Janakkalan Joutjärven, Riihimäen Paalijärven, Tammelan Liesjärven ja Hämeenlinnan Katumajärven sedimenttitutkimukset vuonna 2003

Janakkalan Joutjärven, Riihimäen Paalijärven, Tammelan Liesjärven ja Hämeenlinnan Katumajärven sedimenttitutkimukset vuonna 2003 Ympäristöosaston julkaisuja 27 Kanta-Hämeen järvet kestävään kehitykseen eli JÄRKI-hanke Hämeenlinnan seudun kansanterveystyön kuntayhtymä, ympäristöosasto

Janakkalan Joutjärven, Riihimäen Paalijärven, Tammelan Liesjärven ja Hämeenlinnan Katumajärven sedimenttitutkimukset vuonna 2003. Ympäristöosaston julkaisuja 27. Hämeenlinnan seudun kansanterveystyön kuntayhtymän ympäristöosasto. 63 s. ISBN 952-5251-79-9 ISSN 1455-9102 Kannen kuva: Heli Jutila, JÄRKI-hanke. Taitto: Heli Jutila ja Aira Halmetoja Tässä julkaisussa ovat seuraavat tutkimusraportit, jotka toimivat myös lähdeviitteinä: Hynynen, Juhani & Palomäki, Arja: Janakkalan Joutjärven ja Riihimäen Paalijärven ympäristöhistoria: paleolimnologinen tutkimus. Jyväskylän yliopisto, Ympäristöntutkimuskeskus, Raportti 4/2004. Forsell, Jutta, Salonen Veli-Pekka & Valpola Samu: Katumajärven ja Liesjärven (sis. Kanteluslammi ja Karkauslammi) sedimenttitutkimus. Helsingin yliopisto, Geologian laitos. Loppuraportti 20.12.2003. Kauppila, Tommi: Katumajärven ja Liesjärven sedimentin piikuoristen levien tutkimukset. Geologian tutkimuskeskus, Espoon yksikkö. Raportti 22.12.2003 2 Ympäristöosaston julkaisuja 27

SISÄLLYS Hynynen, Juhani & Palomäki, Arja: Janakkalan Joutjärven ja Riihimäen Paalijärven ympäristöhistoria..... 6 Forsell, Jutta, Salonen Veli-Pekka & Valpola Samu: Katuma- ja Liesjärven sedimenttitutkimus 26 Kauppila, Tommi: Katumajärven ja Liesjärven sedimentin piikuoristen levien tutkimukset... 58 4 Ympäristöosaston julkaisuja 27

Tiivistelmä JÄRKI-hankkeessa selvitettiin sedimenttitutkimusten avulla neljän järven ympäristöhistoriaa ja kahden järven sedimenttien ruopattavuutta. Hämeenlinnan Katumajärven ja Tammelan Liesjärven osalta tutkimukset tekivät Helsingin yliopiston geologian laitoksen tutkijat (Jutta Forsell, Veli-Pekka Salonen ja Samu Valpola) ja GTK (Tommi Kauppila). Janakkalan Joutjärven ja Riihimäen Paalijärven tutkimuksista vastasi Jyväskylän yliopiston Ympäristöntutkimuskeskus (Juhani Hynynen ja Arja Palomäki). Paalijärven sedimenttikerrostumia ei voitu luotettavasti ajoittaa matalalle järvelle tyypillisen sedimentin sekoittumisen vuoksi. Järvi on ollut koko sedimenttiprofiilin kattaman ajan eli useiden kymmenien vuosien ajan rehevä eikä sen piilevästössä ole tapahtunut merkittäviä muutoksia. Kaikkiaan Paalijärven sedimenttinäytteistä tavattiin 124 piilevätaksonia. Fosforijakeiden analyysin mukaan helposti liukenevan fosforin osuus oli sedimentissä melko alhainen. Järven itäja länsipäästä otettujen ruopattavuusnäytteiden viljavuus oli alhainen. Piileväyhteisössä tapahtuneiden muutosten perusteella Joutjärvi on muuttunut rehevämpään suuntaan 1950-1960-luvuilla. Vastaavaa muutosta ei todettu pohjaeläinyhteisöissä, jotka ilmensivät rehevähköä syvännesedimenttiä ja välttävää-tyydyttävää syvänteen biologista kuntoa koko sedimenttiprofiilin kattaman ajan. Kaikkiaan Joutjärven sedimenttinäytteistä tavattiin 133 piilevätaksonia. Fosforijakeiden analyysin mukaan helposti liukenevan fosforin osuus oli sedimentissä melko alhainen. Noin 150 vuoden ajanjakson käsittävä Katumajärven syvänteen sedimenttiprofiili osoittaa sedimentin rakenteen muuttuneen voimakkaasti 1960-luvulla, jolloin hapekas järvilieju vaihettuu enemmän sulfideja sisältäväksi, osin hapettomaksi löyhäksi liejuksi, ja 1970-luvulta lähtien hapettomat kaudet ovat olleet säännöllisiä. Nykyään järven syvännesedimentti on läpi vuoden hapeton, ja todennäköisesti voimakkaasti sisäkuormitusta aiheuttava. Sedimentin fosforivarasto on hyvin suuri (fosforipitoisuus on 2-3 tavanomaiseen nähden), ja se on alkanut kasvaa 1970- luvun alussa, ilmeisesti maatalouden aiheuttaman hajakuormituksen seurauksena. Fosforista suuri osa on hapettomissa oloissa helposti liukenevassa muodossa sitoutuneena rauta- ja alumiiniyhdisteisiin. 1960-luvulta nykypäivään koostuva sedimenttisarja osoitti Katumajärven piilevälajiston olevan yksipuolinen ja kuvastavan melko reheviä oloja sekä lajiston niukentuminen ja rehevien lajien osuuden kasvaneen koko tutkimusjakson. Sedimentti- ja piilevätutkimusten tulokset vastaavat käsitystä järven heikentyneestä tilasta (mm. lisääntyneet sinileväkukinnat), jota sen sijaan vesianalyysitulosten pohjalta ei ole voitu todentaa. Tulos on hyvin mielenkiintoinen ja tukee vesipuitedirektiivin tavoitetta määritellä vesistöjen tilaa myös biologisten muuttujien perusteella. Noin 135 vuoden taakse ulottuva Liesjärven sedimenttiprofiili osoitti sedimentin olevan pääosin terve ja hyväkuntoinen. Siinä näkyvät 1970-luvun lopulta 1980-luvulle jatkuneet laajat metsä- ja suo-ojitukset, jotka ovat kasvattaneet sedimentaatiota ja kuluttaneet ajoittain pohjan happea. Tämä ei ole kuitenkaan muuttanut pohjan tilaa pysyvästi huonompaan suuntaan. Suurin osa fosforista on kiinnittyneenä heikosti liukenevaan orgaaniseen fraktioon. Liesjärven piilevälajisto on selvästi monipuolisempi kuin Katumajärven eikä siinä ole havaittavissa suuria muutoksia 1970-luvulta nykypäivään: vain heikkoja merkkejä alkavasta rehevöitymisestä oli nähtävissä. Liesjärvellä sekä läheisillä Kantelus- ja Karkauslammilla tehtyjen ruopattavuustutkimuksien tulokset osoittivat, että sedimentti on vähäravinteista, eikä sisällä haitallisia aineita, joten ruoppaaminen voidaan toteuttaa ilman huolta ruoppauksen aiheuttamasta ravinteiden liikkeelle lähdöstä. Ympäristöosaston julkaisuja 27 5

Janakkalan Joutjärven ja Riihimäen Paalijärven ympäristöhistoria Juhani Hynynen ja Arja Palomäki Jyväskylän yliopisto, Ympäristöntutkimuskeskus 6 Ympäristöosaston julkaisuja 27

Sisällys 1. Johdanto 8 2. Tutkitut järvet 8 Joutjärvi 8 Paalijärvi 9 3. Aineisto ja menetelmät 9 4. Tulokset ja niiden tarkastelu 11 4.2 Sedimentin geokemia 12 Paalijärvi 12 Joutjärvi 13 4.3 Biologiset analyysit 15 4.3.1 Piilevät 15 4.3.2 Surviaissääsket 19 5. JOHTOPÄÄTÖKSET 22 LÄHTEET 23 Ympäristöosaston julkaisuja 27 7

1. Johdanto Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää Janakkalan Joutjärven ja Riihimäellä sijaitsevan Paalijärven ekosysteemin muutoksia 1900-luvun alkupuolelta nykypäivään. Se on ajanjakso, johon osuvat lähes kaikki laajamittaisen ihmistoiminnan aiheuttamat muutokset, erityisesti teollistuminen ja tehomaa- ja -metsätalous. Tutkimushanke liittyy Kanta-Hämeen järvet kestävään kehitykseen - hankkeeseen, jossa on mukana kahdeksan hämäläistä järviensuojeluyhdistystä. Hanke on Hämeenlinnan seudun kansanterveystyön kuntayhtymän ympäristöosaston hallinnoima ja se on EUrahoitteinen. Järviekosysteemien muutoksia voidaan tutkia takautuvasti paleolimnologisin menetelmin, koska järvisedimenttiin hautautuu jatkuvasti uusia liejukerroksia ja liejuun kerrostuu palanen järven historiaa. Lieju koostuu järven valuma-alueelta kulkeutuneesta hienojakoisesta aineksesta ja järven eliöiden jäänteistä. Tässä työssä tutkittiin sedimenttikerrostumien piileviä ja surviaissääskien jäänteitä sekä sedimenttien kemiallista koostumusta. Näiden tietojen avulla oli mahdollista rakentaa kuva järvien ekosysteemin kehittymisestä. Piilevien merkitys vesistön tilan kuvaajina on tunnettu jo 1920-luvulta lähtien, ja nykyisin on käytettävissä mittava lähdeaineisto piilevälajien suhtautumisesta järven tuottavuuteen, ravinnetasoon, suolapitoisuuteen, happamuuteen sekä humuskuormaan (esim. Battarbee 1986, 1991 ja Battarbee ym. 1997). Surviaissääskiä on käytetty laajalti tutkittaessa mm. ihmistoiminnan aiheuttamia vesistöjen rehevyystason muutoksia (esim. Meriläinen & Hamina 1993, Little ym. 2000, Meriläinen ym. 2000, 2001 ja 2003). 2. Tutkitut järvet Joutjärvi Joutjärvi (kuva 1) sijaitsee Janakkalassa Hyvikkälänjoen vesistöalueen latvoilla ja sen vedet laskevat Rehakanjärveen. Järven pinta-ala on 117 ha ja suurin syvyys 11 m. Valuma-alueen pinta-ala on noin 800 ha ja se muodostuu metsämaista ja järven pohjoispuolisista peltoalueista. Järven ympärillä on 48 kiinteistöä, joista osa on vakituisia asuntoja. Taulukko 1. Joutjärven ja Paalijärven päällysveden (0.5-1 m) laatu (lähde: ympäristöhallinnon Hertta-järjestelmä ja JÄRKI-hanke). Alkalinit. mmol/l CODMn Klorofylli-a mg/l µg/l Kok.P µg/l Kok.N µg/l ph Sähkönjoht. ms/m Väri mg Pt/l Joutjärvi, Tokeenmäki 29.7.1998 0,41 6,2 12 14 500 7,7 8,6 15 23.10.2001 0,6 10,2 410 6,7 6,8 19.9.2002 0,46 7,6 13 6,6 7,9 30 19.8.2003 15 470 7,7 1,8 15 Vaihteluväli 1966-2003 0,34-0,6 4,8-7,6 3,5-12 8-15 370-800 6,9-8,0 6,9-10,1 5-30 Paalijärvi, keskiosa 29.1.2002 0,25 31 48 1600 6.1 8.5 200 Vaihteluväli 1981-2002 - 10-31 93 30-94 510-1900 6,0-7,3 6,2-11 60-200 8 Ympäristöosaston julkaisuja 27

Joutjärvi on kirkasvetinen ja melko niukkaravinteinen (taulukko 1). α-klorofyllipitoisuus oli heinäkuussa 1998 melko reheville järville ominainen (12 µg/l), mutta silminnähtäviä leväkukintoja ei havaittu. Alusveden happitilanne on ollut ajoittain huono, mistä syystä sedimentistä on liuennut fosforia pohjan läheiseen vesikerrostumaan. Alusveden hapen kulumaa ovat edesauttaneet kirkkaasta vedestä johtuva tuottavan kerroksen paksuus ja alusveden pieni tilavuus suhteessa päällysveteen. Paalijärvi Paalijärvi sijaitsee Riihimäellä, Vantaanjoen latvoilla. Järven pinta-ala on 84 ha, tilavuus 1,37 milj.m 3 ja suurin syvyys 2,2 m. Paalijärvi on runsasravinteinen ja tummavetinen (taulukko 1), ja siinä on esiintynyt sinileväkukintoja 1960-luvulta alkaen. Järven pintaa on laskettu 1930-luvun lopulla 25 % vesimäärästä ja järveä on perattu 1970-luvun alussa. Vesi tulee järveen Välijoesta, jonka valuma-alueen pinta-ala on 1650 ha, ja se poistuu järvestä Paalijoen kautta. Järvi toimii suoalueilta tulevan luonnonkuormituksen saostusaltaana. Matalan järven kasvillisuutta on niitetty 1980-luvun alussa, ja 1998 järvellä niitettiin kasvillisuutta ja ruopattiin pohja-alueita Välijoen ja Paalijoen suulla (Paarijoki & Jutila 2003). Joutjärvi Paalijärvi Kuva 1. Joutjärven ja Paalijärven sijainti. 3. Aineisto ja menetelmät Sedimenttinäytteet otetaan yleensä järven syvänteistä, koska ne ovat pohjasedimentin kasautumisalueita eivätkä ulkopuoliset tekijät, kuten aallokko, pääse häiritsemään kerrostumien muodostumista. Näyteprofiilit kairattiin 09.04.2003 Limnos-noutimella Joutjärven syvänteestä (11 m) sekä Paalijärven syvimmältä kohdalta (2,2 m). Lisäksi Paalijärvestä otettiin näyteprofiilit Kajak-noutimella sedimentin viljavuusanalyysiä varten Välijoen suualueelta sekä järven luusuasta, läheltä Paalijoen alkamispaikkaa. Profiilit siivutettiin 1 cm paksuisiksi näytteiksi. Joutjärven kaksi profiilia kattoivat 0-32 cm ja 0-29 cm:n sedimenttikerrostumat. Paalijärven Limnos-profiili oli 22 cm pitkä ja Kajak-profiilit 0-40 cm Välijoen suulla ja 0-47 cm Paalijoen suulla. Ympäristöosaston julkaisuja 27 9

Joutjärven näytteistä analysoitiin sedimentin vesipitoisuus, kuiva-aine, piilevien jäänteet sekä surviaissääskien jäänteet sekä tehtiin fosforijakeiden fraktiointi. Fosforijakeista labiili fosfori sekä alumiiniin ja rautaan sitoutunut fosfori lähtevät sedimentistä liikkeelle happitilanteen heikentyessä. Kalsiumiin sitoutunut fosfori ei juuri liukene veteen ja orgaaninen fosfori, joka on kiinni esimerkiksi humushiukkasissa, lähtee liikkeelle vasta partikkeleiden hajotessa. Sedimentin ajoitusta varten Joutjärven kerrostumista analysoitiin fossiilisten polttoaineiden poltosta peräisin olevien nokihiukkasten määrä. Paalijärvestä analysoitiin sedimentin vesipitoisuus, kuiva-aine, piilevien jäänteet sekä tehtiin fosforijakeiden fraktiointi ja sedimentin nokihiukkasanalyysi. Sokerijuurikkaan Tutkimuskeskuksessa analysoitiin sedimentin viljavuuden selvittämiseksi ruopattavaksi aiottujen alueiden näytteistä (0-20 cm ja 20-40 cm Paalijokisuu sekä 0-23 cm ja 23-47 cm Välijokisuu) multavuus ja maalaji, ph, johtoluku, Ca, K, P ja Mg. Molempien järvien pohjasta otettiin näyte jäädytystekniikalla eli ontolla, noin 1.5 m pitkällä, hiilihappojäätä sisältävällä teräskiilalla, jonka ympärille näyte jäätyy noin 15 minuutissa. Jäädytetyistä näytteistä tarkasteltiin mahdollista sedimentin kerroksellisuutta, värisävyjä ja rakennetta, mutta näytteet olivat piirteettömiä eivätkä tarjonneet lisäinformaatiota sedimentin ominaisuuksien kuvaamiseen. Piilevistä laskettiin Omnidia-piileväohjelman avulla (Lecointe et al. 1993) runsas- ja - niukkaravinteisuuden ilmentäjien suhteelliset osuudet sekä taannehtivasti veden ph:n kehitys (Renberg & Hellberg 1982). Eri happamuustasoa suosivien ryhmien osuuksien vaihtelun perusteella voidaan arvioida järven rehevyystason kehitystä. Perustuotannon kasvaessa (rehevöityminen) veden ph nousee kesäaikana levien yhteyttämisen seurauksena, jolloin alkalifiilisten ja alkalibionttien, ph 7:ssä ja sitä emäksisemmässä ympäristössä elävien, piilevien osuus kasvaa. Happamien vesien valuminen järveen esimerkiksi suo-ojitusten seurauksena näkyy happamuutta suosivien (asidofiilisten ja asidobionttien) lajien runsastumisena. Veden kokonaisfosforipitoisuuden kehitys laskettiin piilevälajiston avulla käyttäen Etelä-Suomen järvistä koottua kalibrointiaineistoa (Kauppila ym. 2002). Tarvittavat tietokoneajot teki tutkija Tommi Kauppila Geologian tutkimuskeskuksesta. Surviaissääskien jäänteiden analyysin pohjalta laskettiin pohjan laatuindeksi, BQI. Sen avulla arvioitiin sedimenttikerrosten kerrostumisen aikaan vallinnutta syvänteen biologista kuntoa. Biologinen kunto tarkoittaa itse asiassa syvänteen kuormitustilannetta. Rehevän järven syvännettä kuormittaa suuri orgaanisen aineksen määrä, joka hajotessaan kuluttaa syvänteen happivarat vähiin, mikä taas karsii eläimistöstä hapen suhteen vaateliaimmat lajit. Vastaavasti karun järven syvänteessä on paljon happea ja vaateliaat eläimet pystyvät elämään siellä. BQI perustuu eräiden ekologisilta ominaisuuksiltaan erilaisten surviaissääskilajien esiintymiseen ja niiden suhteelliseen runsauteen. Sen arvo on huonoimmillaan täysin pilaantuneessa syvänteessä 0 ja parhaimmillaan erittäin hyväkuntoisessa ja karussa syvänteessä 5. Nokihiukkasanalyysia varten otettiin noin 1 g märkää sedimenttiä, joka kuivattiin 105 C:ssa. Sedimenttiä hapetettiin vetyperoksidilla (H 2 O 2 ), jonka jälkeen seokseen lisättiin vettä ja seosta kaadettiin lasisille petrimaljoille tasainen kerros. Veden annettiin haihtua, ja fossiilisten polttoaineiden poltosta peräisin olevat nokihiukkaset laskettiin stereomikroskoopilla 25-50-kertaisella suurennoksella (Renberg & Wik 1984). Nokihiukkasten määrä kasvaa yleensä pohjoiseurooppalaisissa järvisedimenteissä jyrkästi teollistumisen myötä 1940-1950-lukujen vaihteesta lähtien ja saavuttaa huippunsa 1970-luvulla, jolloin fossiilisten polttoaineiden käyttö lisääntyi rajusti eivätkä ilmansuojelutoimet olleet vielä kehittyneet nykyiselle tasolleen. Myöhemmissä kerrostumissa hiukkasmäärien on monin paikoin havaittu vähenevän savukaasujen puhdistuksen tehostumisen myötä. Eliöyhteisöjen (piilevät ja surviaissääsket) ryhmittymistä ja yhteisörakenteen muuttumista 10 Ympäristöosaston julkaisuja 27

tutkittiin DCA-korrespondenssianalyysillä (Detrended correspondence analysis, Hill 1979) jonka laski CANOCO laskentaohjelma (ter Braak & Smilauer 1998). Analyysi ryhmittelee eri sedimenttikerrostumien yhteisöt lajien suhteellisien osuuksien mukaan ordinaatioakseleille, joiden voidaan katsoa edustavan teoreettisia ympäristömuuttujia. Akselien suhteellista merkitystä kuvaavat selitysasteet. Aineiston tulkinnassa on ensimmäisellä akselilla yleensä suurin merkitys. 4. Tulokset ja niiden tarkastelu 4.1 Sedimentin ajoitus Paalijärven nokihiukkasanalyysissä ei ilmennyt suomalaisille järvisedimenteille tyypillistä nokihiukkasten jakaumaa, vaan hiukkasten määrä vaihteli voimakkaasti koko 22 cm pituisessa profiilissa (kuva 2). Paalijärvi on niin matala järvi, että aallokkoisuus, tulvat, jääpeite ja biologisista prosesseista aiheutuva sekoittuminen häiritsevät sedimenttikerrostumien luotettavaa ajoittamista. Joutjärven sedimentin nokihiukkasten jakautuminen osoitti, että sedimentaatio on ollut häiriötöntä ja 1940-1950-lukujen vaihteen teollistumisbuumin myötä kasvava nokihiukkasten määrä osui 18-19 cm syvyyteen (kuva 3). Tätä aikaisemmista kerrostumista ei hiukkasia tavattu. Voimme siis päätellä, että vuotuinen sedimentaatio on ollut 1950-luvun alusta nykypäivään noin 2,9 mm eli kohtalaisen voimakasta. Vaikka Joutjärvi on kirkasvetinen, tämän suuruista sedimentaatiota voidaan silti pitää tyypillisenä järville, missä tuottava kerros on veden kirkkaudesta johtuen paksu, ja pienialainen ja jyrkkärajainen syvänne kerää ympäröiviltä alueilta tehokkaasti sedimentoituvaa materiaalia. Syvyys, cm Nokihiukkasia/g kuiva-ainetta 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 Kuva 2. Nokihiukkasten määrä Riihimäen Paalijärven sedimenttikerrostumissa. Ympäristöosaston julkaisuja 27 11

Nokihiukkasia/ g kuiva-ainetta 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Syvyys, cm 0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 Kuva 3. Nokihiukkasten määrä Janakkalan Joutjärven sedimenttikerrostumissa. 1940-1950- luvun vaihde ajoittuu 18-19 cm syvyyteen. Vuotuinen sedimentaatio on ollut keskimäärin 2.9 mm. 4.2 Sedimentin geokemia Paalijärvi Sedimentin vesipitoisuus ja orgaanisen aineksen määrää kuvaava hehkutushäviöprosentti ovat vaihdelleet profiilin kattamana aikana varsin vähän. Ainoa poikkeama oli noin 10-11 cm syvyydessä, jolloin järveen oli tullut runsaasti epäorgaanista ainesta, mikä näkyi vesipitoisuuden ja hehkutushäviöprosentin pienenemisenä (kuva 4). Ajoituksen ja muiden taustatietojen puuttuessa on mahdotonta lähteä arvailemaan tämän muutoksen syytä. Koska Paalijärvi on rehevä järvi ja vuotuinen sedimentaatio on ollut todennäköisesti melko suurta, havaitusta epäorgaanisen eroosioaineksen kertymisestä järveen ei ole todennäköisesti kulunut aikaa kuin korkeintaan pari vuosikymmentä. Vesi % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0-2 3-4 Vesipitoisuus % Hehkutushäviö % 5-6 7-8 9-10 11-12 13-14 Syvyys (cm) 15-16 17-18 Kuva 4. Paalijärven sedimentin vesipitoisuus ja orgaanisen aineksen osuutta kuvaava hehkutushäviöprosentti. 19-20 21-22 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Hehkutushäviö % 12 Ympäristöosaston julkaisuja 27

Sedimentin viljavuusanalyysin mukaan Paalijärven sedimentin kalium, natrium, kalsium ja fosforiarvot olivat joko välttäviä tai huononlaisia (liite 1). Magnesiumarvot ja ph vaihtelivat tyydyttävästä hyvään. Ruopattava sedimentti ei ole sellaisenaan erityisen hyvää maanparannusainesta, vaan vaatii lannoitusta esimerkiksi viherrakentamista ajatellen. Paalijärven fosforijakeiden fraktiointi osoitti, että fosforitaso on suhteellisen alhainen ja tasainen eri osissa järveä. Erityisesti labiilia fosforia, joka lähtee sedimentistä helposti liikkeelle happiolojen huonontuessa, oli sedimentissä vähän (kuva 5) Labiili Ca-sitoutunut Fe/Al-sitoutunut Orgaaninen Kokonaisfosfori 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Paali 3 Paali 4 Paali 1 Paali 2 Kuva 5. Paalijärven fosforijakeiden pitoisuudet sedimentissä. Joutjärvi Joutjärvestä otettujen kahden profiilin vesipitoisuus ja hehkutushäviö vaihtelivat vain vähän profiilin edustamissa sedimenttikerrostumissa (kuva 6). Ainoastaan noin 16-20 cm syvyydessä eli 1940-1950- luvuilla järveen on kohdistunut sekä orgaanisen että epäorgaanisen eroosioaineksen kasvanut kuormitus, mikä näkyi lievinä häiriöinä hehkutushäviöarvoissa. Nämä eroosiosedimentit voivat olla peräisin peltojen raivauksista ja metsäojituksista, jotka olivat monin paikoin varsin voimallisia sotien jälkeisenä aikana. Ympäristöosaston julkaisuja 27 13

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Vesi % A Vesi % B Hehkutus A Hehkutus B 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Syvyys (cm) Kuva 6. Sedimentin vesipitoisuus ja hehkutushäviö Joutjärven sedimentistä otetuissa kahdessa profiilissa. Labiili Ca-sitoutunut Fe/Al-sitoutunut Orgaaninen Kokonaisfosfori 1200 1000 800 600 400 200 0 JOUT1 JOUT 2 JOUT3 Kuva 7. Joutjärven sedimentin fosforijakeiden pitoisuudet pintasedimentissä (0-2 cm, Jout1 ja 2) sekä 2-4 cm syvyydessä (Jout 3). Joutjärven fosforijakeiden pitoisuudet olivat alhaiset ja myös hyvin tasaiset eri alueiden näytteissä, ja myös syvyyssuuntaisesti pitoisuudet olivat sedimentin pinnassa ja 2-4 cm syvyydessä samaa tasoa (kuva 7). Labiilia fosforia oli vähän kuten myös rautaan ja alumiiniin sitoutunutta. 14 Ympäristöosaston julkaisuja 27

4.3 Biologiset analyysit 4.3.1 Piilevät Paalijärvi Paalijärven sedimenttinäytteistä tavattiin kaikkiaan 124 piilevätaksonia. Runsaimpia olivat Asterionella formosa, Aulacoseira-lajeista A. alpigena, A. ambigua ja A. subarctica, Fragilaria- lajit, erityisesti F. capucina ja F. construens sekä Cyclotella stelligera (kuva 8). Useimmat valtalajeista olivat runsasravinteisissa olosuhteissa viihtyviä, kuten A. formosa, Fragilaria-lajit sekä A. ambigua. Karujen vesien ilmentäjälajien osuudet olivat melko pieniä (kuva 9). Aulacoseira alpigena taas viihtyy humusvesissä, ja rehevien humusvesien tyyppilaji Eunotia zasuminensis esiintyi näytteissä säännöllisesti, joskaan ei kovin runsaana. Planktisten lajien (Asterionella, Aulacoseira, Cyclotella) lisäksi näytteissä oli runsaasti pohjalla ja kasveilla eläviä piileviä (Fragilaria). Piileväyhteisö ilmensi rehevää ympäristöä, jossa litoraalin vaikutus sedimentin piilevästöön on selvä. Vanhimpien sedimenttikerrosten piilevien avulla laskettu ph-arvo oli noin 6,7, mutta nousi 14-15 cm:ssä arvoon 7,0. Tämän jälkeen ph-arvo laski jonkin verran sedimentin pintaa kohti, ts. Paalijärven ph-arvo on nykyisin jonkin verran pienempi kuin mitä se on korkeimmillaan ollut (kuva 10). Asterionella formosa Aulacoseira alpigena Aulacoseira ambigua Aulacoseira subarctica Cyclotella stelligera Fragilaria capucina Fragilaria construens Syvyys (cm) 0-1 1-2 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 12-13 14-15 16-17 18-19 21-22 0-1 1-2 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 12-13 14-15 16-17 18-19 21-22 0 5 0 5 0 10 20 0 10 0 10 0 10 0 10 20 % Kuva 8. Runsaimpien piilevätaksonien osuudet Paalijärven sedimenttinäytteissä. Ympäristöosaston julkaisuja 27 15

% 100 Trofialuokat 80 60 40 20 0 0-1 1-2 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 12-13 14-15 16-17 18-19 21-22 oligo oligo-meso meso meso-eu eu hypereu indiff Kuva 9. Trofiaindikaattoreiden (van Dam ym. 1994) osuudet Paalijärven sedimentin piilevänäytteissä. 7 ph-arvo 6.5 6 5.5 5 4.5 4 0-1 1-2 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 12-13 14-15 16-17 18-19 21-22 Kuva 10. Piilevästön perusteella laskettu Paalijärven ph-arvo (Renberg & Hellberg 1982) sedimenttinäytteiden edustamalla ajanjaksolla. Ordinaatioanalyysin perusteella Paalijärven piileväyhteisössä oli hyvin vähän vaihtelua (kuva 11). Ainoastaan alimmat sedimenttikerrokset (18-22 cm) poikkesivat lajistoltaan jonkin verran muista, mutta niidenkään lajiston koostumus ei viittaa rehevyystason muutoksiin, vaan pikemminkin muussa veden laadussa tapahtuneisiin muutoksiin. Lajiston perusteella rekonstruoitu fosforipitoisuus oli koko sedimenttinäytteessä 25-29 µg/l, mikä on jonkin verran pienempi kuin mitatut arvot. Todellista pienemmät arvot johtunevat pohjalla elävien lajien runsaudesta näytteissä (Kauppila ym. 2002). Piilevästön perusteella Paalijärven rehevyystaso on pysynyt jokseenkin samana tutkittujen sedimenttinäytteiden edustaman ajanjakson ajan. 16 Ympäristöosaston julkaisuja 27

0.9 14-15 16-17 9-10 8-9 7-8 10-11 12-13 21-22 4-5 1-2 3-4 6-7 5-6 18-19 0-1 -0.1-0.1 0.9 Kuva 10. DCA-ordinaatioanalyysi Paalijärven piilevänäytteille. Numerot ilmaisevat sedimenttikerrosta. Harvinaisten lajien painoarvoa on alennettu (down-weighting). Joutjärvi Joutjärven piilevälajisto oli hieman runsaslukuisempi kuin Paalijärven, ja näytteistä määritettiin yhteensä 133 taksonia. Runsaimpia lajeja olivat Achnanthes minutissima, Asterionella formosa, Aulacoseira subarctica, Cyclotella pseudostelligera, C. rossii, Fragilaria construens sekä Tabellaria flocculosa (kuva 11). Lajistossa oli sekä ravinteikkaassa vedessä viihtyviä (A. formosa, C. pseudostelligera, Fragilaria), mesotrofiaa ilmentäviä tai indifferenttejä (A. subarctica, A. minutissima, T. flocculosa) että niukkaravinteista ja kirkasvetistä vesistöä suosivia lajeja (C. rossii, C. iris). Syvyys (cm) 0-2 3-4 5-6 7-8 9-10 11-12 12-13 13-14 15-16 17-18 19-20 21-22 23-24 25-26 27-28 30-31 Achnanthes minutissima 0 10 Asterionella formosa 0 10 Aulacoseira subarctica 0 10 Cyclotella pseudostelligera 0 20 40 % Cyclotella rossii 0 10 20 30 40 50 Fragilaria construens 0 10 Tabellaria flocculosa v. asterionell. 0 10 20 Kuva 11. Runsaimpien piilevätaksonien osuudet Joutjärven sedimenttinäytteissä. 0-2 3-4 5-6 7-8 9-10 11-12 12-13 13-14 15-16 17-18 19-20 21-22 23-24 25-26 27-28 30-31 Ympäristöosaston julkaisuja 27 17

Joutjärven piileväyhteisö muuttui noin 16-17 cm:n syvyydessä, joka nokihiukkasajoituksen mukaan osuu 1950-luvulle. Muutos ilmentää hyppäystä rehevämpiin olosuhteisiin (kuva 12). Siihen saakka valtalajina ollut niukkaravinteisuuden ilmentäjä Cyclotella rossii taantui selvästi ja tilanne tuli jonkin verran ravinteikkaamman (oligo-mesotrofisen) ympäristön laji Aulacoseira subarctica. Samalla rehevää vettä suosiva Fragilaria construens alkoi runsastua (kuva 11). Laskennallinen pharvo on kasvanut jonkin verran kolmessa ylimmässä näytteessä (kuva 13), mikä johtuu voimistuneen tuotannon aiheuttamasta ph:n noususta kesäaikana. % 100 Trofialuokat 80 60 40 20 0 0-2 3-4 5-6 7-8 9-10 11-12 12-13 13-14 15-16 17-18 19-20 21-22 23-24 25-26 27-28 30-31 oligo oligo-meso meso meso-eu eu hypereu indiff Kuva 12. Trofiaindikaattoreiden (van Dam ym. 1994) osuudet Joutjärven sedimentin piilevänäytteissä. 7 ph-arvo 6.5 6 5.5 5 4.5 4 0-2 3-4 5-6 7-8 9-10 11-12 12-13 13-14 15-16 17-18 19-20 21-22 23-24 25-26 27-28 30-31 Kuva 13. Piilevien perusteella laskettu Joutjärven ph-arvo (Renberg & Hellberg 1982) sedimenttinäytteiden edustamalla ajanjaksolla. Piilevälajiston avulla laskettu fosforipitoisuus kasvoi 1950-luvulla noin 10 µg/l:aan, ja on seuraavina vuosikymmeninä kasvanut edelleen nykyiselle, noin 13-15 µg/l:n tasolle (kuva 14). Myöhempi fosforitason nousu näkyy myös mitatuissa fosforiarvoissa. Joutjärven rehevyystaso siis nousi 1950-1980 -luvulla, mutta on 1990-2000 luvuilla pysynyt jokseenkin vakiona. Piileväyhteisön muutos näkyy myös DCA-analyysissa (kuva 15), jossa vanhimmat näytteet 17-18 cm:iin saakka ryhmittyvät omaksi ryhmäkseen ja nuorempia kerrostumia edustavat näytteet omaksi ryhmäkseen. 18 Ympäristöosaston julkaisuja 27

Luonnontilassa Joutjärvi on ollut oligotrofinen, kirkasvetinen järvi, ja nykyisin sitä voidaan pitää lähinnä mesotrofisena vesistönä, jossa esiintyy sekä oligotrofian että eutrofian ilmentäjiä. Järvi on kuitenkin edelleen laadulliselta käyttökelpoisuudeltaan hyvä pienialaisen syvänteen ajoittaisista happiongelmista huolimatta. Kok.P µg/l Joutjärvi 16 14 Laskettu 12 Mitattu 10 8 6 4 2 0 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 Kuva 14. Joutjärven mitattu ja piilevälajiston avulla laskettu kokonaisfosforipitoisuus. 0.9 9-10 3-4 5-6 11-12 15-16 0-2 13-14 12-13 7-8 25-26 27-28 23-24 30-31 21-22 17-18 19-20 -0.1-0.1 0.9 1.9 Kuva 15. DCA-ordinaatioanalyysi Joutjärven piilevänäytteille. Numerot ilmaisevat sedimenttikerrosta. Harvinaisten lajien painoarvoa on alennettu (down-weighting). 4.3.2 Surviaissääsket Joutjärven aineistossa oli yhteensä 44 surviaissääskitaksonia. Useat tavatuista lajeista elävät sekä rantavyöhykkeessä että syvänteessä. Varsinaisia Sætherin (1979) kuvaamia syvännelajeja, joilla on suuri informaatioarvo järven biologista tilaa tarkasteltaessa, esiintyi kahdeksan. Näistä runsaslukuisia olivat mesotrofian eli kohtalaisen rehevyyden ilmentäjälaji Sergentia coracina (10,7 % surviaissääskijäänteiden kokonaismäärästä), rehevyyden ilmentäjä Chironomus anthracinus gr. (9,6 %), ja karumman ympäristön lajit Protanypus morio (3,5 %), Heterotrissocladius määri (1,8 %) ja Monodiamesa bathyphila (1,0 %). Selvästi karujen vesien ilmentäjälajin, Micropsectra spp., osuus oli 1.6 % kokonaismäärästä. Usein syvänteissä tavattavia, mutta pääosin vähän matalammalla viihtyviä lajeja olivat Heterotrissocladius marcidus (5,0 %) ja Heterotanytarsus apicalis (1,7 %). Valtaosa näytteiden yksilöistä kuului kuitenkin Tanytarsus-sukuun (38,1 %), joka esiintyy sekä matalammilla alu- Ympäristöosaston julkaisuja 27 19

eilla että syvänteessä. Pääkapseleiden kokonaismäärä sedimenttikerroksissa vaihteli 19,1-36,2 yks. g - 1 kuivasedimenttiä (kuva 16). Lajiston stratigrafisessa esiintymisessä tapahtuneet muutokset ovat olleet varsin vähäisiä kuluvalla vuosisadalla. Ainoastaan 11-12 cm:n syvyydessä (noin 1960-luvun puoliväli) Sergentia coracina- ja Heterotrissocladius marcidus-populaatiot taantuivat hetkellisesti (kuva 16). Tämän jälkeen ne kuitenkin alkoivat palautua, mutta esimerkiksi Sergentian yksilömäärät ovat edelleenkin pienempiä kuin ennen populaation taantumaa. Syytä havaittuihin muutoksiin on voinut olla esimerkiksi ojituksista johtuva humusaineksen kuormitus, joka on huonontanut syvänteen happioloja. Lajistosta voidaan päätellä, että järven syvännesedimentti on ollut koko profiilin kattaman ajan melko rehevää, siitä on osoituksena rehevyyttä suosivan Chironomus anthracinuksen runsaus vanhoissakin sedimenttikerrostumissa. Toisaalta näytteissä oli kohtalaisen runsaasti karujen järvien tyyppilajia, Micropsectra sp., mikä ilmentäisi karua sedimenttiä ja hyviä happioloja. Syynä tähän ristiriitaisuuteen lienee Joutjärven syvänteen pienialaisuus ja kirkkaasta vedessä syvälle ulottuva tuottava kerros. Jyrkkärajaisen syvänteen pohjalle sataa runsaasti hajoavaa orgaanista ainesta, joka ylläpitää rehevän pohjan Chironomus-populaatiota. 0-2 Protanypus morio Heterotanytarsus apicalis Heterotrissocladius marcidus Chironomus thummi 0-2 3-4 3-4 5-6 5-6 7-8 7-8 9-10 9-10 11-12 11-12 Syvyys (cm) 12-13 13-14 15-16 17-18 12-13 13-14 15-16 17-18 19-20 19-20 21-22 21-22 23-24 23-24 25-26 25-26 27-28 27-28 30-31 30-31 0 1 2 0 1 2 0 1 2 3 0 2 4 0-2 Sergentia coracina Micropsectra Tanytatsus Yhteensä 0-2 3-4 3-4 5-6 5-6 7-8 7-8 9-10 9-10 11-12 11-12 12-13 12-13 13-14 13-14 15-16 15-16 17-18 17-18 19-20 19-20 21-22 21-22 23-24 23-24 25-26 25-26 27-28 27-28 30-31 30-31 0 2 4 6 0 1 2 0 4 8 12 16 0 15 30 kpl g -1 Kuva 16. Eräiden surviaissääskilajien stratigrafia Joutjärven sedimentissä. 20 Ympäristöosaston julkaisuja 27

Kuva 17. DCA-ordinaatioanalyysi Joutjärven surviaissääskinäytteille. Numerot tarkoittavat sedimentin syvyyttä. Eri syvyyksien yhteisöt eivät ryhmittyneet selkeiksi klustereiksi, mikä osoittaa yhteisörakenteen olleen hyvin samanlainen koko näyteprofiilin kattaman ajan. Aineisto log-transformoitu ja harvinaisten lajien painoarvoa alennettu (down-weighting). Syvänteen rinteet ovat sedimentin kulkeutumisalueita ja ne ovat varsinaista syvännettä karumpia, ja kun happitilannekin säilyy matalammilla alueilla parempana, se mahdollistaa karun ympäristön lajien selviytymisen syvänteen yläosissa. Yläprofundaalissa eli syvänteen yläosissa elävien lajien jäänteet kulkeutuvat sedimentin mukana alaspäin varsinaiseen syvänteeseen, mistä niitä osui myös ottamiimme näytteisiin. DCA-ordinaatioanalyysissä syvänteen näytteiden yhteisöt eivät muodostaneet selviä ryhmittymiä (kuva 17), mikä kuvastaa yhteisöjen samankaltaisuutta sedimenttiprofiilin kattamana jaksona eli koko 1900-luvun ajan. Sedimenttikerrostumien biologista kuntoa ts. jäänteiden sedimentoitumisen aikoihin vallinnutta biologista kuntoa ilmaisevan surviaissääski-indeksin, BQI, arvot ovat kuitenkin vaihdelleet aikojen kuluessa melko paljon (kuva 18). Indeksin matalahkojen arvojen perusteella (2,14-2,88) Joutjärven syvänteeseen on kohdistunut kohtalaisen runsas kuormitus koko havaintojakson ajan eli sedimentti on ollut kohtalaisen rehevää jo järven luonnontilassakin, ja syvänteen biologinen kuntoa voidaan luonnehtia välttäväksi tyydyttäväksi. Runsaasta hajoavan orgaanisen aineksen määrästä johtuen varsinaisen syvänteen happiolot ovat heikentyneet erityisesti kesä- ja talvikerrostumiskausien lopulla. Ympäristöosaston julkaisuja 27 21

Syvyys (cm) 0-2 3-4 5-6 7-8 9-10 11-12 12-13 13-14 15-16 17-18 19-20 21-22 23-24 25-26 27-28 30-31 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 BQI Kuva 18. Surviaissääskilajistoon perustuva BQ-indeksi (Wiederholm 1980) Joutjärven sedimenttikerrostumissa. Lukuarvo 0 vastaa täysin pilaantunutta syvännettä, kohtalaisesti kuormitettu syvänne saa arvoja noin 2,5-3,0 ja karujen, kirkkaiden ja niukasti kuormitettujen reittijärvien syvänteen indeksi vaihtelee 4,0-5,0. 5. JOHTOPÄÄTÖKSET Paalijärven sedimenttikerrostumia ei voitu luotettavasti ajoittaa, koska matalassa järvessä pohjasedimentti sekoittuu jopa sen syvimmilläkin alueilla. Tästä huolimatta voidaan arvioida, että sedimenttiprofiili kattoi useiden kymmenien vuosien ajanjakson. Tulosten perusteella Paalijärvi on ollut koko sedimenttiprofiilin kattaman ajan rehevä eikä sen piilevästössä ole tapahtunut merkittäviä muutoksia kyseisenä aikana. Viljavuusanalyysien perusteella Paalijärven sedimentti vaatii lannoittamista, mikäli ruopattavia massoja halutaan käyttää maanparannusaineena esimerkiksi viherrakentamisessa. Paalijärven sedimentin fosforijakeiden analyysin mukaan helposti liukenevien fosforijakeiden, labiilin fosforin sekä rautaan ja alumiiniin sitoutuneen fosforin, osuudet olivat sedimentissä melko alhaisia. Tämä ei kuitenkaan tarkoita sitä, etteikö pohjasta voisi huonon happitilanteen vallitessa liueta runsaastikin fosforia alusveteen. Pohjan fosforivarasto on aina niin suuri, että epäedullisissa oloissa huomattavaakin liukenemista voi tapahtua. Joutjärven sedimentti ajoitettiin nokihiukkasanalyysilla ja sen perusteella vuotuiseksi sedimentaatioksi saatiin 2,9 mm. Piileväyhteisöissä tapahtuneiden muutosten perusteella Joutjärvi on muuttunut rehevämpään suuntaan, oligotrofisesta mesotrofiseksi, 1950-1960-luvulla. Vastaavaa muutosta ei todettu pohjaeläinyhteisöissä, jotka ilmensivät rehevähköä syvännesedimenttiä ja välttävää tyydyttävää syvänteen biologista kuntoa koko sedimenttiprofiilin kattamana aikana. Syvänteen pienialaisuus eli alusveden pieni tilavuus suhteessa päällysveteen on vaikuttanut luonnontilassakin heikentävästi syvänteen biologiseen kuntoon. Sedimentin fosforijakeiden analyysi osoitti, että helposti liukenevien fosforijakeiden osuudet sedimentissä olivat melko alhaisia, mikä ei tässäkään järvessä silti estä fosforin runsastakin liukenemista alusveteen huonon happitilanteen vallitessa. 22 Ympäristöosaston julkaisuja 27

LÄHTEET Battarbee R. W. 1986. Diatom analysis. In B. E. Berglund (ed.), Handbook of Holocene palaeoecology and palaeohydrology. John Wiley & Sons Ltd., Chichester: 527-570. Battarbee R. W. 1991. Recent palaeolimnology and diatom-based environmental reconstruction. In L. C. Shane & E. J. Cushing (eds), Quaternary Landscapes. Belhaven Press, London: 129-174. Battarbee R.W., Flower R.J., Juggins S., Patrick S.T. and Stevenson A.C. 1997. The relationship between diatoms and surface water quality in the Hoeylandet area of Nord-Troendelag, Norway. Hydrobiologia 348: 69-80. Hill M.O. 1979. DECORANA - a FORTRAN Program for detrended correspondence analysis and reciprocal averaging. Ithaca, N.Y., Cornell University. Kauppila, T., Moisio, T. & Salonen, V.-P., 2002: A diatom-based inference model for autumn epilimnetic total phosphorus concentration and its application to a presently eutrophic boreal lake. J. Paleolim. 27: 261-273. Lecointe C., Coste M. and Prygiel J. 1993. "OMNIDIA": A software for taxonomy, calculation of diatom indices and inventories management. Hydrobiologia 269/270: 509-513. Little J.L, Hall R.I., Quinlan R. and Smol J.P. 2000. Past trophic status and hypolimnetic anoxia during eutrophication and remediation of Gravenhurst Bay, Ontario: comparison of diatoms, chironomids, and historic records. Can. J. Fish. Aquat. Sci. 57: 333-341. Meriläinen J.J. and Hamina V. 1993a. Recent environmental history of a large, originally oligotrophic lake in Finland: A paleolimnological study of chironomid remains. J. Paleolim. 9: 129-140. Meriläinen J.J., Hynynen J., Teppo A., Palomäki A., Granberg K. and Reinikainen P. 2000. Importance of diffuse nutrient loading and lake level changes to the eutrophication of an originally oligotrophic boreal lake: a palaeolimnological diatom and chironomid analysis. J. Paleolim. 24: 251-270. Meriläinen J.J., Hynynen J., Palomäki A., Veijola H., Witick A., Mäntykoski K., Granberg, K. and Lehtinen K. 2001. Pulp and paper mill pollution and subsequent ecosystem recovery of a large boreal lake in Finland: a palaeolimnological analysis. J. Paleolim. 26:11-35. Meriläinen J., Hynynen, J., Palomäki, A., Mäntykoski K. and Witick A. 2003. Environmental history of an urban lake: a palaeolimnological study of Lake Jyväsjärvi, Finland. J. Paleolim. (in press). Paarijoki, H. & Jutila, H. 2003. Paalijärven puolesta. Kanta-Hämeen järvet kestävään kehitykseen (JÄRKIhanke) ja Paalijärven Vesiensuojeluyhdistys. Hämeenlinnan seudun kansanterveystyön kuntayhtymä, ympäristöosaston monisteita 51. 40 s. Renberg, I. & T. Hellberg, 1982. The ph history of lakes in south-western Sweden, as calculated from the subfossil diatom flora of the sediment. Ambio 11: 30-33. Renberg, I. & M. Wik, 1984. Dating recent lake sediments by soot particle counting. Verh. int. Ver. Limnol. 22: 712-718. Sæther O. 1979. Chironomid communities as water quality indicators. Holarct. Ecol. 2:65-74. Ter Braak C.J.F. and Šmilauer P. 1998. CANOCO reference manual and user s guide to Canoco for windows: Software for Canonical Community Ordination (version 4). Microcomputer Power (Ithaca, NY, USA), 352 pp. van Dam H., Mertens A. and Sinkeldam J. 1994. A coded checklist and ecological indicator values of freshwater diatoms from the Netherlands. Neth. J. aquat. Ecol. 28: 117-133. Wiederholm T. 1980. Use of benthos in lake monitoring. J. Wat. Pollut. Cont. Fed. 52: 537-547. Ympäristöosaston julkaisuja 27 23

Katuma- ja Liesjärven sedimenttitutkimus Jutta Forsell, Veli-Pekka Salonen ja Samu Valpola GEOLOGIAN LAITOS 00014 HELSINGIN YLIOPISTO 24 Ympäristöosaston julkaisuja 27

SISÄLLYS 1. JOHDANTO 26 2. NÄYTTEENOTTO 26 3. ANALYYSIT 29 Vesipitoisuus ja hehkutushäviö 29 Nokipartikkelianalyysi 29 Sedimentin fosforianalyysi 29 Raekokoanalyysi 30 4. TULOKSET 30 5. TULOSTEN TARKASTELU 33 Katumajärvi 33 Liesjärvi 34 LÄHTEET 41 Ympäristöosaston julkaisuja 27 25

1. JOHDANTO Kanta-Hämeen järvet kestävään kehitykseen hanke tilasi Helsingin yliopiston Geologian laitokselta 7.3. 2003 Katumajärven ja Liesjärven (sis. Kanteluslammi ja Karkauslammi) sedimenttitutkimuksen 19.2.2003 jättämämme tarjouksen mukaisena. Tutkimuksen tarkoituksena on ollut tuottaa taustatietoa Kanta-Hämeessä toimiville järvienkunnostusprojektille (www.htk.fi/asteri/hskk/yosasto/jarki/). Tavoitteena on selvittää sedimentin laatu, sen alueelliset vaihtelut ja myös ajallinen vaihtelu (kuormitushistoria), jotka ovat avuksi asetettaessa tavoitteita järven kunnostamisen käytännön toimille. Tutkimus toteutettiin sovitulla tavalla. Sen edellyttämä näytteenotto suoritettiin ja näytteistä tehtiin suunnitellut analyysit. Piileväanalyyseja varten tarvittavat näytteet toimitettiin Geologian tutkimuskeskukseen tutkija Tommi Kauppilalle, joka laatii tutkimuksensa tuloksista oman raporttinsa. Tässä yhteydessä esitetään sedimenttitutkimusten loppuraportti, jossa kuvataan suoritetut tutkimukset ja tulokset. Tulosten perusteella tehdään tulkintoja ja esitetään järvien kunnostuksen kannalta keskeiset johtopäätökset. 2. NÄYTTEENOTTO Näytteenotto ja kairaukset suoritettiin 8. 10.4.2003. Kairauspisteet syvänteistä tehtävää näytteenottoa varten valittiin Liesjärven ja Katumajärven syvyyskarttojen perusteella. Näytteenotto suoritettiin jäältä. Molemmilla järvillä otettiin näytteet pohjasedimentistä sekä ns. suurella venäläisellä suokairalla että Limnos-näytteenottimella. Kairalla saatu näytepötky mitattiin ja kuvattiin kentällä sekä pakattiin kuljetusta ja säilytystä varten. Limnos-sedimenttinäytteenottimella saatu näyte jaettiin kahden cm:n paksuisiin osanäytteisiin, jotka pakattiin Minigrip-pusseihin puristaen ilma mahdollisimman tarkasti pusseista pois. Katumajärveltä otettiin Limnoksella kaksi rinnakkaista sarjaa, joiden pituudet olivat 26 ja 30 cm. Liesjärvellä molempien sarjojen pituudet olivat 20 cm. Vastaavasti osanäytteiden lukumäärä oli Katumajärvellä 13 ja 15, Liesjärvellä 10 ja 10. Kuva 1. Tutkittujen järvien jää oli huhtikuussa 2003 poikkeuksellisen vahvaa (70-80 cm) Syvännepisteiden lisäksi näytteitä otettiin suunnitelluilta ruoppauskohteilta. Ruoppauskohteilla selvitettiin sedimentin paksuus pienellä venäläisellä suokairalla, ja jokaiselta kohteelta otettiin, mikäli mahdollista kairalla kaksi kokoomanäytettä syvyyksiltä 0-50 cm ja 50-100 cm 26 Ympäristöosaston julkaisuja 27

sedimentin pinnasta. Kohteita oli 8 kpl, joista Vanajassuonlahdelta ei saatu näytettä eloperäisen sedimentin puuttumisen vuoksi, ja Mustijoelta vain ylempi näyte sedimentin ohuuden vuoksi. Kokoomanäytteitä saatiin yhteensä 13 kpl. Liesjärven tutkimusalueen näytepisteet on esitetty liitekartassa 1. Kuva 2. Liesjärven sedimentin kuvaus. Kuvassa näkyy profiilinäytteenotossa käytetty ns. venäläinen suokaira. Kuva 3. Liesjärven sedimentin hyväkuntoista pintaa Limnos-näytteenottimessa. Ympäristöosaston julkaisuja 27 27

Kuva 4. Ruoppauskohteen näytteenottoa Karkauslammilla. Kaikki näytteet varastoitiin Helsingin yliopiston geologian laitoksen kylmäsäilytystiloihin. Näyteluettelo Syvännepisteet: Profiilinäytteet venäläisellä suokairalla (suuri): Katumajärvi: 0-67 cm Liesjärvi: 0-80 cm Limnos-sedimenttinäytteenottimella: Katumajärvi sarja 1: 0-26 cm (13 kpl) ja sarja 2: 0-30 cm (15 kpl) Liesjärvi sarja 1: 0-20 cm (10 kpl) ja sarja 2: 0-20 cm (10 kpl) Ruoppauskohteet: Karkauslammi 0-50 cm Karkauslammi 50-100 cm Karjusilta, sillan itäpuolinen tutkimusalue 0-50 cm Karjusilta, sillan itäpuolinen tutkimusalue 50-100 cm Karjusilta, sillan länsipuolinen tutkimusalue 0-50 cm Karjusilta, sillan länsipuolinen tutkimusalue 50-100 cm Kanteluslammi 0-50 cm Kanteluslammi 50-100 cm Mustijoki 0-50 cm Lehesjoki (= Taipaleenlahti), pohjoinen tutkimusalue 0-50 cm Lehesjoki (= Taipaleenlahti), pohjoinen tutkimusalue 50-100 cm Lehesjoki (= Taipaleenlahti), eteläinen tutkimusalue 0-50 cm Lehesjoki (= Taipaleenlahti), eteläinen tutkimusalue 50-100 cm Kokoomanäytteitä yhteensä 13 kpl. 28 Ympäristöosaston julkaisuja 27

3. ANALYYSIT Vesipitoisuus ja hehkutushäviö Vesipitoisuus ja orgaanisen aineen määrää kuvaava hehkutushäviö määritettiin sekä syvännepisteiltä että ruoppaus-kohteilta Håkansonin ja Janssonin (1983) kuvaaman menetelmän mukaisesti. Tuoreet, punnitut näytteet kuivattiin yön yli 60 lämpötilassa, jäähdytettiin eksikaattorissa ja punnittiin. Liesjärven syvännepisteen näytteiden vesipitoisuuden määrittämiseen käytettiin pakastekuivausta; tuoreet näytteet punnittiin, pakastettiin yön yli ja kuivattiin Heto LyoLab 3000-kylmäkuivurissa vuorokauden ajan ja punnittiin. Orgaanisen aineksen osuuden määrittämiseksi näytteitä hehkutettiin 550 :ssa kahden tunnin ajan, jäähdytettiin eksikaattorissa ja punnittiin. Työssä käytetyt upokkaat oli punnittu vakiopainoon. Nokipartikkelianalyysi Liesjärven ja Katumajärven sedimentaatio ajoitettiin nokipartikkelimenetelmällä (esim. Rose, 1990), jossa fossiilisten polttoaineiden poltossa syntyvien, kemiallisesti hyvin kestävien ja savukaasujen mukana helposti leviävien nokipartikkelien määrä sedimentissä tutkitaan valomikroskoopin avulla. Näytteisiin lisättiin preparointivaiheessa merkki-itiöitä, minkä avulla saatiin nokipartikkelien määrä sedimentissä (kpl/g kuivaa sedimenttiä) laskennallisesti selvitettyä. Saatua tulosta verrattiin fossiilisten polttoaineiden vuosittaiseen kulutuskäyrään. Kulutuksessa tapahtuneet muutokset voidaan korreloida sedimenttiin kerrostuneiden nokipartikkeleiden esiintymisen kanssa ja siten sedimentaatio voidaan epäsuorasti ajoittaa. (esim. Renberg ja Wik, 1984). Preparoinnissa näytteestä poistettiin orgaaninen aines lisäämällä näytteiden päälle ensin 6 M kaliumhydroksidia ja pienissä erissä 35 % vetyperoksidia. Näytepullot sentrifugoitiin ja neste kaadettiin pois. Näytteet pestiin ja lisättiin pulloihin 6 M suolahappoa ja merkki-itiötabletit. Tämän jälkeen näytteitä lämmitettiin vesihauteella 80 asteessa kaksi tuntia suolojen poistamiseksi, minkä jälkeen ne sentrifugoitiin ja pestiin. Seuraavassa vaiheessa näytteistä poistettiin silikaatit väkevällä vetyfluoridilla. Sentrifugoinnin ja pesun jälkeen suolahappokäsittely uusittiin ja näytteet pestiin vielä kerran. Pulloihin jääneestä sakasta otettiin pisaroita aluslasille, ja niiden kuivuttua kiinnitettiin päällyslasi, minkä jälkeen preparaatit olivat valmiita mikroskopointia varten. Preparaateista laskettiin 250 merkki-itiötä ja nokipartikkelit. Sedimentin fosforianalyysi Liesjärven ja Katumajärven sedimentistä selvitettiin fosforin kokonaismäärä sekä jakautuminen eri fraktioihin. Kokonaisfosforin määrittämiseen käytettiin Bengtssonin ja Enellin (1986) menetelmää, jossa väkevällä suola- ja typpihapolla pyritään uuttamaan fosfori sedimentistä täydellisesti. Fosforin jakautuminen määritettiin Hieltesin ja Lijkleman (1980) osittaisliuotusmenetelmällä, jossa näytettä uutetaan vaihtuvilla liuottimilla ja siten saadaan määritettyä eri tavoin sitoutuneet fosforifraktiot. Varsinaisena fosforin osoitusreaktiona molemmissa menetelmissä käytettiin Murphyn ja Rileyn (1962) molybdeeninsininen -menetelmää. Reaktiossa fosforin esiintyminen aiheuttaa liuoksen sinisen värin, jonka intensiteetti on suoraan verrannollinen fosforin pitoisuuteen. Pitoisuudet määritettiin Hach Odyssey 2500 spektrofotometrilla. Fosforin määrä laskettiin laimennussuhteet huomioon ottaen milligrammoina 1 grammassa kuivaa sedimenttiä. Osittaisliuotuksessa käytetyt liuottimet olivat 1M NH4Cl, 0,1 M NaOH ja 0,5 M HCl. Ammoniumkloridiliuotuksella saadaan mittausmenetelmää varten reaktiiviseksi labiili eli löyhästi sitoutunut useimmiten huokosveden fosfori, joka on periaatteessa suoraan eliöstön käytettävissä. NH 4 Cl-liuotus poistaa samalla karbonaatteja ja löyhästi sitoutunutta kalsiumia, jotka muuten häiritsisivät NaOH - liuotusta. Ympäristöosaston julkaisuja 27 29

NaOH - liuotuksella saadaan esiin pääasiassa metallioksideihin (Al, Fe, Mn) sitoutunut fosfori. Myös muille pinnoille adsorboitunut fosfori, joka on vaihdettavissa OH- -ioneihin, saadaan esiin tällä liuotuksella, samoin mahdolliset emäksiin liukenevat fraktiot. HCl - liuotuksella reaktiiviseksi saadaan apatiittifosfori, karbonaatteihin sitoutunut fosfori, sekä mahdollisesti oksideista liuennut fosfori. Kokonaisfosforin ja eri fraktioiden erotuksesta saadaan lisäksi nk. residuaalifosfori, joka edustaa vaikealiukoista, lähinnä orgaaniseen ainekseen sitoutunutta fosforia. Raekokoanalyysi Sedimentin raekoostumus määritettiin Coulter LS 200 -raekokoanalysaattorilla, jonka mittausalue on 0,4 2000 µm. Laitteen toiminta perustuu valon taittumiseen suspensiossa olevien partikkelien pinnasta. Jokaisella partikkelilla on kokonsa mukainen valon taittokuvio. Coulter LS 200 - raekokoanalysaattorilla mitattu raekokojakauma on kaikkien näytteestä mitattujen partikkelien taittokuvioiden summa. Ennen analyysiä näytteet esikäsiteltiin orgaanisen aineksen poistamiseksi +80 C:n lämmössä vesihauteessa H 2 O 2 :lla. Kun reaktio oli päättynyt, näytteet pestiin kahdesti ja näyteputkiin lisättiin 0,05 M natriumpyrofosfaattia. Juuri ennen analysointia näytteitä käsiteltiin ultraäänihajottajalla noin 3 minuuttia. (Agraval & al., 1997). 4. TULOKSET Analyysitulokset on esitetty tulostaulukkoina liitteessä 2. Katumajärven nokipartikkeliajoitus on esitetty kuvassa 5, ja Liesjärven nokipartikkeliajoitus kuvassa 6. Fosforianalyysitulokset, vesipitoisuus, hehkutushäviö ja raekokoanalyysin tulokset on syvännepisteiden osalta esitetty kuvissa 7 ja 8. Näyteprofiilien kuvaus on esitetty liitteinä 3. Kuva 5. Katumajärven sedimentin nokipartikkeliajoitus 30 Ympäristöosaston julkaisuja 27

Kuva 6. Liesjärven nokipartikkeliajoitus Ympäristöosaston julkaisuja 27 31

Kuva 7. Katumajärven sedimenttianalyysien tuloksia. Kuva 8. Liesjärven sedimenttianalyysien tuloksia. 32 Ympäristöosaston julkaisuja 27

5. TULOSTEN TARKASTELU Katumajärvi Kuva 9. Katumajärven syvänteen sedimenttiprofiilin kuvaus Katumajärven profiilin (Kuva 9) ylin 20 cm edustaa nokipartikkeliajoituksen perusteella aikaa 1960- luvun alusta nykypäivään. Tänä aikana kerrostuneen syvänteen sedimentin ominaisuudet osoittavat monia tyypillisiä rehevöityneen järven piirteitä. Sedimentin rakenteessa havaitaan muutos 18 cm kohdalla, joka edustaa n. vuotta 1960. Tällöin tasalaatuinen hapekas järvilieju vaihettuu yhä enemmän sulfideja sisältäväksi löyhäksi liejuksi. 13 cm tasolla sulfidien esiintyminen on jatkuvaa osoittaen, että syvänteen hapettomat kaudet ovat olleet säännöllisiä 1970-luvun alusta lähtien. Sedimentin fosforivarasto on hyvin suuri ja se on alkanut kasvaa 1970-luvun alussa, ilmeisesti maatalouden aiheuttaman hajakuormituksen johdosta. Apatiittifosforin suuri osuus sekä raekoostumuksen kasvu 12 cm syvyydellä ilmentävät valuma-alueelta huuhtoutuvan aineksen määrän kasvua. Katumajärven sedimentti on nykyisin kautta vuoden hapeton, ja se on todennäköisesti voimakkaasti sisäkuormitusta aiheuttava. Tähän viittaa kolme seikkaa: Ensinnäkin sedimentin fosforipitoisuus on erittäin korkea, n. 2-3 kertainen tavanomaiseen nähden (esim. Kauppila ja muut 2002). Toisekseen fosforista iso osa on rauta-/alumiiniyhdisteisiin sitoutuneessa muodossa. Tämä fosforin fraktio on altis liukenemaan alusveteen hapettomissa oloissa. Kolmanneksi huokosveden fosfaattipitoisuus on niin ikään erittäin korkea, jopa 0,17 mg/kg. On ilmeistä, että Katumajärven syvänne on toiminut tehokkaasti järvestä fosforia poistavana nieluna, joka on pitänyt järviveden fosforitasoa suhteellisen alhaisena vaikka järveen kohdistuva ravinnekuormitus on ollut suuri. Tämän ansiosta veden mitatussa laadussa ei ole havaittu merkittävää heikkenemistä. On kuitenkin mahdollista, että nykyisin ravinnenielu vuotaa varsinkin lopputalven Ympäristöosaston julkaisuja 27 33

hapettomina aikoina ja tarjoaa ravinnepulsseja, jotka ilmenevät toistuvina levien massaesiintymisinä. Myös piileväanalyysi osoittaa, että fosforia on ajoittain huomattavan paljon levien käytössä. Katumajärven kunnostuksen kannalta on ulkoa tulevan kuormituksen ohella syytä toteuttaa toimenpiteitä, jotka palauttavat syvänteen ravinnenielun toimintakyvyn. Tällaisia voivat olla syvänteen hapettaminen tai jopa kemikaalikäsittely. Liesjärvi Kuva 10. Liesjärven syvänteen sedimenttiprofiilin kuvaus Liesjärven syvännepisteestä (Kuva 10) tutkittu 20 cm pituinen sedimenttisarja edustanee aikaa 1970- luvulta nykypäivään. Raekoko-, hehkutushäviö- ja vesipitoisuusanalyysi (kuva 8) osoittavat, että 17-7 cm syvyydellä sedimentaatiossa on tapahtunut häiriö, joka on laimentanut myös nokipartikkelien konsentraatiota. Tässä on todennäköisesti kyse valuma-alueelta tulleesta humusaineksesta, joka on kasvattanut sedimentaatiota ja aiheuttanut myös ajoittaista hapen kulumista. Ilmeisesti valumaalueella on suoritettu laajoja metsä- ja suo-ojituksia 1970-luvun lopulta 1980-luvulle. Tämä kuormitusvaihe ei kuitenkaan ole muuttanut syvännepisteen pohjan laatua pysyvästi heikompaan suuntaan, vaan fosforianalyysin tulokset osoittavat normaalia kokonaisfosforin määrää, suurin osa fosforista on kiinnittyneenä heikosti liukenevaan orgaaniseen fraktioon ja Fe/Alsidonnaisen sekä fosfaattifosforin määrä on hyvin vähäinen. Näytesyvyydellä 3 cm analysoitu korkea orgaanisen ja fosfaattifosforin pitoisuus on todennäköisesti satunnainen häiriö (esim. kalanjäännös) eikä osoita sedimentin todellista ominaisuutta. Loppupäätelmänä voidaan todeta, että Liesjärven tila on sedimentin ominaisuuksien perusteella vakiintunut, eikä siinä ilmene kehitystä huonolaatuisempaan suuntaan. 34 Ympäristöosaston julkaisuja 27