Karjalainen Perifyton/piilevät Satu Maaria Karjalainen, SYKE/Vesikeskus/Sisävesiyksikkö KasPer-koulutus 14.-15.5.2013 Tvärminne Karjalainen Niemelä Niemelä Niemelä
Karjalainen S.M.Karjalainen Sisältö Nimistö Miksi piilevät seurannassa? Näytteenotto ympäristöhallinnossa ja velvoitetarkkailussa Näytepreparaatin teko - menetelmät, vinkit Näytteiden määrittäminen Tulosten laskeminen ja tulkinta 2
Fytobentos Nimistö Fytobentos eli pohjalevästö eli benttiset levät eli päällyslevät Perifyton eli perifyyttiset levät kiinnittyvät pinnoille Kivillä epiliton eli epiliittiset levät Kasveilla epifyton eli epifyyttiset levät Muilla vedessä olevilla alustoilla (puut, veneen pohjat, laiturirakenteet ym.) Irrallaan alustan päällä Sedimentin päällä epipelon eli epipeeliset levät Sedimentin sisällä endopelon eli endopeeliset levät Hiekan päällä epipsammon eli epipsammiset levät Metafyyttiset levät kasvavat kasvien läheisyydessä 3
Fytobentos Kasvutavat 4
Fytobentos Elomuodot eponttiset ovat pinnoille kiinnittyneitä eivätkä liiku (esim. Cymbella-suku) benttiset ovat liikkuvia ja elävät pinnan päällä (esim. sedimentin) (esim. Nitzschia- ja Naviculasuvut) euplanktiset elomuodot elävät vesipatsaassa eivätkä liiku (esim. Cyclotella- ja Aulacoseira-suvut) Niemelä Niemelä Niemelä 5
Piilevät seurannassa miksi? Piileviä on vesissä runsaasti ja ne ovat hyvin säilyviä Piilevälajien ekologiset vaatimukset tunnetaan suhteellisen hyvin Piileväyhteisöt kuvastavat hyvin veden laatua ja sen muutoksia Piileviä käytetty pitkään veden laadun indikaattorina Näytteenotto helppoa Seurantatulos suhteellisen edullisesti Perifyton-keinoalustat VPD:n myötä ympäristöhallinnon seurannoissa, ensin jokivesissä, sitten järvissä Velvoitetarkkailuissa, erityisesti jätevesien seurannoissa 6
Karjalainen S.M.Karjalainen Piilevät seurannassa vallitseviin olosuhteisiin parhaiten sopeutuneet lajit dominoivat olosuhteiden muuttuessa levälajien määräsuhteet muuttuvat piileväyhteisö reagoi vedenlaadun muutoksiin muutamasta päivästä muutaman viikon viiveellä erilaiset habitaatit lisäävät alueen levälajiston monimuotoisuutta indeksit (mm. IPS, ACID), ekologiset jakaumat, laskennalliset ph:t Omnidia-tietokannassa yli 9000 taksonia (sis. synonyymit) 7
PIILEVÄYHTEISÖANALYYSI Ohjeistus Eloranta ym. 2007 8
Näytteenotto Ohjeistukset SFS-EN 13946. Veden laatu. Jokivesien piilevien näytteenotto ja esikäsittely. (päivityksessä, järvet mukaan) Ohjeistus ympäristöhallinnon seurantoihin Meissner ym. 2012. Jokien ja järvien biologinen seuranta Näytteenotosta tiedon tallentamiseen Eloranta ym. 2007. Piileväyhteisöt jokivesien ekologisen tilan luokittelussa ja seurannassa menetelmäohjeet. Ympäristöopas. Tulevaisuudessa (2015) ohjeistus pohjan piilevien käytöstä turvemaiden käytön tarkkailuihin (BioTar-projektin tulos) Näytteenoton maastolomake Tärkeä täyttää huolellisesti: auttaa tuloksen tulkinnassa ja paikan uudelleen paikantamisessa 9
Kasvualustat kasvit muuttuvat kesän aikana ja vanhetessaan vapauttavat ravinteita sedimentti vapauttaa ravinteita, kuluttaa happea kivet muuttumattomia > sopivat parhaiten vedenlaadun arviointiin Hannu Marttila Aroviita 10 Karjalainen
Kasvualustat kasvit muuttuvat kesän aikana ja vanhetessaan vapauttavat ravinteita sedimentti vapauttaa ravinteita, kuluttaa happea kivet muuttumattomia > sopivat parhaiten vedenlaadun arviointiin SYKE Hannu Marttila Aroviita 11 Karjalainen
Vesisammalkivikori noussut kesätulvan vaikutuksesta ja jäänyt rannalle veden laskettua SYKE 12
Kivikorin kivet peittyivät vaahtoon ja hienoon hiekkaan majavan padon alapuolella SYKE 13
Kivet peittyivät tippuneiden lehtien alle elokuussa SYKE 14
15 Antti Haapala
Piilevänäytteet: havaintoalue ja näytteenottopaikat Kivinäyte, näytteenottopaikka kivikkopohjaa, mieluiten halkaisijaltaan 10-15 cm:n kiviä, kohtalainen/vuolas virtaus, pysyvästi veden alla oleva kivikko Havaintoalue (viitteellisesti 20 50 m:n koski-/virtajakso) kuvataan maastolomakkeeseen 5. 4. 3. 2. 1. VIRTAUSSUUNTA Näytteenotto etenee alavirrasta ylävirtaan (1., 2., 3. jne.) 16
Näytteenotto järvilitoraalista Näytteenottopaikka (avoin kivikkoranta), josta otetaan 17 satunnaisesti 5-10 nyrkinkokoisia kiveä
Karjalainen 18
Näytteenotossa muistettava Virtapaikka joessa: ei liian nopea eikä liian hidas virtaus Järvissä avoin ranta, jossa aallot huuhtelee kiviä Kivien pinnoilla ei sedimentoitunutta ainesta Kivien huljuttelu veden alla Vältettävä kiviä, joissa vesisammalia tai rihmaleviä Kivien on pitänyt olla vähintään 4-6 viikkoa veden alla (ei näytteenottoa rannasta, vaan keskemmältä uomaa) Maastolomakkeen täyttö (joet, järvet) Koordinaatit Vedenpinnan korkeuteen vaikuttaneet tekijät Peittävyydet näytteenottokivien pinnoilla Toivottu vesimuodostumatunnuksen merkintää 19
SYKE 20
Säilöntä Kestopreparaatti Etanoli, pakastus, lugol Elävä näyte Määritettävä mahdollisimman pian Kenttämikroskooppi Suositeltavaa ottaa, jos epäillään myrkkyvaikutusta Esim. sulfaatti heikentää levien kasvua Pienikin määrä riittää (esim. 20 ml) 21
Näytepreparaatin teko Näytteiden oltava peitettyjä keitettäessä > kontaminaatiovaara! Humusvedet yleensä ongelmalliset Väkevä typpihappo-rikkihappoliuos Runsaasti epäorgaanista ainesta sisältävät näytteet Hiekan laskeuttaminen Hienot partikkelit, katinkulta ongelmallisia Harvat näytteet, useampi näytepreparaatti laskemista varten > hidastavat näytteen laskemista Epätasaisesti jakautuva näyte Liikaa vettä suhteessa alkoholiin > antaa veden haihtua Peitelasin pintajännitteen vähentäminen syljellä (toimii oikeasti!) 22
Karjalainen S.M.Karjalainen Näytteiden määrittäminen Niemelä Striat Raafe Kuvan piirtänyt Helena Heikkinen Niemelä Niemelä 23
Näytteiden laskeminen, määrittäminen ja tulkinta Ohjeistukset SFS-EN 14407. 2005. Water quality. Guidance standard for the identification, enumeration and interpretation of benthic diatom samples from running waters. Suomen standardisoimisliitto SFS ry, Helsinki. 12 s. Eloranta ym. 2007. Piileväyhteisöt jokivesien ekologisen tilan luokittelussa ja seurannassa menetelmäohjeet. Ympäristöopas. Kahlert, M., Albert, R-L., Anttila, E-L., Bengtsson, R., Bigler, C., Eskola, T., Gälman, V., Gottschalk, S., Herlitz, E., Jarlman, A., Kasperoviciene, J., Kokociński, M., Luup, H., Miettinen, J., Paunksnyte, I., Piirsoo, K., Quintana, I., Raunio, J., Sandell, B., Simola, H., Sundberg, I., Vilbaste, S., Weckström, J. 2007: First Nordic-Baltic Diatom Intercalibration excercise 2007 (Stream monitoring). Results of workshop at the Erken Laboratory, Uppsala University, Sweden 11.-16.11.2007. 12 s. http://www.norbaf.net/courses/suggestions_final.pdf 24
Määrittäminen Käytettävä kirjallisuus ja taksonikoodit tulisivat olla yhtenäiset Vanhassa kirjallisuudessa taksonit monesti laajemmassa mielessä > uudessa kirjallisuudessa suppeammassa mielessä tai uudella nimellä Esim. humusjoissa yleinen Eunotia meisteri > Eunotia meisterioides, mutta olemassa myös E. meisteri Achnanthidium minitissimum lajikompleksi jakautunut eri lajeiksi Entistä tärkeämpää uusien yhteisöanalyysiin perustuvien luokittelumuuttujien myötä Vertailuyhteisöjen tyyppitaksonit Määrittäjien lajimäärityksen interkalibrointi vähentää määrittäjästä aiheutuvaa eroa tuloksessa Vastuu myös työntilaajalla 25
Piileväanalyysin tilaus Tietojen toimittaminen näytteistä Maastolomakkeet, koordinaatit Piileväluokittelussa käytettävä tyyppi > konsultti voi laskea luokittelumuuttujat Ei aina sama kuin vesimuodostumatyyppi: Jokiluokittelussa näytepisteen yläpuolisen valuma-alueen koko ratkaiseva: jos näytepiste jokivesimuodostuman yläosassa, voi se olla tyypiltään eri alempaan näytepisteeseen verrattuna, koska vertailuyhteisöt erilaiset Järviluokittelussa järvillä ryhmitellyt tyypit järven pinta-alan ja luontaisen humuspitoisuuden perusteella 26
Piileväanalyysin tilaus Toimittajalta pyydetään kestopreparaattien (vähintään 3 hyvänlaatuista kpl) valmistamista noudattaen Elorannan ym. (2007) menetelmäohjeita (maastolomake!) lajitason määritystä noudattaen 1) Elorannan ym. (2007) menetelmäohjeita 2) NorBAF-interkalibroinnin lajimäärityssuosituksia (Kahlert ym. 2007) 3) Piilevien määrityskirjallisuus -listausta 4) Piilevien taksonilistaa tietojen tallentamista OMNIDIA-tietokantaan Piileväpreparaattien toimittamista tilaajalle tai SYKEn arkistoon Jatkuu 27
Piileväanalyysin tilaus Toimittajalta pyydetään (jatkuu) raportointia käytetty määrityskirjallisuus menetelmät mukaan lukien OMNIDIA-tietokannan versio ja mahdolliset muutokset indikaattoriarvoissa tulosten tulkinta ml. luokitteluindeksit, muut mahdolliset indeksit, ekologiset jakaumatarkastelut, laskennalliset ph-arvot Näistä kannattaa pyytää myös itselleen tulosteet tai tiedostot Tulokset voisi myös pyytää excelissä, jossa näkyy piilevätaksonin vieressä OMNIDIA-taksonikoodi > helpottaa tarvittaessa laskentapohjan käyttöä OMNIDIAsta saatavan prn-siirtotiedoston toimittaminen vähintään sähköisenä ja mielellään myös paperisena, jolloin siinä tulee näkyä lajiluettelo ja indeksiarvot sekä ekologiset jakaumat ja laskennalliset ph-arvot 28
Piileväanalyysin tilaus Toimittajalta pyydetään (jatkuu) raportointia käytetty määrityskirjallisuus menetelmät mukaan lukien OMNIDIA-tietokannan versio ja mahdolliset muutokset indikaattoriarvoissa tulosten tulkinta ml. luokitteluindeksit, muut mahdolliset indeksit, ekologiset jakaumatarkastelut, laskennalliset ph-arvot Näistä kannattaa pyytää myös itselleen tulosteet tai tiedostot Tulokset voisi myös pyytää excelissä, jossa näkyy piilevätaksonin vieressä OMNIDIA-taksonikoodi > helpottaa tarvittaessa laskentapohjan käyttöä OMNIDIAsta saatavan prn-siirtotiedoston toimittaminen vähintään sähköisenä ja mielellään myös paperisena, jolloin siinä tulee näkyä lajiluettelo ja indeksiarvot sekä ekologiset jakaumat ja laskennalliset ph-arvot 29
Piileväanalyysin tilaus Toimittajalta pyydetään (jatkuu) Osoitus määrittäjän pätevyydestä ja kokemuksesta osoituksena riittää määrittäjän todistus hyväksytysti suoritetusta (esim. viimeisen 5 vuoden sisällä tai viimeisimmästä) kohdelajiston määrityksen vertailukokeesta (esim. NorBAF). Lisäksi voi pyytää arviota siitä, montako näytettä henkilö on määrittänyt viimeisen kolmen vuoden aikana vuosittain, jotta voi tarkistaa, että määrittäjä ylläpitää kokemustaan piilevien määrittämisestä. Alihankkijalta edellytetään vastaavasti määrittäjän pätevyys ja kokemus Kaikki vaiheet näytteenotosta, preparaatin valmistukseen ja määrittämiseen tärkeitä tulosten luotettavuuden varmistamiseksi! 30
Tietoa verkosta Biologinen seuranta, menetelmät www.ymparisto.fi > Tutkimus > Ympäristön seuranta > Vesien tilan seuranta > Biologinen seuranta, menetelmät http://www.ymparisto.fi/default.asp?node=25924&lan=fi Sivulta löytyvät Menetelmäohjeet Luokittelumuuttujien laskentapohjat Tarjouspyyntömalli Uusi ymparisto.fi-sivusto käyttöön elo-syyskuun vaihteessa (linkki vanhoilta sivuilta) 31
32
33
34
Tulosten laskeminen ja tulkinta OMNIDIA-tietokanta on henkilökohtainen Näytepaikan tiedot helposti siirrettävissä toisen OMNIDIA-tietokantaan prn-siirtotiedostolla Käytetään toistaiseksi, rahoitusta haettu piilevärekisterin kehittämiseen Indeksit, ekologiset jakaumat ja laskennalliset ph:t OMNIDIA-tietokannassa Luokitteluindeksit (TT, PMA) lasketaan excellaskentapohjilla 35
Omnidia-tietokanta lajitieto 36
Omnidia paikkatieto ja indeksit 37
Piilevien indikaattoriarvo ID n j 1 n j 1 AjIjVj AjVj Aj = lajin j runsaus Ij = lajin j likaantumisen herkkyysluokka (IPS S) Vj = lajin j indikaattoriarvo (IPS V) (Zelinkan ja Marvan 1961) 38
Omnidia ekologiset jakaumat 39
Karjalainen S.M.Karjalainen Ekologiset jakaumat 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% M1 M4 M5 M7 M8 P2 P3 H1 H2 M1 M4 M5 M7 M8 P2 P3 H1 H2 indifferentti alkalibiontti alkalifiilinen neutraali asidofiiline n asidobiontti polysaprobi nen alfameso/polys aprobinen alfamesosapro binen betamesosapro binen oligosaprob inen 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% M1 M4 M5 M7 M8 P2 P3 H1 H2 M1 M4 M5 M7 M8 P2 P3 H1 H2 oligo to eutraphentic hypereutrap hentic eutraphentic mesotraphen tic mesoeutraphentic oligomesotraphen tic oligotraphent ic N- heterotrofinen, välttämätön N- heterotrofinen, valinnainen N-autotrofinen, tolerantti 40
Luokittelumuuttujat 1/2 IPS (Indice de Polluo-Sensibilité Spécifique) (Coste: Cemagref 1982) IPS-indeksiä käytetty jokivesien 1. luokittelukierroksella Suomessa Perustuu ravinnepitoisuuksille ja orgaaniselle aineelle herkkien/epäherkkien taksonien pisteytykseen ja suhteelliseen runsauteen piilevänäytteessä Herkät, rehevöitymisestä kärsivät taksonit saavat korkeita pistearvoja Kehitetty Länsi-Euroopassa, jossa karu vesistöt luontaisesti happamia > Suomessa happamat vesistöt saavat aina korkeat arvot riippumatta ravinnepitoisuuksista 41
Luokittelumuuttujat 2/2 Toisella luokittelukierroksella jokivesissä ja järvissä Tyyppiominaiset Taksonit (TT 40 ) Taksonit, jotka esiintyvät 40%:lla tyypin vertailuyhteisöjen paikoista Suhteellinen mallinkaltaisuus (PMA) Verrataan paikan piileväyhteisöä ko. joki- tai järvityypin vertailuyhteisöihin 1=täysin samanlaiset yhteisöt, <1 yhteisöissä eroja 42
Piileväindeksien arvot 20 15 IPS ihmistoiminnan vaikutusasteen suhteen eriasteisissa jokivesissä 10 5 20 NS-HQ NS-MQ HU-IM 1 HU-IM 2 POLL GDI (Eloranta & Soininen 2002) 15 10 NS-HQ = luonnontila, erinomainen NS-MQ = luonnontila, kohtalainen HU-IM 1 = lieviä ihmistoiminnan vaikutuksia HU-IM 2 = voimakkaita ihmistoiminnan vaikutuksia POLL = pilaantunut 5 20 15 10 5 0 NS-HQ NS-MQ HU-IM 1 HU-IM 2 POLL /20 TDI 43 NS-HQ NS-MQ HU-IM 1 HU-IM 2 POLL
Piileväindeksiarvot tyypeittäin (Ref, Imp, Savi) 22 IPS 22 GDI 20 20 18 18 16 16 14 14 12 12 10 10 8 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Erinomainen Tyydyttävä Hyvä Välttävä < 9 = Huono 44
Karjalainen S.M.Karjalainen Piilevien luokittelu Paikkanimi TOTP ph TT PMA IPS 5.3 Konnusjoki 164 37 5.5 Hy Hy E Nuottipuro 43 6.2 T T E Pajuluoma, alaosa 27 5.9 T T E Saunajoki,Uurainen 19 5.2 Hy Hy E Vieresjoki, Repuli 100 6.3 T V T Kuohattijoki 16 6.0 Hy Hy E Haapajoki, Niskakoski 14 5.7 Hy Hy E Laihianjoki, Yrjäälä 46 4.6 T T E Luohuanjoki, Mikkola 58 5.8 Hy E E Luostanjoki, Särkkäläkoski 30 4.9 Hy T E Sikkilänjoki, Vähä-Jakama luusua 31 5.5 T Hy E 45
Luokittelumenetelmä jokivesissä Perustuu koskipaikan kivipintojen piileväyhteisöstä laskettuihin tyypille ominaisten taksonien esiintymiseen (TT 40 ) lajiston suhteelliseen mallinkaltaisuuteen (PMA) Paikat ryhmitelty näytteenottopaikan yläpuolisen valumaalueen pinta-alan perusteella kokotyyppeihin. Lisäksi jako Etelä-, Pohjois-Suomeen ja PoLa:an Erittäin suurille ja suurille jokivesille yhteiset vertailuolot ja luokkarajat Hyvin pienille jokivesille (luokitellaan vain, jos kyseisellä joella on erityistä merkitystä vesienhoitoalueella (esim. luonnonsuojeluperuste) 46
Luokkarajat jokivesissä TT Tyyppi N-REF VA E/Hy Hy/T T/V V/Hu HPk-P 15 20.1 17.5 13.1 8.8 4.4 HPt-P 15 20.1 17.5 13.1 8.8 4.4 Pk-P 53 18.3 15.0 11.3 7.5 3.8 Pk-E 20 19.9 14.7 11.1 7.4 3.7 Pt-P 53 18.3 15.0 11.3 7.5 3.8 Pt-E 20 19.9 14.7 11.1 7.4 3.7 Psa 20 19.9 14.7 11.1 7.4 3.7 Kk-P 33 15.0 13.0 9.7 6.5 3.2 Kk-E 33 15.8 13.0 9.7 6.5 3.2 Kt-P 33 15.0 13.0 9.7 6.5 3.2 Kt-E 33 15.8 13.0 9.7 6.5 3.2 Ksa 33 15.8 13.0 9.7 6.5 3.2 SEsk-P 46 21.6 17.3 12.9 8.6 4.3 SEsk-E 8 23.0 17.3 12.9 8.6 4.3 SEst-P 46 21.6 17.3 12.9 8.6 4.3 SEst-E 8 23.0 17.3 12.9 8.6 4.3 Ssa 8 23.0 17.3 12.9 8.6 4.3 HPk-PoLa 6 17.2 16.5 12.4 8.3 4.1 Pk-PoLa 11 19.3 17.5 13.1 8.8 4.4 Kk-PoLa 3 18.7 17.0 12.8 8.5 4.3 SEsk-PoLa 12 27.8 25.5 19.1 12.7 6.4 47
Karjalainen S.M.Karjalainen Luokittelumenetelmä järvissä Perustuu litoraalin kivikkorantojen kivipintojen piileväyhteisöstä laskettuihin tyypille ominaisten taksonien esiintymiseen (TT 40 ) lajiston suhteellinen mallinkaltaisuuteen (PMA) Järvet ryhmitelty järven pinta-alan ja veden humuksisuuden mukaan Pienet, keskikokoiset, suuret Vähähumuksiset, humusjärvet 48
Luokittelumenetelmien rajoitteet Refenssipaikkoja liian vähän TT:ssä (<5) tyyppilajit alustavia PMA:ta ei käytetä esim. Kk- PoLa jokiluokittelussa Järviluokittelussa suuria humusjärviä ja keskikokoisia vähähumuksisia järviä 49
Vesikasvit ja päällyslevät -laatutekijän yhteisarviointi VPD:n mukaan vesikasvit ja päällyslevät on yksi laatutekijä Jos seuranta-aineistoa on vain toisesta osalaatutekijästä > käytetään tätä osalaatutekijän tila-arviota Jos seurantatietoa on molemmista osalaatutekijöistä > arvioidaan vesimuodostuman tila molemmilla Tällöin vesikasvit ja päällyslevät -laatutekijän tila määräytyy huonommassa tilassa olevan osalaatutekijän perusteella Mikäli huonompaa tilaa osoittavan osalaatutekijän luokitus on aiheutunut epäluotettavasta tai suppeasta aineistosta -> muuttujia ei käytetä 50
Käytännön harjoitusta OMNIDIA-tulostusten läpikäynti Indeksit Ekologiset jakaumat Laskennalliset ph:t Uusien luokitteluindeksien laskentapohjat Joet Järvet Eroavaisuudet Vapaaehtoiset harjoitukset illalla 51