Miten mallit ja seuranta auttavat kunnostuksien suunnittelua ja toteutusta?

Vesistökunnostusverkosto Vuosiseminaari Oulu 12.6.2018 Miten mallit ja seuranta auttavat kunnostuksien suunnittelua ja toteutusta? Saija Koljonen & Ilkka Sammalkorpi Suomen ympäristökeskus SYKE Vesikeskus

Ongelma Tilan arviointi Arviointi Mukauttava hoito Syiden tunnistaminen Seuranta Suunnitelma Kunnostaminen

Miksi malleja? Kunnostuksen suunnittelu alkaa arviolla ulkoisen kuormituksen määrästä. Ulkoisen kuormituksen määrän tarkka arviointi on usein vaikeaa ja kallista, laajoihin tutkimuksiin perustuvien mallien käyttö on kustannustehokasta ja antaa hyvän keskimääräisen arvion ulkoisen kuormituksen määrästä Jos ulkoisen kuormituksen määrästä vedenlaatumallilla arvioitu pitoisuus ylittää tyyppikohtaisen vesienhoidon tavoitetilan kokonaisfosforipitoisuuden, pelkkä kunnostaminen ilman ulkoisen kuormituksen vähentämistä ei kannata.

VEMALA Koko Suomen kattava vesistömallijärjestelmä, joka hyödyntää ympäristöhallinnon hydrologista havaintoverkkoa, Ilmatieteen laitoksen säähavaintoja ja - ennusteita, säätutkan sadetietoja sekä satelliittien lumen peittävyysja vesiarvotietoja. Sateenvarjo. Arvioi [kg/v] vesistöön tulevan kokonaiskuormituksen ja sen jakautumisen eri lähteisiin Arvioi, mikä ravinnepitoisuuden keskimäärin tulisi olla Vekka = Vemalan karttapohjainen käyttöliittymä Päijänteeseen tulevan ravinnekuormituksen jakautuminen Pistekuorma Luonnon huuhtoutuma Maatalous 4

Miksi seurantaa? Tarkentaa mallien antamaa tietoa Parhaat tulokset on usein saatu kohteista, joihin on kohdistunut joko velvoitetarkkailu tai ympäristöhallinnon pitkäaikainen seuranta. Hyvin suunniteltu ja toteutettu seuranta auttaa valitsemaan oikeat toimenpiteet, mitoittamaan ne oikein, arvioimaan saavutettua tulosta, sekä ylläpitävien tai parantavien toimenpiteiden tarvetta ja suunnittelua jakamaan kokemuksia hyvistä ja kartettavista käytännöistä (haaste alueellisille verkostoille) kehittämään toimintaa vaikuttavammaksi ja kustannustehokkaammaksi. Ilman seurantaa kokemusperäinen tieto ei kartu.

Seurantaohjelman yleisiä edellytyksiä Seurannalla: saadaan selkeä, mitattavissa oleva havainto/mittari tai hypoteesi vaikutuksien arviointiin, pystytään mittaamaan kunnostustoimien tavoitteiden toteutumista seurannan keston ja havaintojen määrän tulee riittäät toimenpiteiden vaikutuksen arviointiin

Onnistuneita virtavesihankkeita yhdistäviä tekijöitä (Palmer ym. 2005) Alueesta on olemassa hyvä yleiskuva. Myös alkutilasta ja mahdollisesti luonnontilasta on tietoa. Kohteen mahdollisuudet ja rajoitteet ovat tiedossa. Ekosysteemin paineidensieto- ja palautumiskyky häiriöistä paranee kunnostuksen avulla (häiriöherkkyys vähenee, kohde pystyy ylläpitämään luontaista toimintaa). Kunnostustoimenpiteet eivät aiheuta pitkäaikaisia haittavaikutuksia. Kunnostusvaikutuksista on suunniteltu ja tehty riittävä ekologinen seuranta ja ekosysteemin ominaisuuksissa on tekijöitä, joiden parannusta voidaan mitata. Tulokset soveltuvat hyvin myös järvihankkeisiin

Järven tai joen kunnostuksen ja hoidon tavoite Hyvän ekologisen tilan saavuttaminen tai ylläpitäminen Järviä luokitellaan vesienhoidossa tyyppikohtaisilla (humus, pinta-ala, syvyys) raja-arvoilla erinomaiseen, hyvään, tyydyttävään, välttävään tai huonoon tilaan. Siihen, mihin luokkaan järviä luokitellaan, vaikuttavat mm. ravinnepitoisuus, kasviplankton (klorofylli-a) ja kalasto Jokia luokitellaan pohjaeläimistön, kalaston, piilevien, fysikaalis-kemiallisten ja hydro-morfologisten tekijöiden perusteella Luokkaan vaikuttavia tekijöitä ovat mm. pohjaeläinlajisto, 0+ lohikalojen määrä, ravinnepitoisuus ja ph, nousuesteet ja rakenteelliset tekijät Kun monet seurannassa todetut määrät eivät vastaa hyvää tilaa kuvaavaa tasoa tai taso on vaarassa heikentyä, on kunnostamiselle ja hoidolle selvä virallinen tarve.

Hyvän ekologisen tilan tyyppikohtaisia raja-arvoja (Vuori ym. 2009, Aroviita ym. 2012) Tyyppijako: veden väri, järven pinta-ala ja keskisyvyys (ks. Vesikartta, Järviwiki Rehevän järven kunnostaminen ja hoito-kirjan takakansi) Järven tyyppi on tiedettävä, koska hyvää tilaa kuvaavien muuttujien erot tyyppien välillä ovat 1.4 3.5 kertaisia

Esimerkkejä hyvän tilan tyyppikohtaisien raja-arvojen vaihtelusta Veden laatu Havaittu kokonaisfosforin ja klorofylli-a:n keskipitoisuus Hyvä veden fosforipitoisuus ei vielä takaa ettei sinileväongelmia esiinny Koeverkkokalastus (Nordic-verkot) Koeverkkokalastus (Nordic-verkot) yksikkösaalis/koeverkko Lukumääräyksikkösaaliin ja painoyksikkösaaliin keskiarvo, Särkikala % = särkikalojen osuus koekalastuksen painoyksikkösaaliista Järvityypit Vh Ph Rh MVh Mh MRh Max/min Kokonaisfosfori µg/l 20 35 45 25 40 50 2,5 Klorofylli-a µg/l 7 15 20 8 20 25 3,5 Lukumäärä kpl/koeverkko 42 47 41 70 65 61 1,5 Biomassa g/koeverkko 1095 1163 1011 2105 1983 1579 2,1 Särkikala % 49 59 54 53 57 67 1,4

Havaittu kokonaisfosforipitoisuus ja vesienhoidon luokkarajat Mallien ja seurantojen tietojen yhdistäminen auttaa rehevien vesimuodostumien kunnostuksen suunnittelua ja toteutusta 1: Erinomainen: Ei liikaa ulkoista kuormitusta, fosforipitoisuus matala. Säilytä tämä Välttävä Tyydyttävä Hyvä Erinom 5 2 1 2: Hyvä: Ulkoinen kuormitus OK, kokonaisfosfori edustaa hyvää tasoa: OK? Tilanteen seurantaa ja tarvittaessa ylläpitämistä hoitotoimilla 6 Kunnosta/ hoida vähennä ulkoista Ennustettu kok. fosfori (Vemala) 3 4 3. Välttävä: Liian suuri ulkoinen kuormitus ja veden fosforipitoisuus : Vähennä etenkin ulkoista! 4. Välttävä/hyvä? Korkea ulkoinen kuormitus, mutta veden fosforipitoisuus OK (lyhyt viipymä, paljon vesikasveja?). Rajoita ulkoista kuormitusta. 5. Tyydyttävä: Ulkoinen kuormitus OK, veden fosforipitoisuus korkea Vähennä sisäistä kuormitusta (biomanipulaatio, fosfirin sitomnen kemiallisesti) 6. Välttävä. Liian korkea fosforipitoisuus ulkoinen kuormitus. Sisäinen kuormitus keskeinen mutta vähennä myös ulkoista.

Voiko kunnostaa jos ulkoinen kuormitus on liian suuri? Liian suurella kuormituksella kunnostuksen tarve on jatkuva, mutta vaikutuksia voi saada, jos on huomattava paikallinen tarve ja mahdollisuus rahoittaa kunnostustoimenpiteitä ja vesiensuojelua Tuusulanjärven ulkoinen kuormitus ei kosteikoista (2009--) ja muista toimenpiteistä huolimatta ole merkittävästi laskenut 1990-2013. Jatkuva kunnostus 1997--- on vähentänyt sinileväkukintoja Ulkoinen fosforikuormitus seuraa sademäärän ja virtaaman vaihtelua Luodeslampi, Marttila & Hietala. Tuusulanjärven vesitase ja ravinnetaseet vuosina 1990 2013. Jaana Hietala (toim.) ELY-keskuksen raportteja 56/2017.

Klorofylli-a µg/l Fosfori/klorofylli-suhde Hyvä, epäsuora järven kalatiheyden ja kalojen vaikutuksen mittari Mahdollistaa vertailun laajaan havaintoaineistoon Malli (Mazumder 1994) 160 Isot vesikirput kalasto hyvä, matala levä/ravinne-suhde (katkoviiva) Pienet vesikirput, paljon kalaa, korkea levä/ravinne-suhde (vihreä viiva) Suomalaisissa järvissä suhde on usein > 0.4, mikä on merkki kalaston vaikutuksesta 120 80 40 0 Pienet vesikirput 0.6-suhde VHS kohteet 0.4-suhde Isot vesikirput 0 40 80 120 160 Kokonaisfosfori µg/l 13

CPUE g/ multimesh gillent % of cyprinids of CPUE w Koeverkkokalastuksen yksikkösaaliit Enemmän fosforia, isommat yksikkösaaliit ja enemmän särkikaloja, mutta kalamäärän ja lajiston vaihtelu tietyllä ravinnetasolla on suurta 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 50 100 150 0 50 100 150 Kokonaisfosfori µg/l Kokonaisfosfori µg/l THE NAME OF THE PRESENTER, SYKE 29.6.2018 14

Biomassa kg ha-1 Myös veden laadun ja lintuvesien seurannalla ja tilan parantamisella voi olla yhteisiä tavoitteita Järvien ekologista tilaa heikentävä särkikalavaltainen 10 kalasto vähentää myös lintujärvillä pesivien vesilintujen määrää Vesilintujen biomassa on 1 tasapainoisen kalaston järvissä 5-10 kertaa korkeampi kuin särkikalavaltaisissa Vesilintujen lajisto ja määrä osaltaan kertovat järven tilasta 0,1 Kalaston rakenteen ja veden fosforipitoisuuden vaikutus vesilintujen biomassaan Tasapainoinen Särkikalavaltainen 10 100 1000 Kokonaisfosfori µg L-1 15 Sammalkorpi ym. 2017. Linnut-vuosikirja 2016 sivut

Kangasalan Kirkkojärvellä oli normaalivuosina (leväkukintoja) kalaa syövä isokoskelo syksyllä linnuston valtalaji Kirkas, petoahvenvaltainen vaihe kalakuoleman jälkeen 2005-2007 Isokoskelon määrät romahtivat ja pohjaeläinravintoa käyttävien, tukka- ja punasotkien määrät moninkertaistuivat Lintuhavainnot olivat hyvä veden laadun muutoksen indikaattori 16

Esimerkkejä Freshabitin seurantaohjeista Pyritty ohjeistamaan seuranta hankkeiden koko huomioon ottaen ja kattamaan erityisesti ekologiseen tilaan ja/tai veden laatuun vaikuttavat kunnostustoimenpiteet. 17

Lähtötilan selvittäminen Ongelman tunnistaminen toimenpiteen/toimenpiteiden valinta ja mitoitus Selvitetään seurattavien muuttujien lähtötaso tai aiemmat tutkimus- tai seurantatulokset samalta paikalta tai läheltä, samankaltaiselta alueelta Mahdollisuus käyttää vesienhoidon luokittelun ja toimenpideohjelmien tietoja kunnostustarpeen määrittämisessä tai vertailukohteina Perustason tiedonkeruun vaiheen tulisi kestää vähintään vuosi ennen toimenpiteiden käynnistämistä (järvien syysnuottaus voi alkaa 1. seurantavuoden kasvukauden jälkeen) THE NAME OF THE PRESENTER, SYKE 29.6.2018 18

Lähtötilan selvittäminen Ongelman tunnistaminen toimenpiteen/-piteiden valinta ja mitoitus 1. Toimenpiteet 1. Tarkasteltavat muuttujat tai kokonaisuudet Rehevän järven ravintoketjukunnostus (hoitokalastus, petokalakantojen hoito; kunnostus- ja hoitovaihe) Rehevän järven fosforin kemiallinen saostus (AlCl 3 ) Hapetus Vesikasvillisuuden poistaminen (yleensä 2-3 kertaa) Koeverkkokalastuksen yksikkösaalit ja lajisto, veden laatu (näkösyvyys, klorofylli a, ravinteet, lämpötila, ph ja happi), ulkoinen / sisäinen kuormitus Veden laatu: ph, alkaliniteetti, näkösyvyys, veden ja sedimentin fosfori- (Kok. P ja liukenevuusjakeet), rauta- ja alumiinipitoisuus, titrauskokeet ennen käsittelyä, ulkoinen kuormitus Lämpötila- ja happikerrostuneisuus (erityisesti kesällä tehty hapetus), veden laatu (ph, ravinteet, klorofylli), kalasto (talvihapetus), ulk. kuormitus Vesikasvillisuuden pinta-ala, peittävyys ja lajisto, 19 ulkoisen kuormituksen määrä ja kohdentuminen THE NAME OF THE PRESENTER, SYKE 29.6.2018

Eri vuodenaikoihin ajoittuva veden ravinnepitoisuuden seuranta kertoo jo paljon järven tilasta ja ulkoisen / sisäisen kuormituksen merkityksestä Keväthuippu: hajakuormitus vaikuttaa järveen Kesähuippu: järvi on sisäkuormitteinen Useilla järvillä havaitaan molemmat vaikutukset ja kaksi ravinnepitoisuuden huippua Saarijärvi & Sammalkorpi 2005. Kunnostustarpeen määrittäminen. Ulvi & Lakso (toim), Järvien kunnostus. Ympäristöopas 114 20

Toimenpiteiden toteutumisen seuranta Seurataan, että toimenpiteet toteutetaan suunnitellusti ja kirjataan mahdolliset erot suunnitelmaan Kirjataan toteutuneet toimenpiteet ja niiden määrällinen tulos Jatketaan ennen toimenpiteitä valittujen muuttujien seurantaa THE NAME OF THE PRESENTER, SYKE 29.6.2018 21

Toimenpiteiden toteutumisen seuranta 1. Toimenpiteet Esimerkkejä toteutuksen seurannasta Hoitokalastuksen pyyntiponnistus, saaliin määrä ja koostumus, Rehevän järven ravintoketjukunnostus valtalajien kokojakautuma ja keskipaino, vapautettujen petokalojen määrä, lämpötila, vedenpinnan korkeus, toteutetut kalastuksen ohjaustoimenpiteet, istutettujen petokalojen määrä Rehevän järven fosforin kemiallinen saostus (AlCl3) Hapetus Vesikasvillisuuden poistaminen Toimenpide: käsitelty alue, annostelu, käytetty kemikaalin ja puskurin määrä. Mittaukset; veden laatu (Kok. P ja PO4-P, Alumiini), ph ja alkaliniteetti, näkösyvyys, mahdollisten kalakuolemien havainnointi Toimenpide: käytettyjen laitteiden laatu ja lukumäärä, operointiaika. Mittaukset; happipitoisuus ja lämpötila syvänteessä pinnasta pohjaan (vertikaaliprofiili anturilla tai vesinäytteinä), fosforipitoisuus (Kok. P ja PO4-P) pinnassa ja pohjan lähellä Toimenpide: käytettyjen laitteiden laatu ja lukumäärä, operointiaika Käsitelty pinta-ala, poistettu biomassa ja lajisto THE NAME OF THE PRESENTER, SYKE 29.6.2018 22

Toimenpiteiden vaikutusten arviointi Vertailu tilanteeseen ennen toimenpiteitä Tiedon keruussa tilastollisesti luotettavat menetelmät Tietoa käytetään jatkotoimenpiteiden suunnittelun pohjana THE NAME OF THE PRESENTER, SYKE 29.6.2018 23

Toimenpiteiden vaikutusten arviointi 1. Toimenpiteet 1. Vaikutusten seuranta Rehevän järven ravintoketjukunnostus (hoitokalastus, petokalakantojen hoito) (kunnostusvaihe ja hoitovaihe) Rehevän järven fosforin kemiallinen saostus (AlCl 3 ) Hapetus (edellisiin verrattuna selkeästi jatkuvaluonteisempi hoitotoimenpide) Vesikasvillisuuden poistaminen (yleensä 2-3 kertaa) Saaliin määrän ja yksikkösaaliin kehitys lajeittain, koeverkkokalastus, vedenlaadun (näkösyvyys, klorofylli a, ravinteet, lämpötila, ph ja happi) kehittyminen. (kasvi- ja eläinplankton; tutkimushankkeet) Fosforipitoisuus, Al, ph, alkaliniteetti, klorofylli, näkösyvyys, lämpötila (3 vuotta käsittelyn jälkeen) Veden laatu, leväkukintojen esiintyvyys, kalaston tila (riippuen kunnostuksen tavoitteesta ja ajankohdasta) Vesikasvillisuuden peittävyyden ja lajiston seuranta, mahdollisen toistotarpeen arviointi THE NAME OF THE PRESENTER, SYKE 29.6.2018 24

Pienet omaehtoiset järvikunnostukset 1. Toimenpiteet tilan tai käytön parantamiseksi Ravintoketjukunnostus (hoitokalastus, petokalakantojen hoito) Hapetus Vesikasvillisuuden poistaminen 1. Tarkasteltavat muuttujat tai kokonaisuudet Järven kalamäärä ja lajisto (ohjattu koeverkkokalastus), näkösyvyys, vedenlaadun perustiedot (fosfori, typpi, klorofylli, väri näkösyvyys) Happipitoisuus syvänteessä (vertikaaliprofiili anturilla tai vesinäytteinä), lämpötila Vesikasvillisuuden muutos V b 1. Toteutuksen seuranta 1. Vaikutusten seuranta Hoitokalastuksen pyyntiponnistus, saaliin määrä ja koostumus, valtalajien kokojakautuma ja keskipaino, vapautettujen petokalojen määrä, lämpötila, vedenpinnan korkeus, toteutetut kalastuksen ohjaustoimenpiteet, istutettujen petokalojen määrä (soveltuvin osin). Syvänteen happipitoisuus ja lämpötila (vertikaaliprofiili) Käsitelty pinta-ala, poistettu biomassa ja lajisto Saaliin määrän ja lajiston kehitys, koeverkkokalastus, näkösyvyys, veden laatu Veden laatu Kalaston tila THE NAME OF THE PRESENTER, SYKE Pysyvyyden seuranta (kasvillisuuden palautuminen) 29.6.2018 25

Virtavesihankkeet THE NAME OF THE PRESENTER, SYKE 29.6.2018 26

Yhteenvetoa Mallit antavat yleisiä puitteita jokien ja järvien todennäköiselle ravinnepitoisuudelle tai kuormitukselle ja sille onko ulkoista kuormitusta vähennettävä ja kuinka paljon Seuranta tarkentaa mallien antamaa alustavaa kuvaa Mallien ja havaintojen vertailu antaa parhaan pohjan oikeiden toimenpiteiden valinnalle ja mitoitukselle Työn aikainen seuranta on oleellinen osa hankkeen seurantaa Vaikutuksien eli tehdyn työn hyödyllisyyden arviointi edellyttää jatkuvia seurantahavaintoja THE NAME OF THE PRESENTER, SYKE 29.6.2018 27