa käytettiin samankaltaisesti kuin hakkuuaineistoa. Ojituksen kokonaislaajuutta kuvattiin koko aineiston ( ) yhteenlaskettuna pinta-alana ja vesistökuormituksen kannalta kriittisimpiä ojituksia tarkasteltiin viimeisen Käytetyt maankäyttöaineistot CORINE2006 o Pääluokat o Metsäalueiden maaperä Soiden ojitus tietokanta (Syke) Metsäkeskuksen hakkuu- ja ojitustietokanta Turvetuotannon valmistelu ja tuotantopinta-alat (Vapo Oy) kahdentoista vuoden ajalta ( ) laskettuna ojituspinta-alana. Turvetuotantoa esiintyi viidellä eri turvesuoalueella (Rääsysuo, Mesiänsuo, Jokipolvensuo, Havusuo ja Paju-Pihlassuo), jotka kaikki sijaitsevat valuma-alueen läntisellä reitillä. VAPO:n aineistoa valmistelu- ( ) ja tuotantopinta-aloista ( ) käytettiin yhdessä vedenlaatupitoisuuksien kanssa arvioimaan niiden vesistövaikutusta. Turvetuotannon vuosittaista ja valuma-aluekohtaista intensiteetin vaihtelua arvioitiin yhdistämällä valmistelussa ja tuotannossa olevat pinta-alat ja suhteuttamalla kyseisen valuma-alueen pinta-alaan. Rääsysuon, Havusuon ja Pihlassuon turvetuotantoalueet on valokuvattuna kuvissa 3 a-c.

15 14 Kuva 3. Läntisellä valuma-alueella sijaitsevat turvetuotantoalueet a) Rääsysuo, b) Havusuo ja c) Pihlassuo. 2.4 Ravinne-, kiintoaine- ja hiilipitoisuudet Pitoisuuksien vaihtelu tutkimusalueella Lämpökarttoja käytettiin havainnollistamaan ravinne-, humus- ja kiintoainepitoisuuksien sijoittumista valuma-alueelle ja lisäksi arviomaan karkeasti niiden leviämistä purkupisteiden alapuolisiin vesistöihin. Aineistona pintainterpolointiin käytettiin hankkeen aikana otettujen vedenlaatumuuttujien pitoisuuskeskiarvoja. Vedenlaatumuuttujista muodostettiin pääkomponenttianalyysiä (PCA) hyväksi käyttäen ravinteiden- (Kok-P, Kok-N, NH 4 ja NO 2+3 ) ja humuksen määrää (väriluku, COD, DOC ja TOC) kuvaavat erilliset muuttujat (RPC1 & RPC2 ja HPC1 & HPC2). PCA:n tarkoituksena oli tiivistää muuttujien kokonaisvaihtelu mahdollisimman pieneen muuttujien määrään mahdollisimman pienellä informaation menetyksellä. Vedenlaatumuuttujat on normalisoitu Gowerin funktiolla, joka on sopiva jatkuvalle ja järjestyslukupohjaiselle aineistolle. Yhdistämisen mahdollisti sekä ravinne- että humusmuuttujien keskenään samankaltainen käyttäytyminen. Pääkomponenttianalyysillä luotu ensimmäinen yhdistetty ravinnemuuttuja (RPC1) selitti kokonaisuudessaan 59% kaikkien alkuperäisten ravinnemuuttujien vaihtelusta (korrelaatiot RPC1 vs. ravinnemuuttuja: Kok-P (r=0.65). Kok-N (r=0.94). NH 4 (r=0.84) ja NO 2+3 (r=0.58)). Toinen luotu ravinnekomponentti (RPC2) selitti kokonaisuudessaan 23% ravinnemuuttujien vaihtelusta (korrelaatiot RPC2 vs. ravinnemuuttuja: Kok-P (r=-0.62) ja NO 2+3 (r=0.73)). Yhteensä kaksi luotua muuttujaa (RPC1 + RPC2) selittivät 82% ravinnepitoisuuksien vaihtelusta. Humusmuuttuja (HPC1) selitti kokonaisuudessaan 95% kaikkien alkuperäisten humusmuuttujien vaihtelusta (korrelaatiot HPC1 vs. humusmuuttujat: väriluku (r=0.92). COD (r=0.99). DOC (0.99) ja TOC (r=0.99)). Toinen pääkomponenttianalyysistä saatu humuskomponentti (HPC2) selitti 5% humuspitoisuuksien vaihtelusta (korrelaatiot HPC2 vs.

16 15 humusmuuttujat: väriluku (r=0.39)). Yhteensä luodut humusmuuttujat selittivät 100% humuspitoisuuksien vaihtelusta. Ravinne- ja humusmuuttujien luominen on havainnollistettu kaaviona kuvassa 4. Mittauspaikkakohtaisesti keskiarvoistettujen RPC1 ja HPC1 muuttujien avulla arvioitiin ravinne- ja humuspitoisuuksien jakautuminen koko valuma-alueelle. Luoduista ravinne- ja humusmuuttujista muodostettiin ArcGIS 10.1 sovelluksen avulla pintamalli, joka luotiin käyttämällä IDW (Inverse distance weighted) työkalua. Pintamalli muodostettiin keskiarvoistamalla kaksi vesireittien kautta lähimpänä olevaa pistettä, jossa kauempana oleva piste vaikuttivat keskiarvoistamiseen vähemmän kuin lähempänä oleva piste. RPC1 ja HPC1 muuttujien luokittelu menetelmänä käytettiin luonnollista jakaumaa, jolla ravinne- ja humusmuuttujat jaoteltiin viiteen eri luokkaan. Ravinne-, humus- ja kiintoainepintamallitulokset havainnollistettiin lämpökarttakuvien avulla (Kuvat 13, 14 ja 15). Kuva 4. Kaaviokuva muodostetuista ravinne- ja humuskomponenteista Aikasarjat Hankkeeseen otettujen näytteiden lisäksi turvetuotantoalueiden alapuolisia vesistöjä tutkiessa hyödynnettiin OIVA -tietokannasta löytyviä pitkiä ravinne-, kiintoaine-, väriluku ja kemiallisen hapenkulutuksen aineistoja (Kok-P, Kok-N, kiintoaine, väriluku ja COD). Näiden lisäksi vedenlaatumuuttujista valittiin mukaan rauta, joka on usein kiintoaineeseen tai humukseen sitoutuneena ja tästä johtuen päätyy niiden tavoin maanmuokkauksien yhteydessä vesistöihin (Klöve ym. 2012). Havu-, Paju- ja Pihlassuon alapuolisten vesistöjen vedenlaadun ajallista muutosta päällys-, väli- ja alusvedessä tutkittiin vesireitillä Pihlaspuru Pieni-Pajulampi Pajulampi (Keronlampi) Pajupuru Kälkäjoki1. Muutosta tutkittiin myös Rääsy- ja Jokipolvensuon alapuolisella vesireitillä Mustajoki - Kälkäjärvi (Alajärvi) - Kälkäjoki2 sekä Kälkäjoen alapuolisissa vesistöissä reitillä Siikavesi1 Siikavesi2 Puula3 Puulavesi85 reitillä. Mittauspisteiden pitoisuuskeskiarvot ja keskihajonnat on kerätty taulukkoon 3 ja aikasarjojen aikana tapahtunutta vedenlaatuparametrien muutosta tarkasteltiin graafisesti liukuvan keskiarvon avulla (Liite 1). Tämän lisäksi

17 16 aikasarjat jaoteltiin ajanjaksoihin ennen ja jälkeen turvetuotannon alkua sekä vuosikymmenen aikajaksoihin (jos mahdollista), joiden avulla vedenlaatuparametrien tilastollinen muutos päällys- ja alusvedessä testattiin ei-parametrisillä (Kruskal-Wallis ja Mann-Whitney) testeillä Valuma-alueiden maankäytön vaikutus kuormitukseen PCA:ssa luotujen ravinne- ja humuskomponenttien ja valuma-alueparametrien välistä suhdetta testattiin Spearmanin korrelaatio analyysillä. Korrelaatioanalyysin tulokset on esitetty taulukossa 4. Ravinne- ja humuskomponentit on esitetty pistekuvaajana, jossa valuma-alueen parametrit on esitetty vektoreina joiden suunta määrittyy muuttujien korrelaatioista ravinne- ja humuskomponenttien kanssa. Vektorien pituus kertoo korrelaation voimakkuuden. Testatut valuma-alueparametrit olivat 1. CORINE2006 aineiston pääluokat (rakennetut alueet, maatalousalueet, metsät sekä avoimet kankaat ja kalliomaat, kosteikot eli soistuneet maaalueet ja vesialueet), 2. pääluokka metsät sekä avoimet kankaat ja kalliomaat jaoteltuna valuma-alueilla olevan maaperän perusteella kivennäismaihin, kalliomaihin ja turvemaihin, 3. ojittamattomat ja ojitetut turvemaat sekä turpeenottoalueet ja 4. uudishakkuualueiden jakautuminen yhteensä ( ) ja vuosien välillä sekä ojitusalueiden jakautuminen yhteensä ( ) ja vuosien välillä. 2.5 Ravinne-, kiintoaine ja hiilikuormitukset Kuormituksen ajallinen ja paikallinen vaihtelu tutkimusalueella Valuma-alue jaettiin läntiseen ja itäiseen reittiin, joista molemmat purkavat vetensä Länsi-Puulan osavaluma-alueen pohjoisosaan vedenlaatupisteen Puula 3 liepeillä. Itäisen ja läntisen valuma-alueelta laskevat suurimmat joet on esitettynä kuvassa 5. Läntisen valuma-alueen vesien kerääjänä toimii Siikavesi, johon pääkuormittajana toimii Kälkäjoen valuma-alue ja pienempänä kuormittajana Myllyjoen osavalumaalue. Valuma-alueista hankkeen painopiste kohdistui juuri Kälkäjoen valuma-alueeseen (12 osavalumaaluetta), koska alueelta virtaava vesi on mittausten perusteella havaittu tummaksi ja humuspitoiseksi verrattuna muuhun Puulan alueeseen. Painopiste keskitettiin valuma-alueella tuotannossa olevien turpeenottoalueiden rooliin ravinne-, kiintoaine- ja orgaanisten aineiden kuormituksessa. Kuva 5. Itäisen ja läntisen valuma-alueen suurimmat joet a) Hännilänjoki ja b) Kälkäjoki.

18 17 Kälkäjoen valuma-alue kerää pääosan vedestään kolmesta lähteestä; Havujoen, Mustajoen sekä Pajupurun osavaluma-alueilta (Kuva 6.). Yhteensä näillä valuma-alueilla sijaitsee viisi eri aikoina käyttöön otettua tuotannossa olevaa turpeenottoaluetta. Turvetuotantoalueista Rääsysuo (valmistelu aloitettu v.2009) ja Jokipolvensuo (1984) sijaitsevat Mustajoen valuma-alueella ja laskevat vetensä Mustajokeen, Havusuolta (1979) ja Paju-Pihlassuolta (1993) laskevat purot ja ojat päätyvät pienen Pajulammen, Pajulammen ja Pajupurun kautta Kälkäjokeen. Havusuolta mittauspisteiksi valittiin turvetuotantoalueen eristysoja, mittakaivo sekä peltovesipisteet, joiden pitoisuuksia ja kuormituksia vertailtiin Pihlaspuruun vedet keräävistä Musta- ja Kivipuruun (05/2013 ja 11/2013). Paju-Pihlassuolta näytepisteiksi valittiin eristysoja ja settipato (05/2013 ja 11/2013). Näiden kuormitusta arvioitiin Pihlaspurun purkupisteestä, joka kerää näin ollen vedet Havusuon ja Pihlassuon alueilta. Pihlaspurusta vedet laskevat Pajupurun kautta Kälkäjokeen. Mustajoen kuormitusta mitattiin ennen ja jälkeen Rääsysuon turvetuotantoaluetta (05/2013 ja 11/2013). Lisäksi ylimääräinen mittauspiste lisättiin Jokipolvensuon turvetuotantoalueen alajuoksulle (11/2013) ja Mesiänsuon turvetuotantoalueen (2009) alajuoksulla olevaan porkkapuruun. Yllä mainituista mittauspisteistä kaksi (Havusuon mittapato ja Pihlassuon settipato) kuvastavat pelkästään turvetuotantoalan kuormitusta, muut turvetuotantoalojen alapuolisissa vesistöissä sijaitsevat mittauspisteet sisältävät myös muiden valuma-alueen maankäyttömuotojen kuormitusta. Kuva 6. Kälkäjoen valuma-alueen suurimmat joet a) Havujoki, b) Mustajoki ja c) Pajupuru. Itäisen valuma-alueen vedet koostuvat useasta eri lähteestä (6 mitattua purkupistettä), josta johtuen myös purkuvesien kerääjänä toimiva vesistöalue ulottuu Lapinselältä Puula3 purkupisteeseen (pohjoinen-etelä), 1. Lapinselkään laskevat Kuvaspuru ja Kortepuru, 2. Kekoniemenselkään laskevat Hännilänjoki ja Kolhonjärven vedet, 3. Lihvanselkään laskee Kylmäpuru, 4. Kurjenmyllynselkään laskevat Haapajärven

19 18 vedet, 5. Kortesalmeen ei laske ulkopuolisten valuma-alueiden vesiä ja 6. Puula193 purkupisteeseen laskevat edellä lueteltujen lisäksi Myllylammen vedet. Näistä suurimmat virtaamat tulevat Hännilänjoen sekä Kolhonjärven alueelta Kuormituslähteiden kuormitusmäärät ja -osuudet Maankäyttömuotojen kuormitusmäärän ja -osuuksien arviointiin käytettiin SYKE:n WSFS-VEMALA mallia (Huttunen ym. 2008), jolla saatiin kuormitusarviot kokonaisfosforille (Kok-P), kokonaistypelle (Kok- N) ja kiintoaineelle (1.2 µm -lasikuitusuodatin). Arvioihin käytettiin myös orgaanisen hiilen kokonaiskuormitusta (TOC). Kuormituksen ja kuormitusosuuksien arviointiin käytettiin keskiarvoistettuja kuormituksia (VEMALA malli V1) aikavälillä Mallin tulosten epävarmuuden arvioidaan olevan n % suuruusluokkaa (Huttunen ym. 2013). WSFS-VEMALA jaottelee kuormitusarviot kahdeksaan eri kuormituslähteeseen: peltoihin (luonnonhuuhtouma ja maatalous), metsiin (luonnonhuuhtouma ja metsätalous), haja-asutukseen, hulevesiin, pistekuormitukseen (sis. turvetuotannon ja muut pistekuormittajat) ja laskeumaan. Maankäyttömuotojen kuormitusarviointiin tässä raportissa käytettiin valuma-alueella syntyneen kuormituksen määrää. Valuma-alueella syntyvien eri maankäyttöjen kuormitusten osuuksia vertailtiin läntisen ( Hirvijärvi, Kälkäjoen alaosa, Havujoki, Pajupuron ja Mustajoki) ja itäisen reitin ( Haapajärvi ja Synsiäjärvi) välillä. Kuormitusosuuksia arvioitiin Kälkäjoen ( Kälkäjoen alaosa, Havujoki, Pajupuron ja Mustajoki) ja Hännilänjoen ( Synsiäjärvi) välillä ja lisäksi erillisenä arvioitiin turvetuotannon vaikutusalueella olevia valuma-alueita ( Kälkäjoen alaosa, Pajupuron ja Mustajoki). Puula hankkeen aikana kerättyä kuormitusaineistoa verrattiin myös VEMALA mallin arvioimaan lähtevään kuormitukseen. Valuma-alueelta lähteviä kuormituksia vertailtiin läntisen (Myllyjoki ja Kälkäjoki ) ja itäisen ( Haapajoki ja Hännilänjoki) reitin purkupisteiden välillä. Tämän lisäksi valuma-alueella syntyvän ja lähtevän kokonaiskuormitusten suhdetta käytettiin arvioimaan valuma-alueella tapahtuvaa ravinteiden, kiintoaineen ja orgaanisen hiilen pidättäytymistä eli retentiota. 2.6 Paleolimnologia Paleolimnologia on järvisedimenttiin pystysuoraan ajan kuluessa kerrostuneen epäorgaanisen ja orgaanisen aineen tutkimista, jonka avulla luodaan luotettava kuva järven ympäristöoloista ja niiden muutoksista ajanjaksolle ennen varsinaisten ympäristönäytteenottojen alkamista. Jyväskylän ympäristöntutkimuskeskukselta (Ambiotica) tilattiin paleolimnologinen tutkimus kahden eri järvisyvänteen biologisen tilan muutoksista 1800-luvulta tähän päivään. Painopiste kohdennettiin 1950-luvun jälkeiselle jaksolle, jolloin ihmistoiminta (teollistuminen, tehomaa- ja metsätalous ja turvetuotanto) valuma-alueella oli suurinta. Tähän tutkimukseen analysoituja muuttujia olivat sedimentin vesipitoisuus, hehkutusjäännös (epäorgaaninen vs. orgaaninen aines), kertymänopeus ja surviaissääsken jäänteet syvänteiden biologisen tilan arviointimenetelmänä. Sedimenttikerrostumien ajoitus tehtiin nokihiukkasmenetelmällä, millä saadaan selville teollistumisen alkuvaihe eli lukujen sijoittuminen sedimenttikerrostumassa. Tämän perusteella voidaan laskea sedimentin kertymänopeus. Sedimenttinäytteenottopaikoiksi valittiin Siikavesi 2- (syvyys 17m) ja Puula193- (syvyys 50m) näytteenottopisteet, joista näyteprofiilit kairattiin Limnos-noutimella. Lisäksi Kajak-näytteenottimella otettiin näyteprofiili visuaalista tarkastelua varten. Näistä Siikavesi 2 näytteenottopiste sijaitsee Länsi-Puulan läntisemmällä valuma-alueella Siikaveden

20 19 eteläpäädyssä, johon Myllyjoki ja Kälkäjoki purkavat vetensä. Puula193 sijaitsee Länsi-Puulan alueella, johon Länsi-Puulan itäinen ja läntinen valuma-alue laskevat vetensä. Siikavedestä näyteprofiili kattoi 0-20 cm kerroksen (ajanjakso n ) ja Puula193 näyteprofiili 0-25 cm kerroksen (ajanjakso n ). Tarkemmat menetelmäkuvaukset on esitetty erillisessä Puulan paleolimnologia raportissa (Hynynen 2013). 3 Tulokset 3.1 Tutkimusalueen maankäyttö Metsät sekä avoimet kankaat ja kalliomaat (474 km 2 ) kattavat pinta-alallisesti suurimman osan Puula hankkeen tutkimusalueesta. Toiseksi suurin osuus koko valuma-alueella on vesistöillä (88 km 2 ) ja loppu pinta-ala jakautuu maankäytöltään suuruus järjestyksessä maatalouteen (25 km 2 ), rakennettuun alueeseen (17 km 2 ) ja soistuneisiin maa-alueisiin (9 km 2 ). Vertailtaessa itä- ja länsivaluma-alueita keskenään suurimmat erot löytyivät metsäalueiden (länsi vs. itä; 215vs.224km 2 ), vesistöjen (18vs.52km 2 ) ja soistuneiden maaalueiden (6vs.3km 2 ) suhteellisessa määrässä. Vesistöjen osuus oli itäisellä valuma-alueella selkeästi suurempi, kun taas metsäalueiden ja kosteikkojen suhteellinen osuus oli suurempi läntisellä reitillä. Samat erot näkyivät myös vertailtaessa osavaluma-alueita, jotka aiheuttavat suurimman kuormituksen Puula 3 - pisteeseen. Kälkäjoen valuma-alueella oli vähemmän vesistöpinta-alaa kuin Hännilänjoen valuma-alueella (Kälkäjoki vs. Hännilä/Kolhonjärvi; 8vs.31km 2 ), mutta enemmän soistuneita maa-alueita (6vs.1km 2 ) ja metsäalueita (183vs.136km 2 ). Vertailualueena käytetyn Länsi-Puulan osavaluma-alue erosi kaikista sekä itäisen että läntisen alueen osavaluma-alueista erityisesti vesistöjen (18km 2 ) suuremmalla osuudella, vähentäen erityisesti metsien (34km 2 ). soistuneiden maa-alueiden (0.1km 2 ) ja maatalouden (0.9km 2 ) suhteellista osuutta. Valuma-alueiden maankäytön suhteelliset osuudet on esitetty kuvassa % 80% 14,4 % 1,5 % 7,1 % 2,5 % 17,2 % 0,9 % Vesialueet 3,9 % 2,9 17,2 % 0,5 % 33,1 % 60% 40% 20% 77,2 % 84,0 % 74,3 % Soistuneet maaalueet Metsät sekä avoimet kankaat ja kalliomaat Maatalous 87,3 % 75,4 % 0,1 % 61,8 % 0% 4,1 % 4,0 % 4,7 % Rakennettu 2,8 % 2,5 % 2,9 % 3,9 % 3,9 % 2,0 % 3,0 % 3,4 1,6 % % Yhteensä Länsi-reitti Itä-reitti Kälkäjoki Hännilä Länsi-Puula Kuva 7. Valuma-alueiden suhteellinen maankäyttö CORINE2006 maanpeittoaineiston mukaan. Pylväskuvaajassa on esitettynä aineiston pääluokkien osuudet alueen kokonaispinta-alasta alhaalta ylöspäin lueteltuina, 1. Rakennetut alueet (tummansininen), 2. Maatalous alueet (punainen), 3. Metsät sekä avoimet kankaat ja kalliomaat (vihreä), 4. Soistuneet maa-alueet (violetti) ja 5. Vesistöalueet (turkoosi). Metsät sekä avoimet kankaat ja kalliomaat kattoivat kaikilla osavaluma-alueilla suurimman osan pinta-alasta prosentuaalisen osuuden kuitenkin vaihdellessa voimakkaasti (58-99%). Metsäalueita tarkasteltiin tarkemmin CORINE2006 maanpeittoaineiston maaperäluokituksen avulla. Metsäalueiden maaperäluokittelulla Länsi-

21 20 Puulan osavaluma-alue erosi selkeästi muista esitetyistä valuma-alueista. Länsi-Puulan osavaluma-alueella maaperä koostui pääasiallisesti kivennäismaasta (31km 2 ) ja kalliomaasta (1.6km 2 ), turvemaan (1.5km 2 ) osuuden jäädessä pinta-alallisesti pienimmäksi. Itä- ja länsireittiä vertailtaessa turvemaan osuus (länsi vs. itä; 41vs.37km 2 ) oli vähän suurempi länsireitillä ja sama ilmiö näkyi myös vertailtaessa pääkuormitusalueiden valuma-alueita (Kälkäjoki vs. Hännilä/Kolhonjärvi; 39vs.28km 2 ). Metsäalueiden maaperän vaihtelu valumaalueittain on esitetty pylväskuvaajana kuvassa % 80% 0,8 % 0,4 % 0,6 % 0,1 % 0,3 % 16,7 % 19,0 % 16,5 % 21,3 % 20,8 % 4,6 % 4,2 % 60% 40% 81,2 % 79,3 % 81,5 % 77,2 % 78,9 % 90,8 % 20% 0% Kalliomaa Turvemaa Kivennäismaa Yhteensä Länsi-Reitti Itä-Reitti Kälkäjoki Hännilä Länsi-Puula Kuva 8. CORINE2006 maanpeittoaineiston pääluokka metsät sekä avoimet kankaat ja kalliomaat jaoteltuna valuma-alueilla olevan maaperän perusteella. Kaaviosta puuttuvat harvapuustoiset alueet joita ei ole luokiteltu maaperän mukaan Turvemaiden ja soiden ojitukset Läntisellä alueella oli enemmän ojitettua (länsi vs. itä; 37vs.34km 2 ) ja turvetuotannon (4.7vs.0.04km 2 ) käytössä olevaa pinta-alaa kuin itäisellä. Turvemaiden ojituksien ja turvetuotantoalueiden ero korostui vertailtaessa tärkeimpien kuormittajien valuma-alueita (Kälkäjoki vs. Hännilä/Kolhonjärvi). Vertailualueena toimivan Länsi-Puulan osavaluma-alueella sekä ojitettujen (1.2km 2 ) että ojittamattomien (0.4km 2 ) turvemaiden osuudet olivat pieniä ja tämän lisäksi Länsi-Puulan osa-valuma-alueella ei ollut lainkaan turvetuotantoa. Turvemaiden ja turvetuotantoalueiden prosentuaaliset osuudet koko valuma-alueesta on esitettynä kuvassa 9.

22 21 25% 20% 15% 10% 5% 0% 0,8 % 11,7 % 1,8 % 14,5 % 0,0 % 11,2 % 2,2 % 16,9 % Turpeenottoalue Ojitettu Turvemaa Ojittamaton Turvemaa 0,0 % 12,0 % 0,0 % 1,8 % 2,1 % 1,9 % 2,4 % 2,1 1,7 % 0,7 % Yhteensä Länsi-Reitti Itä-Reitti Kälkäjoki Hännilä Länsi-Puula Kuva 9. Suomen ympäristökeskuksen soiden ojitustilanne paikkatietoaineiston avulla arvioidut ojittamattomien ja ojitettujen turvemaiden sekä turpeenottoalueiden osuus ja jakautuminen eri valumaalueiden kokonaispinta-alasta Uudishakkuut Hakkuuilmoituksien mukaiset uudishakkuupinta-alat jaettiin hakkuuajankohdan (4-5 vuoden syklit) mukaan kahteen eri ryhmään ( ja ). Kuvassa 10 on esitetty ilmoitusten mukaisten hakkuupintaalojen kehitys osavaluma-alueittain itä- ja länsireitillä vuosien välillä, mistä huomataan merkitsevä hakkuupinta-alojen nousu viimeisen 16 vuoden aikana. Pinta-alallisesti suurimmat metsähakkuut viimeisen 15 vuoden aikana ovat kohdistuneet Hännilänjoen (14.5km 2 ), Länsi-Puulan (4.3km 2 ), Havujoen (4.2km 2 ), Kortesalmen (4.1km 2 ) ja Haapajärven (3.1km 2 ) osavaluma-alueisiin. Yhteensä valuma-alueen metsäpinta-alasta vuodesta 1997 lähtien toteutetut uudishakkuut kattoivat 10.4±2.8% (keskiarvo±keskihajonta). Vertailtaessa läntisen ja itäisen reitin uudishakkuiden pinta-aloja suhteessa osavaluma-alueen metsäpinta-alaan huomattiin, että itäisellä reitillä (11.6±1.4 %) uudishakkuita oli merkitsevästi enemmän kuin läntisellä reitillä (7.7±2.2 %). Länsi-Puulan vertailuosavaluma-alueella metsän uudistushakkuut kattoivat 12.6 %.

23 22 Kuva 10. Metsäkeskuksen aineiston mukainen uudishakkuualojen pinta-alan kehitys vuodesta 2005 vuoteen 2013 tutkimusalueen osa-valuma-alueilla Metsien ojitukset Metsäkeskuksen toinen aineisto käsitteli metsäojitustoimenpidepinta-aloja vuosien välisenä aikana. Länsi-Puulan valuma-alueesta ojitettua pinta-alaa oli yhteensä näinä vuosina 57km 2. Aineisto jaettiin ajankohdan mukaan kuuteen eri ryhmään (>1959, , , , ja ), jotka jakautuivat noin 10 vuoden sykleihin. Kuvassa 11. on esitetty ojitettavien pinta-alojen pitkäaikainen vaihtelu osavaluma-alueittain ja itäisen ja läntisen reitin välillä. Ojitustoimenpiteiden alojen osuudet vaihtelivat merkitsevästi ajan suhteen ja suurimmillaan metsäojituspinta-alat olivat 70-luvulla. Länsi-Puulan metsäojitus seurasi Suomessa yleisesti vallinnutta trendiä, jossa uudismetsäojitus oli vilkkainta 70-luvun lopussa, hiljentyen tämän jälkeen 1990-luvulle asti loppuen kokonaan 2000-luvun loppuun mennessä (Kenttämies ja Mattsson 2006). Toisaalta 1980-luvulta lähtien perkaus- ja täydennysojitus on lisääntynyt (Kenttämies ja Mattsson 2006). Pinta-alaltaan suurimmat metsänojitustoimenpiteet kohdistuivat Hännilänjoen (29km 2 ), Mustajoen Rääsysuon yläpuolisen (8km 2 ), Kortesalmen (2.8km 2 ), Kortepurun (2.7km 2 ) ja Kuvaspurun (2.2km 2 ) osavaluma-alueisiin. Yhteensä metsäojitettu alue kattoi 9.3±11.2% koko valuma-alueen metsämaiden pinta-alasta. Metsäojituksen osuus metsäalueiden pinta-alasta oli merkitsevästi suurempi, tosin suhteellisen vaihteleva, itäisellä (18.4±11.6 %) kuin läntisellä (6.9±11.2 %) valuma-alueella. Vertailualueena käytetyn Länsi-Puulan osavaluma-alueella ojituksen osuus oli selkeästi pienempi (3.8 %).

24 23 Kuva 11. Tutkimusalueen yhdistetyt uudis- ja kunnostusojituspinta-alat Metsäkeskuksen ojitusaineiston mukaan vuosien välillä jaoteltuna a) osavaluma-alueisiin ja b) itäiseen ja läntiseen reittiin Turvetuotantoalueet Turvetuotanto on keskittynyt pelkästään Kälkäjoen valuma-alueelle, jossa tuotantoalueiden vedet laskevat Mustajoen, Porkkapurun ja Pajupurun kautta Kälkäjokeen. Turvetuotannon intensiteetin vuosittaista vaihtelua (Kälkäjoen alaosa >, Mustajoki 1984-> ja Pajupuru 1979->) arvioitiin näiden laskupisteiden yläpuolisilla osa-valuma-alueilla sekä koko Kälkäjoen valuma-alueella. Selkeästi suurinta turvetuotannon intensiteetti oli Pajupurun osa-valuma-alueella, jossa turvetuotannon toimenpidealat ylittivät 10% vuosien välisenä aikana. Intensiivisimmillään turvetuotanto tällä valuma-alueella oli vuonna 2001 (12.7%, 314ha), jonka jälkeen vuoteen 2012 mennessä pinta-ala oli vähentynyt noin kolmanneksen (8.5%, 212ha). Kälkäjoen alaosan osavaluma-alueella sijaitsevan Mesiänsuon toimenpidealat ovat pysyneet samana perustamisvuodesta 2009 lähtien (keskiarvo±keskihajonta; 4.2±0%, 53±0ha). Mustajoen alueella toimivien turvetuotantoalueiden maankäytön intensiivisyys oli selkeästi pienempi (1.1±0.7%, 68.5±43.3ha) kuin Pajupurun ja Kälkäjoen alaosan alueella (9.3±2.4%, 247.8±60.2ha). Toisin kuin Pajupurun alueella, Mustajoen yläjuoksulla olevien turvetuotantoalueiden pinta-alat ovat viime vuosina lisääntyneet, intensiteetin ollessa korkeimmillaan vuonna 2009 (2.7 %, 168 ha). Koko Kälkäjoen alueen turvetuotannon toimenpidealaa tarkastellessa huomataan viime vuosien aikana lievää nousua verrattuna keskimääräiseen tilanteeseen (1.4±0.4 %, 289.5±81.2 ha) ja aineiston mukaan suurin turvetuotannon intensiteetti Kälkäjoen alueella osui vuodelle 2009 (2.0 %, ha). Kuvassa 12. esitetään turvetuotantoalueiden yhdistetty valmistelu- tai tuotantokäytössä olevien turvealueiden pinta-alakehitys vuosien välillä.

25 24 Kuva 12. Valuma-alueilla olevien valmistelussa ja tuotannossa olevien turvetuotantoalueiden yhdistetty (Havusuo, Jokipolvensuo, Mesiänsuo, Paju-Pihlassuo ja Rääsysuo) pinta-ala (ha) vuosien välillä. 3.2 Ravinne-, kiintoaine ja hiilipitoisuudet Pitoisuuksien vaihtelu tutkimusalueella Keskimääräisiä ravinnepitoisuuksia havainnollistettiin Länsi-Puulan alueella pinta-interpoloinnin avulla (Kuva 13.). Tuloksissa Itäinen valuma-alue ja erityisesti Kälkäjoen valuma-alue erottui korkeampien ravinnepitoisuuksien johdosta enemmän järviä ja vähemmän turvemaita sisältävästä itäisestä reitistä. Järvialtaiden pitoisuuksia laimentava vaikutus oli selkeästi havaittavissa myös Kälkäjoen alapuolisessa Siikavedessä. Itäiseltä valuma-alueella suurimmat ravinnepitoisuudet löytyivät Lihvanselkään laskevasta Kylmäpurusta sekä Lapinselkään laskevista Korte- ja Kuvaspurusta. Ravinnepitoisuuksien pintainterpoloinnin visualisointiin liittyvät ravinnepitoisuuksien luokittelurajat on esitetty taulukossa 2.

26 25 Kuva 13. Ravinnepitoisuuksien (Kok-P, Kok-N, NH 4 ja NO 2+3 ) keskimääräinen esiintyminen Länsi-Puulan valuma-alueella. Humuspitoisuuksien keskimääräinen esiintyminen käyttäytyi ravinnepitoisuuksien kanssa samankaltaisesti. Näin ollen myös humustulosten avulla voitiin todeta Kälkäjoen valuma-alueen suuremmat humuspitoisuudet sekä Siikaveden pitoisuuksia laimentava vaikutus. Itäiseltä valuma-alueelta Kylmä-, Korte- ja Kuvaspurut erosivat selkeästi humuspitoisuuksiltaan muista itäisen valuma-alueen näytteenottopisteistä. Keskiarvoisten humuspitoisuuksien pintainterpolointi on esitetty kuvassa 14. ja kuvaan liittyvät humuspitoisuuksien luokittelurajat on esitetty taulukossa 2.

27 26 Kuva 14. Humuksen (Väriluku, COD, DOC ja TOC) keskimääräinen esiintyminen Länsi-Puulan valumaalueella. Kiintoainepitoisuuksien keskimääräinen esiintyminen erosi ravinteiden ja humuksen esiintymisestä, siten että tällä tarkastelutavalla kiintoaineen kohonneet määrät eivät kulkeutuneet yhtä laajalle alueelle vesistösysteemissä. Kälkäjoen valuma-alueen kiintoainepitoisuudet olivat paikoitellen muuta valuma-aluetta suuremmat. Keskimääräiset kiintoainepitoisuudet on kuvattu valuma-aluekartalla kuvassa 15. ja kiintoainepitoisuuksien luokittelurajat on esitetty taulukossa 2.

28 27 Kuva 15. Kiintoainepitoisuuksien keskimääräinen esiintyminen Länsi-Puulan valuma-alueella. Taulukko 2. Ravinne- (Kok-P, Kok-N, NH 4 ja NO 2+3 ), humus- (Väriluku, COD, DOC ja TOC) ja kiintoainepitoisuuslämpökarttakuviin käytetyt luokittelurajat. Luokka (Väri) Kok-P Kok-N NH 4 NO 2+3 Väriluku COD DOC TOC Kaine (µg/l) (µg/l) (µg/l) (µg/l) (mg Pt/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) Tumman vihreä < Vaalean vihreä Keltainen Oranssi Punainen

29 Pitoisuuksien vaihtelu viime vuosikymmenten aikana Reitti: Pihlaspuru - Pieni-Pajulampi Pajulampi (Keronlampi) Pajupuru Kälkäjoki1 Ravinnepitoisuudet ja humusta kuvaavat vedenlaatuparametrit olivat huomattavan suuria ja vaihtelevia Havusuon ja Paju-Pihlassuon turvetuotantoalueilta vesiä vastaanottavassa Pihlaspurussa, jonka näytteenotto aloitettiin vasta turvetuotantoalueiden perustamisen jälkeen. Pieni-Pajulampi kerää Pihlaspurusta laskevat voimakkaasti konsentroituneet vedet. Pienen-Pajulammen päällysvedessä muutokset ennen ja jälkeen turvetuotannon aloituksen eivät olleet tilastollisesti merkitseviä eikä alusveden pitoisuusmuutosta ollut mahdollista testata, koska vain 2 näytettä oli otettu ennen turvetuotannon aloittamista Paju-Pihlassuolla. Alusvedessä kokonaisfosforipitoisuus ja väriluku olivat kuitenkin 1990-luvulla merkitsevästi suurempia verrattuna ja 2010-lukuihin. Pajulammen päällys- ja alusvedestä oli vain muutamia näytteitä ennen Paju-Pihlassuon turvetuotannon aloittamisajankohtaa. Näin ollen turvetuotannon vaikutusta ei voitu arvioida. Pajulammen päällysvedessä on kuitenkin 90-luvulta lähtien ollut merkitsevä nouseva trendi rautapitoisuudessa verrattuna ja 2010-lukuihin ja laskeva trendi kokonaisfosforipitoisuudessa lukuun verrattuna. Myös alusveden kemiallinen hapenkulutus oli noussut merkitsevästi 1990-luvulta luvulle. Pajupurun näytteenotto ei ulottunut Paju-Pihlassuon toimintaa edeltävään aikaa. Aikasarjasta ei myöskään löydetty tilastollista eroa vedenlaatuparametreissa ja 2010-lukujen välillä. Kälkäjoki 1- mittauspisteessä havaittiin tilastollisesti erittäin merkitsevä lasku kokonaisfosforipitoisuuksissa vertailtaessa pitoisuuksia ennen ja jälkeen Paju-Pihlassuon perustamista. Keskiarvoisesti kemiallinen hapenkulutus on ollut nousussa, mutta suuren pitoisuusvaihtelun vuoksi muutos ei ole tilastollisesti merkitsevä. Reitin vedenlaatuparametrien ajalliset muutokset on kuvattu liitteessä 1 löytyvissä pistekuvaajissa. Reitti: Mustajoki - Kälkäjärvet (Alajärvi) Kälkäjoki 2 Mustajoessa etenkin humuksen määrää kuvaavat vedenlaatumuuttujat olivat korkealla tasolla, mutta niiden käyttäytyminen erosi Kälkäjärvessä ja Kälkäjoki 2 mittauspisteessä. Mustajoen vedenlaatuparametreissa ennen ja jälkeen vuoden 2009 Rääsysuon valmistelujen aloittamista ei löytynyt tilastollista muutosta. Ala- Kälkäjärvessä erityisesti kiintoaine- ja humusparametreissa muutokset olivat suurempia kuin Mustajoessa, joista muutoksista kiintoainepitoisuuden nousu ennen ja jälkeen vuotta 2009 oli myös tilastollisesti merkitsevä. Kälkäjoki 2 -mittauspisteessä kokonaisfosforin, kemiallisen hapenkulutuksen ja väriluvun nousu oli vuoden 2009 jälkeen ollut tilastollisesti merkitsevä. Kaikkien reitin osa-alueiden vedenlaatuparametrien ajalliset muutokset on kuvattu liitteessä 1 löytyvissä pistekuvaajissa. Reitti: Siikavesi1 Siikavesi2 Puula3 Puula85 Siikaveden pohjoisemmassa (Siikavesi 1) mittauspisteessä vedenlaatuparametrien pitoisuudet olivat selkeästi alemmat kuin Kälkäjoesta tulevassa valumavedessä. Kuormituksesta huolimatta Siikavesi 1-mittauspisteen päällysveden tilassa ei havaittu lainkaan tilastollisesti merkitseviä nousevia trendejä. Kokonaisfosforin pitoisuudet olivat taasen laskeneet 1990-luvulta 2010-luvulle. Siikavesi 1 mittauspisteen alusveden vedenlaatuparametrien aikasarjat eivät olleet tarpeeksi kattavia tilastolliseen testaukseen. Pitoisuudet Siikavesi 2 mittauspisteellä käyttäytyivät päällysveden osalta Siikaveden eteläpäädyssä samankaltaisesti kuin pohjoispäädyssä. Kokonaisfosforipitoisuudessa havaittiin tilastollisesti merkitsevä lasku 1990-luvulta