Inarijärven rantavyöhykkeen seuranta Päällyslevän biomassakartoitus 2017-18 Jukka Ylikörkkö Annukka Puro-Tahvanainen Lapin ELY-keskus Kuva 1. Mittausta Juutuanvuonossa. Kuva 2. Mittauskiviä Vironniemessä heinäkuussa 2017.
1. Johdanto Inarijärvellä käytettiin kenttäfluorometriä rantavyöhykkeen tilan seurantavälineenä kesällä 2017 ja 2018. Fluorometri mittaa päällyslevän a-klorofyllimolekyylin määrää, jota käytetään indikaattorina leväbiomassasta. Inarijärven karussa ympäristössä päällyslevästön voi olettaa olevan merkittävä osa perustuotantoa. Oletuksena oli että päällyslevästön biomassa olisi korkeampi suurten jokien edustoilla sekä kuormitetuilla alueilla. Joensuunselälle ja Juutuanvuonoon tulee suuri luonnonhuuhtouma jokien kautta, ja niihin lasketaan myös puhdistettuja yhdyskuntien jätevesiä. Ulapan pintaveden keskimääräinen kokonaisfosfori on Joensuunselällä ja Juutuanvuonossa ollut 2000-luvulla yli kaksinkertainen verrattuna Vironniemeen. Kaikki pitoisuudet edustavat kuitenkin edelleen karua tasoa (Ptot <10µg/l). Nellimissä ja Partakossa on haja-asutusta ja pienialaista nurmiviljelyä. Varttasaari edustaa selkävesien ympäröimää järven keskiosaa. Vironniemi on luonnontilaisin ja ulapan vedenlaadun perusteella järven karuin osa. Lisäksi tutkimuksen tarkoituksena oli seurata päällyslevästön koostumusta. Sinilevien osuuden oletettiin kasvavan jokisuita ja kuormituslähteitä, sekä ajallisesti loppukesää kohti. 2. Menetelmät Kuva 3. Mittauspaikkojen sijoittuminen tutkimusalueille. Mittauksia tehtiin 2017 heinäkuun ensimmäinen ja kuun kolmas viikko, 2018 vain kuun kolmannella viikolla. Järveltä valittiin 9 aluetta, joissa tehtiin mittaukset 6-11 avoimella rannalla (kuva 1). Jokaisella paikalla klorofylli a mitattiin kymmeneltä mahdollisimman tummalta kiveltä, jolta laitteen ilmoittama takaisinheijastus oli alle 10. Kivien tuli olla ollut veden alla neljä viikkoa, tästä johtuen mittaussyvyydet olivat heinäkuussa 2017 60-80 cm ja kuussa 40-60 cm. Kivien koko vaihteli paikkojen välillä nyrkin kokoisista, noin 15 cm, suuriin lohkareisiin > 80 cm.
Mittaukset tehtiin BenthoTorch-fluorometrillä, joka arvioi päällyslevästön klorofylli a:n määrää suoraan kivien pinnalta. Laite myös pyrkii erottamaan viher- pii- ja sinilevien osuudet perustuen niiden fluoresenssin poikkeaviin aallonpituuksiin. Mittaukset tehtiin veden alla suoraan näytekiven pinnalta. Tietojen jatkokäsittelyssä paikkakohtaisena tuloksena käytettiin kymmenen mittauskerran mediaania. Tilastokäsittely tehtiin r-ohjelmalla. Logaritmimuunnettu klorofylli a:n kokonaismäärä täytti parametristen testien ehdot kuukausien ja alueiden välisten erojen tutkimista varten. Kokonaisbiomassan kuukausien välistä muutosta testattiin parittaisella t-testillä ja alueiden välisiä eroja varianssianalyysillä. Myös sinilevän määrää oli mahdollista analysoida parametrisesti, ja alueiden välistä eroa testattiin varianssianalyysillä. Eri leväryhmien määrien ja suhteellisten osuuksien muutosta kuukausien välillä analysoitiin ei-parametrisella Wilcoxonin merkittyjen sijalukujen mediaanimuutosta mittaavalla testillä. 3. Tulokset Biomassa tutkimusalueiden sisällä Kokonaisbiomassan vaihteluväli usean tutkimuspaikan välillä ylitti alueiden väliset erot (kuva 4-6, taulukko 1-2). Koko järven mittakaavassa päällyslevästön keskimääräinen biomassa nousi vuonna 2017 heinä-kuun välillä n. 20. Kaikkien paikkojen mediaanipitoisuuksien muutos oli pieni, mutta tilastollisesti merkitsevä (taulukko 3). Muutos alueiden sisällä heinä-kuun välillä oli tilastollisesti merkitsevä Mahlattinuorassa, Joensuunselällä ja Vironniemessä. Näillä paikoilla biomassa myös kasvoi eniten. Selviä muutoksia oli muillakin alueilla, mutta ne eivät suuren sisäisen vaihtelun vuoksi olleet tilastollisesti merkitseviä. Kuva 4. Klorofylli a:n mediaanipitoisuus havaintopaikoilla heinäkuussa 2017. Kuva 5. Klorofylli a:n mediaanipitoisuus havaintopaikoilla kuussa 2017. Taulukko 1. Tutkimusalueiden tulosten keskiarvo, minimi ja maksimi mittausajankohtina, mittausten välinen muutos 2017.
Alue Heinäkuu 2017 (klorofylli a ) Elokuu 2017 (klorofylli a ) Ka. Min. Maks. Keskihajonta Ka. Min. Maks. Keskihajonta Keskiarvon muutos Heinä- () Joensuunselkä 0,83 0,55 1,46 0,28 1,40 0,98 1,84 0,29 +69 Juutuanvuono 0,77 0,39 1,49 0,33 0,94 0,60 1,31 0,27 +22 Mahlattinuora 0,58 0,44 0,73 0,10 1,37 1,12 1,74 0,26 +136 0,66 0,39 1,02 0,28 0,91 0,48 1,36 0,38 +38 Moossinaselkä 1,27 1,00 1,49 0,20 1,33 0,98 1,63 0,29 +5 Nellim 1,05 0,78 1,30 0,21 1,00 0,62 1,38 0,27-5 Partakko 1,65 0,97 2,75 0,65 0,88 0,50 1,39 0,30-47 Varttasaari 0,75 0,47 1,04 0,25 0,71 0,54 1,07 0,20-5 Vironniemi 0,89 0,32 1,79 0,51 1,34 0,53 2,16 0,64 +51 Kaikki 0,92 0,32 2,75 0,45 1,10 0,48 2,16 0,40 +20 Taulukko 2. Tutkimusalueiden tulosten keskiarvo, minimi ja maksimi mittausajankohtina, mittausten välinen muutos 2018. Elokuu 2018 Alue (klorofylli a Ka. Min. Maks. Keskihajonta Joensuunselkä 1,34 0,92 2,04 0,35 Juutuanvuono 1,18 0,65 1,66 0,31 Mahlattinuora 0,84 0,70 0,93 0,08 0,82 0,47 1,13 0,22 Moossinaselkä 1,80 1,45 2,61 0,43 Nellim 1,35 0,99 1,59 0,22 Partakko 1,46 1,00 2,09 0,39 Varttasaari 1,06 0,62 2,48 0,71 Vironniemi 1,19 0,83 1,57 0,33 Kaikki 1,22 0,47 2,61 0,45 Kuva 6. Klorofylli a:n mediaanipitoisuus havaintopaikoilla kuussa 2018. Taulukko 3. Parittaisen t-testin tulokset, keskimuutos ja p-arvo, biomassan (klorofylli a ) muutokselle heinä ja kuun välissä. Keskimuutos on laskettu alueen sisältämän paikkojen mittaustulosten eroista. Merkitsevyystasot: *p < 0,05; ** p<0,01. Alle 0,05 p-arvo tarkoittaa yli 95 todennäköisyyttä että mittausten keskiarvomuutos heinä-kuun välillä on erisuuri kuin 0. Alue Keskimuutos heinä-kuu (klorofylli a ) Mahlattinuora 0,37** Joensuunselkä 0,24** Vironniemi 0,19* Kaikki 0,09* Sinilevien biomassa kasvoi tilastollisesti merkitsevästi heinä-kuun välissä Joensuunselän ja Juutuanvuonon lisäksi myös Mahlattinuorassa ja Miesniemessä (taulukko 6). Sinilevien prosenttiosuus ei kuitenkaan noussut merkitsevästi (95 luottamusvälillä). Nellimissä ja Partakossa sinilevien osuuden muutos on kuitenkin lähellä merkitsevää (p=0,06).
Viherlevien biomassa kasvoi merkitsevästi viidellä alueella: Joensuunselällä, Juutuanvuonossa, Mahlattinuorassa, Miesniemessä ja myös Vironniemessä. Viherlevien prosenttiosuus nousi merkitsevästi edellä mainituista kolmella alueella. Piilevien biomassa muuttui merkitsevästi ainoastaan Mahlattinuorassa, missä se kasvoi. Piilevien prosenttiosuus pieneni merkitsevästi Juutuanvuonossa. Moossinaselällä, Nellimissä, ja Partakossa laskeva muutos prosenttiosuudessa oli lähellä merkitsevää. Taulukko 4. Tutkimusalueiden eri leväryhmien biomassan keskiarvot sekä suhteellinen osuus heinä- ja kuussa 2017. Sinilevät Viherlevät Piilevät Alue heinä heinä heinä heinä heinä heinä Joensuunselkä 0,41 0,78 50 57 0,17 0,32 22 24 0,25 0,28 28 20 Juutuanvuono 0,35 0,47 49 53 0,10 0,18 14 20 0,30 0,24 37 27 Mahlattinuora 0,37 0,64 64 49 0,11 0,31 20 23 0,09 0,42 16 28 0,33 0,42 54 49 0,06 0,21 11 22 0,27 0,27 35 29 Moossinaselkä 0,33 0,41 26 34 0,29 0,28 22 22 0,64 0,54 51 44 Nellim 0,60 0,69 56 70 0,20 0,22 18 22 0,26 0,08 26 8 Partakko 0,50 0,51 36 58 0,22 0,18 17 20 0,90 0,18 48 22 Varttasaari 0,31 0,32 45 45 0,10 0,08 13 11 0,33 0,30 42 45 Vironniemi 0,24 0,24 33 23 0,06 0,24 8 20 0,59 0,78 59 57 Kaikki 0,38 0,50 0,14 0,22 0,39 0,34 Taulukko 5. Tutkimusalueiden eri leväryhmien biomassan keskiarvot sekä suhteellinen osuus kuussa 2018. Elokuu 2018 Alue Sinilevät Viherlevät Piilevät klorofylli a klorofylli a klorofylli a Joensuunselkä 0,70 52 0,19 29 0,28 21 Juutuanvuono 0,54 40 0,22 25 0,30 22 Mahlattinuora 0,46 34 0,12 12 0,19 14 0,42 31 0,12 17 0,17 13 Moossinaselkä 0,41 30 0,33 43 0,87 64 Nellim 0,69 51 0,30 35 0,20 15 Partakko 0,48 36 0,32 32 0,56 41 Varttasaari 0,27 20 0,11 18 0,59 44 Vironniemi 0,31 23 0,11 18 0,61 45 Kaikki 0,48 0,34 0,40
Taulukko 6. Tilastollinen merkitsevyys verrattaessa eri leväryhmien biomassan (klorofylli a ) tai suhteellisen osuuden muutosta heinä- ja kuun välillä Wilcoxonin merkittyjen sijalukujen testillä. Merkitsevyystasot: - ei merkitsevyyttä. ~p 0,06, *p < 0,05; ** p<0,01. Alle 0,05 arvo merkitsee yli 95 todennäköisyyttä että paikkakohtaisten mittausten mediaanimuutos heinä-kuun välillä on erisuuri kuin 0. Alue Sinilevät Sinilevät Viherlevät Viherlevät Piilevät Piilevät bm bm bm Joensuunselkä * - * - - - Juutuanvuono * - * * - * Mahlattinuora * - * - * - * - * * - - Moossinaselkä - - - - - ~ Nellim - ~ - ~ ~ ~ Partakko - ~ - - ~ ~ Varttasaari - - - - - - Vironniemi - - * * - - Kaikki ** - ** ** - ** Kuva 7. Eri leväryhmien osuudet kokonaisklorofylli a:sta havaintoalueittain heinäkuussa 2017, ja klorofylli a:n keskiarvo. Kuva 8. Eri leväryhmien osuudet kokonaisklorofylli a:sta havaintoalueittain kuussa 2017, ja klorofylli a:n keskiarvo. Kuva 9. Eri leväryhmien osuudet kokonaisklorofylli a:sta havaintoalueittain kuussa 2018, ja klorofylli a:n keskiarvo.
Biomassa tutkimusalueiden välillä Varianssianalyysin perusteella alueiden välillä oli tilastollisesti merkitseviä eroja, joita vertailtiin pareittain Tukeyn keskiarvojen vertailutestillä. Heinäkuussa 2017 Partakon ja Moossinasiselän korkeat kokonaisbiomassat erosivat merkitsevästi suhteessa useisiin muihin alueisiin (taulukko 5). Näiden alueiden biomassat olivat tuolloin järven korkeimpia. Elokuussa tulokset olivat tasoittuneet ja eroja oli vain kolmen eteläisen alueen ja Varttasaaren välillä. Varttasaaren alueen biomassat olivat selvästi kuun alhaisimpia. Muutoin suuri vaihtelu alueiden sisällä peitti niiden väliset erot. Elokuussa 2018 erot muodostuivat vain Moossinaselän ja viiden muun alueen välille. Moossinaselältä mitatut kokonaisbiomassat olivat tuolloin muita alueita suurempia. Sinileväbiomassat olivat 2017 heinäkuussa suurimmat Nellimissä ja kuussa Joensuunselällä. Heinäkuussa Nellim erosi merkitsevästi kolmesta muusta sinileväbiomassan suhteen (taulukko 8). Lisäksi Partakko poikkesi merkitsevästi Vironniemestä. Elokuussa 2017 sinileväbiomassat ja alueiden väliset erot olivat kasvaneet. Suurin ero oli Joensuunselän ja Vironniemen ja välillä. Etenkin Varttasaari ja Vironniemi poikkesivat muista alueista alhaisemmilla sinileväbiomassoilla. Elokuussa 2018 sinilevän suhteen suurimmat erot olivat Joensuunselän ja Nellimin korkeiden biomassojen ja muiden alueiden välillä. Eniten Joensuunselkä ja Nellim poikkesivat Varttasaaresta ja Vironniemestä. Sinilevien osuus Moossinaselän suuresta kokonaisbiomassasta oli suhteellisen pieni. Taulukko 7. Tukeyn testin parittaisten vertailujen tulokset, keskimääräinen ero mittausten välillä ja p-arvo, kokonaisbiomassalle (klorofylli a ) heinäkuussa ja kuussa. Merkitsevyystasot: ~p< 0,06, *p < 0,05; ** p<0,01.. Alle 0,05 p-arvo merkitsee yli 95 todennäköisyyttä että alueiden mittaustulosten keskiarvot ovat erisuuret. Heinäkuu 2017 Elokuu 2017 Elokuu 2018 Alueet Ero Alueet Ero Alueet Ero Partakko- 0,43** Varttasaari- -0,30** Moossinaselkä- 0,62~ Mahlattinuora Joensuunselkä Juutuanvuono Partakko- 0,40** Varttasaari- -0,29* Moossinaselkä- 0,96** Mahlattinuora Mahlattinuora Partakko- 0,34** Varttasaari- -0,28* Moossinaselkä- 0,97** Juutuanvuono Moossinaselkä Partakko- 0,33* Moossinaselkä- 0,74* Varttasaari Varttasaari Partakko- 0,30* Vironniemi Partakko- 0,29* Joensuunselkä Moossinaselkä- 0,34* Mahlattin. Moossinaselkä- 0,31*
Taulukko 8. Tukeyn testin parittaisten vertailujen tulokset, keskimääräinen ero mittausten välillä ja p-arvo, sinileväbiomassalle (klorofylli a ) heinäkuussa ja kuussa. Merkitsevyystasot: *p < 0,05; ** p<0,01.alle 0,05 p-arvo merkitsee yli 95 todennäköisyyttä että alueiden mittaustulosten keskiarvot ovat erisuuret. Heinäkuu 2017 Elokuu 2017 Elokuu 2018 Alueet Ero Alueet Ero Alueet Ero Nellim- 0.39** Vironniemi- -0,54** Varttasaari- -0,43** Vironniemi Joensuuns. Joensuunselkä Partakko- -0,32** Vironniemi- -0,48** Varttasaari- -0,42** Vironniemi Nellim Nellim Nellim- 0,26* Vironniemi- -0,45** Vironniemi- -0,39** Mahlattinuora Joensuunselkä Nellim-Juutuanv. 0,25* Vironniemi- -0,33* Vironniemi- -0,38** Partakko Nellim Vironniemi- -0,31** Joensuunselkä- 0,29** Juutuanvuono Moossinaselkä Varttasaari- -0,41** Joensuunselkä- 0,28** Joensuunselkä Varttasaari- -0,35* Juutuanvuono- 0,28** Nellim Varttasaari Varttasaari- -0,32* Nellim- 0,28* Mahlattinuora- Moossinaselkä Joensuuns,- 0,29* Nellim- 0,27* Joensuuns.- 0,28* Joensuunselkä- 0,24* 4. Pohdinta ja johtopäätökset Moossinaselkä Joensuuns.- Juutuanvuono Mahlatti 0,23* Juutuanvuono- Vironniemi Inarijärvellä saman mittauspaikan eri kivien välillä leväbiomassan erot olivat suurimmillaan useita mikrogrammoja, mutta ääriarvoilla ei ollut vaikutusta, koska paikkakohtaisena tuloksena käytettiin mediaania. Myös saman alueen eri paikkojen mediaanien vaihtelu oli usein alueiden välistä vaihtelua suurempaa. Kivien välille aiheutuu luonnostaan hajontaa johtuen niiden väristä ja muodosta. Vironniemessä päällyslevän määrä ja jakautuminen poikkesivat silminnähtävästi muista alueista molempina vuosina: levää oli paksusti ja epätasaisesti (kuva 2). Fluorometrin jatkokäytön kannalta olisi hyödyllistä selvittää voiko alueen sisäistä hajontaa pienentää käyttämällä keinoalustoja. Päällyslevästön biomassa havaittiin olevan keskimäärin 0,9 heinäkuussa ja 1,1-1,2 kuussa. Inarijärvellä on aiemmin tutkittu päällyslevästön biomassaa keinoalustoilta etanoliuutolla (Hellsten ym. 1997). Tuolloin metrin syvyydessä 41 vrk olleilla levyillä biomassa vaihteli n. 1-1,7. Tulokset ovat 20-60 cm uusia mittauksia syvemmältä, missä aallokon häiriön ja UV-stressin merkitys on pienempi. Dodds ym. 1998 ovat esittäneet oligotrofisen ja mesotrofisen joen päällyslevästön a-klorofyllin keskiarvon rajaksi 2. Päällyslevästön biomassa kasvoi vuonna 2017 koko järven mittakaavassa heinä-kuun välillä n. 20. Alueita erikseen tarkasteltaessa ero oli tilastollisesti merkitsevä vain Joensuunselällä, Mahlattinuorassa ja Vironniemessä. Koko järven mittakaavassa tapahtui muutoksia leväryhmien runsauksissa mittauskertojen välillä: sinilevien ja viherlevien määrä lisääntyi ja piilevien hieman väheni. Alueista Joensuunselällä sekä Juutuanvuonossa, ja osin näiden lähialueilla, sinilevien ja viherlevien biomassa kasvoi tilastollisesti merkitsevästi mittausajankohtien välillä. Alueiden väliset erot litoraalin päällyslevän kokonaisbiomassassa eivät suoraan ilmentäneet alueellisia eroja ulapan ravinnetasoissa. Alueiden välille kuitenkin muodostui tilastollisesti merkitseviä eroja. Suurimmat erot paikkojen välillä muodostuivat suhteessa kuun sinileväbiomassaan, jonka perusteella suurten jokisuiden edustat poikkeavat merkitsevästi Varttasaaresta ja Vironniemestä. Ero oli suurin kuun mittauksissa. 0,24*
Kaikilla mittauskerroilla Vironniemen pällyslevästö on ollut piilevävaltaista, Joensuunselän ja Nellimin sinilevävaltaista. Benthotorch-laitteen kokonaisklorofylliarvioiden on todettu korrivan hyvin etanoliuuttoon perustuvien spektrofotometrianalyysien kanssa, kun päällyslevästön biofilmi on ohut (Echenique-Subiabre ym. 2016, Kahlert & McKie 2014). Laitteen on todettu yliarvioivan piilevien määrää (Kahlert & McKie 2014) ja aliarvioivan sinilevien määrää, etenkin jos sinilevien osuus on suuri (Echenique-Subiabre ym. 2016). Laite mittaa vain a- klorofyllin fluoresenssia, eikä se tunnista esimerkiksi fykobiliineja, joita on sinilevissä ja punalevissä. Näin ollen sinilevän biomassatulokset eivät ole tarkkoja arvoja, mutta jos sinilevän määrät ovat aliarvioita, niihin perustuvia alueiden välisiä eroja voidaan pitää luotettavina.
Lähteet: Dodds W.K., Jones J.R., Welch E.B. 1998 Suggested classification of stream trophic state: distributions of temperate stream types by chlorophyll, total nitrogen, and phosphorus, In Water Research 32:1455-1462. Kahlert M. & McKie B.G. 2014. Comparing new and conventional methods to estimate benthic algal biomass and composition in freshwaters. Environ Sci Process Impacts. 11:2627-34. Echenique-Subiabre I., Dalle C., Duval C., Heath M.W., Couté A., Wood S.A., Humbert J-F., Quiblier C. 2016. Application of a spectrofluorimetric tool (bbe BenthoTorch) for monitoring potentially toxic benthic cyanobacteria in rivers. Water Research 101:341-350. Hellsten S., Palomäki R., Järvinen E. 1997. Inarijärven vedenkorkeuden säännöstelystä ja sen vaikutuksista rantavyöhykkeellä. Lapin ympäristökeskuksen moniste 2/1997. R-ohjelma (R Core Team). 2017. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. URL https://www.r-project.org/.