Turvetuotannon valumavesien ympärivuotinen käsittely (TuKos)

Turvetuotannon valumavesien ympärivuotinen käsittely (TuKos) Heini Postila 1, Kaisa Heikkinen 2, Jaakko Saukkoriipi 2, Satu Maaria Karjalainen 2, Minna Kuoppala 2, Mika Visuri 2, Jussi Härkönen 1, Raimo Ihme 2 ja Björn Klöve 1 1) Oulun yliopisto, Vesi- ja ympäristötekniikan laboratorio 2) Suomen ympäristökeskus, SYKE

2 SISÄLLYSLUETTELO TUTKIMUKSEN OSA-ALUEET JA RAPORTISSA KÄYTETTY KOSTEIKKOTERMINOLOGIA.. 4 OSA 1 TULOKSET OJITETUISTA KOSTEIKOISTA... 5 1 Johdanto... 5 2 Koekosteikot... 7 2.1 Kohteiden valinta... 7 2.2 Hankilaneva 1... 8 2.3 Hankilaneva 2... 9 2.4 Kapustaneva... 9 2.5 Luomaneva... 10 2.6 Savaloneva... 11 2.7 Äijönneva... 12 2.8 Yhteenveto kosteikkojen perustiedoista... 13 3 Aineisto ja menetelmät... 15 3.1 Kosteikkojen rakenteen tarkemmat selvitykset... 15 3.1.1 Turvepaksuus, pinnankorkeudet ja alapuolisen mineraalimaan laatu... 15 3.1.2 Turvelajit ja maatuneisuusasteet... 16 3.1.3 Maaperäanalyysit... 17 3.1.4 Desorptio turpeesta ja kivennäismaasta... 19 3.1.5 Kasvillisuus ja puusto... 20 3.2 Kosteikkojen hydrauliset ominaisuudet... 25 3.2.1 Vedenjako-, padotus- ja pengerratkaisut... 25 3.2.2 Viipymä ja vedenjakautuminen... 26 3.2.3 Vedenjohtavuus... 28 3.2.4 Pohjaveden pinnankorkeus... 31 3.3 Puhdistustehokkuus... 32 3.3.1 Veden puhdistumiseen johtavat prosessit... 32 3.3.2 Vedenlaatu, virtaamat, kuormitukset ja sadanta... 35 3.3.3 Puhdistusteho... 40

3 3.3.4 Valumavesien humusaineen pitoisuuksien ja laadun määrittäminen mikro- ja ultrasuodatuksin... 41 3.4 Olemassa olevan tiedon kerääminen vertailukosteikoilta... 47 3.4.1 Kasvillisuus ja vedenlaatu/puhdistuminen... 47 3.4.2 Turpeen maatuneisuus ja pitoisuudet sekä vedenlaatu/puhdistuminen... 47 3.5 Puhdistustehokkuuden parantaminen sorptiomateriaaleilla... 49 4 Tulokset ja tulosten tarkastelu... 54 4.1 Ojitettujen kosteikkojen toiminta valumavesien puhdistuksessa... 54 4.1.1 Kosteikkojen rakenne... 54 4.1.2 Kosteikkojen hydrauliset ominaisuudet... 70 4.1.3 Puhdistustehokkuus... 80 4.1.4 Humusaineet ja niiden vaikutus metallien ja fosforin käyttäytymiseen... 92 4.2 Vertailua varten tarkasteltujen kosteikkojen tulokset... 102 4.2.1 Kasvillisuus ja vedenlaatu/puhdistuminen... 102 4.2.2 Turpeen maatuneisuus, pitoisuudet sekä vedenlaatu/puhdistuminen... 103 4.3 Puhdistustehokkuuden parantaminen sorptiomateriaaleilla... 105 5 Yhteenveto ja johtopäätökset... 106 6 Jatkotutkimusehdotukset... 115 OSA 2 OJITETTUJEN KOSTEIKKOJEN SUUNNITTELU- JA MITOITUSOHJEITA... 116 OSA 3 YMPÄRIVUOTISEN PUMPPAUKSEN JA VESIENKÄSITTELYN SOVELTUVUUS TURVETUOTANNON KOSTEIKOILLE... 121 1 Johdanto... 121 2 Ympärivuotinen vedenpuhdistuksellinen toimivuus... 122 3 Routaputkiaineisto... 128 4 Säädataan pohjautuva tarkastelu... 133 5 Yhteenveto ja johtopäätökset... 137 Kiitokset... 139 Lähdeluettelo... 140 LIITTEET

4 TUTKIMUKSEN OSA ALUEET JA RAPORTISSA KÄYTETTY KOSTEIKKOTER MINOLOGIA Projektin tavoitteina oli 1) selvittää, millaisin edellytyksin ojitetulle suoalueelle voidaan rakentaa turvetuotannon valumavesiä tehokkaasti puhdistava vesiensuojelukosteikko, 2) tutkia, miten vesiensuojelu kosteikon toimintaa voidaan parantaa sorptiomateriaalien tai muiden pidättymistä tehostavien ratkaisujen avulla, 3) saada selvitettyä ja kehitettyä sellaisia pumppaus- ja vedenjakoratkaisuja, jotka soveltuvat ympärivuotiseen vesien käsittelyyn mahdollisimman yleisesti sekä 4) laatia menetelmille mahdollisimman kattavat mitoitus- ja suunnitteluohjeet. Yhdeksi tavoitteeksi otettiin lisäksi tietojen levittäminen menetelmien kehitystyöstä ja projektin tuloksista vuorovaikutteisen suunnittelun avulla. Tässä raportissa kehitettävästä vesiensuojelurakenteesta käytetään termiä ojitettu kosteikko tai kosteikko. Näillä nimityksillä tarkoitetaan ojitetulle turvealueelle perustettua vesiensuojelurakennetta, johon johdetaan vesiä kuten pintavalutuskentille. Tämän raportin osassa 1 esitetään TuKos- projektin tulokset ojitetuista kosteikoista saatujen puhdistustulosten ja niihin vaikuttavien tekijöiden osalta sekä tulokset erityyppisten sorptiomateriaalien tehokkuudesta fosfaattifosforin poistossa. Yhtenä näiden voimakkaasti humuspitoisten vesien puhdistustulokseen vaikuttavana tekijänä on selvitetty humuksen käyttäytymistä tutkituissa vesiensuojelurakenteissa. Osassa 2 esitetään tutkimustulosten perusteella laaditut alustavat suunnittelu- ja mitoitusohjeet ojitetuille kosteikoille. Osassa 3 esitetään mm. lyhyesti keskeisimpiä tuloksia Sari Kantosen Oulun yliopistossa maaliskuussa 2011 valmistuneesta diplomityöstä Turvetuotannon valumavesien ympärivuotinen käsittely pintavalutuskentillä ja muilla kosteikoilla. Lisäksi mm. tarkastellaan talven sääolojen vaikutuksia ympärivuotisen vesienkäsittelyn tarpeellisuuteen.

5 OSA 1 TULOKSET OJITETUISTA KOS- TEIKOISTA 1 Johdanto Turvetuotannon valumavesien puhdistuksessa tulee käyttää turvetuotantosuon koko elinkaaren vesistövaikutukset huomioon ottavaa parasta käyttökelpoista tekniikkaa (BAT) (Valtioneuvoston periaatepäätös 23.11.2006). BAT-tekniikkana etenkään uusilla alueilla ja vanhojen alueiden laajennuksilla ei enää pidetä ns. perustason vesiensuojelurakenteita, kuten laskeutusaltaita ja virtaamansäätöpatoja (Ylitalo 3.10.2006), vaan yhä yleisimmin vaaditaan tehostettua vesienkäsittelyä, erityisesti pintavalutusta (Ihme 1994, Heikkinen ym. 1994) tai vesien kemiallista puhdistusta. Pintavalutusmenetelmässä tuotantoalueelta johdettavat vedet valutetaan pinnaltaan koskemattoman suoalueen yli ja vesi puhdistuu, kun vedessä olevia ravinteita ja kiintoainetta pidättyy suoekosysteemin eri osiin. Turvetuotantoa ohjataan nykyisin valtakunnallisilla alueidenkäyttötavoitteilla yhä enemmän ojitetuille suoalueille. Tämä aiheuttaa sen, että ojittamatonta suoaluetta ei enää välttämättä löydy uuden, suunnitellun turvetuotantoalueen läheisyydestä pintavalutuskentän perustamista varten. Tähän mennessä onkin jo jouduttu perustamaan kymmeniä vesiä puhdistavia kosteikkoja ojitetuille suoalueille pintavalutuskentän mitoitusohjeita soveltaen. Käytössä ei ole ollut tarkempia tietoja tällaisten kosteikkojen soveltuvuudesta vesien puhdistukseen, eikä myöskään suunnittelu- ja toteutusohjeita tämän uuden menetelmän käyttöä varten. Pohjaksi tämän projektin tutkimuksille on kuitenkin jo tehty esiselvitys ojitettujen alueiden vesiensuojelurakenteiden ominaisuuksista ja puhdistustehosta (Postila 2007). Tämä selvitys antoi viitteitä siitä, että valumavesiä voitaisiin puhdistaa myös ojitetulle suolle rakennettavalla kosteikolla. Ojitus muuttaa monin tavoin suon turvekerroksen ominaisuuksia. Turpeen hajoaminen lisääntyy parantuneen happitilanteen seurauksena (Laine ym. 2002, 83). Tämä puolestaan voi heikentää suon pinnan turvekerrosten vedenläpäisevyyttä, jolloin puhdistettavan veden kontakti turpeen kanssa vähenee ja

6 puhdistustulos heikkenee. Ojitetulla alueella olevat vanhat ojat ovat potentiaalisia oikovirtausuomia, kun aluetta käytetään veden puhdistukseen. Onkin selvää, että pinnaltaan ojittamattomalle suolle rakennettavalle pintavalutuskentälle laaditut suunnittelu- ja mitoitusohjeet (Savolainen ym. 1996) eivät sovellu sellaisenaan ojitetulle alueelle. Tässä raportin osassa esitetään TuKos- projektin tulokset ojitetuista kosteikoista saatujen puhdistustulosten ja niihin vaikuttavien tekijöiden osalta. Myös tulokset erityyppisten sorptiomateriaalien tehokkuudesta fosfaattifosforin poistossa laboratorio-olosuhteissa esitetään. Tavoitteina oli tutkia millaisin edellytyksin ojitetulle suoalueelle voidaan rakentaa turvetuotannon valumavesiä tehokkaasti puhdistava kosteikko. Yhtenä puhdistustulokseen vaikuttavana tekijänä turvetuotannon voimakkaasti humuspitoisissa vesissä on selvitetty, miten humus käyttäytyy tutkituissa vesiensuojelurakenteissa. Lisäksi tavoitteena oli selvittää miten ojitetun kosteikon toimintaa erityisesti fosfaattifosforin poistossa voidaan parantaa sorptiomateriaalien tai muiden pidättymistä tehostavien ratkaisujen avulla.

7 2 Koekosteikot 2.1 Kohteiden valinta Ojitettujen kosteikkojen osalta tarkempaan tarkasteluun otettiin mukaan aluksi neljä kohdetta: Äijönneva, Kapustaneva, Savaloneva ja Luomaneva (kuva 1). Näistä kaksi, Äijönneva ja Kapustaneva, tulivat mukaan turvetuottajan ehdotuksesta, sillä näitä kohteita oltiin lähiaikoina rakentamassa ja ottamassa käyttöön. Näin näiltä kohteilta oli vielä mahdollista käydä tekemässä alkutilan kartoitukset, joissa mm. otettiin näytteet turpeesta tehtäviä pitoisuusanalyysejä varten. Lisäksi Savaloneva valittiin mukaan sekä turvetuottajan ehdotuksesta että siitä syystä, että siellä oli jo aiemmin tehty seurantaa ja tutkimuksia Oulun yliopiston Vesi- ja ympäristötekniikan laboratorion toimesta. Luomaneva valittiin mukaan, koska esiselvityksen perusteella siellä oli ongelmia erityisesti fosforin ja fosfaattifosforin puhdistumisen suhteen, niin kuin Savalonevallakin. Koska ensimmäisen vuoden tutkimusten jälkeen osoittautui, että näitä ongelmia esiintyy myös Äijönnevalla, tarkempaan tarkasteluun jäi mukaan vain yksi hyvin toimiva kohde, Kapustaneva. Tämän vuoksi mukaan päätettiin ottaa vielä kaksi kohdetta, Hankilanevan kosteikot 1 ja 2, jotka toiminevat hyvin. Kuva 1. Koekosteikkojen sijainnit.

8 Koekohteista Hankilanevan kosteikot, Kapustaneva, Luomaneva ja Äijönneva ovat Vapo Oy:n sekä Savaloneva Turveruukki Oy:n hallinnassa. Koekohteiden perustietoja on kerätty pääasiassa mm. turvetuottajilta saaduista aineistoista, kuten kartoista. Joitakin tietoja, mm. tietoja tuotantoaloista, on otettu Pohjois-Pohjanmaan turvetuotantosoiden päästötarkkailuraporteista. Näitä raportteja kutsuttiin ennen vuotta 2006 Pohjois-Pohjanmaan ympäristökeskuksen alueen turvetuotantosoiden käyttö- ja kuormitustarkkailu raporteiksi. 2.2 Hankilaneva 1 Hankilanevan kosteikko 1 (kuvat 2 ja 3) sijaitsee Kärsämäen kunnassa, ja se on rakennettu vuonna 1992. Vedet jaetaan kosteikolle pumppaamalla jakoaltaan kautta. Kosteikkoa ennen on pumppausallas. Kosteikko toimii ympärivuotisesti. Kosteikolle tulee vesiä 99,7 hehtaarin valuma-alueelta, ja koska kosteikon koko on 8,9 ha, tulee lähtevän veden mittapadolle vesiä yhteensä noin 108,6 hehtaarin valumaalueelta. Vuonna 2009 valuma-alueesta turvetuotantoaluetta oli enää 46 ha, josta 10 ha oli tuotannossa ja 36 ha poistunut tuotannosta. Lisäksi kosteikon valuma-alueella oli 35 ha jälkikäytössä olevaa aluetta. Alueella on ojia veden virtaussuunnan vastaisesti, ja niitä on tukittu turvetukoksin. Kuva 2. Hankilaneva kosteikko 1. Kuva 3. Hankilanevan kosteikko 1 kesällä 2010. Kuva: Heini Postila

9 2.3 Hankilaneva 2 Kärsämäen kunnassa sijaitseva Hankilanevan kosteikko 2 (kuvat 4 ja 5) on myös rakennettu vuonna 1992. Hankilanevan kosteikolle 2 tulee valumavesiä noin 224,2 ha alueelta, ja koska kosteikon ala on 7,8 ha, tulee lähtevän veden mittapadolle vesiä noin 232 ha alueelta. Kosteikon valuma-alueesta vuonna 2009 turvetuotantoaluetta oli 163 ha, josta tuotannossa 58 ha ja tuotannosta poistuneena 105 ha. 60 ha oli jälkikäytössä. Kosteikolle johdetaan vesiä ympärivuotisesti pumppaamalla jakoaltaan kautta. Kosteikkoa ennen on pumppausallas. Alueella on ojia veden virtaussuunnan vastaisesti. Kuva 4. Hankilanevan kosteikko 2 Kuva 5. Hankilanevan kosteikkoa 2 kesällä 2010. Kuva: Heini Postila 2.4 Kapustaneva Vetelissä sijaitsevalle toukokuussa 2008 käyttöönotetulle Kapustanevan kosteikolle (kuvat 6 ja 7) tulee valumavesiä yhteensä noin 150 ha valuma-alueelta, ja koska kosteikon pinta-ala on noin 6,9 ha, tulee lähtevän veden mittapadolle vesiä noin 157 ha alueelta. Kosteikon valuma-alueesta tuotannossa oli

10 vuonna 2009 noin 124 ha, 13 ha kuntoonpanovaiheessa ja 11 ha tuotannosta poistuneena (Leskelä 2010, 56). Kosteikko toimii ympärivuotisesti ja vedet kosteikolle johdetaan pumppausaltaasta pumppaamalla jakoaltaan ja -putkien kautta. Turvetuotantoalueelta katsottuna kosteikon keskellä olevan kumpareen oikealla puolella olevat ojat on tukittu kokonaan. Kumpareen vasemmalla puolella ja päädyssä olevia ojia on tukittu turvetukoksin. Kuva 6. Kapustanevan kosteikko. Kuva 7. Kapustanevan kosteikkoa kesällä 2011. Kuva: Heini Postila. 2.5 Luomaneva Vuonna 1998 perustettu Luomanevan kosteikko (kuvat 8 ja 9) sijaitsee Kärsämäellä, ja vedet kosteikolle johdetaan pumppausaltaasta pumppaamalla reikäputkien kautta. Kosteikko ei ole ympärivuotisessa käytössä. Luomanevan kosteikolle tulee valumavesiä 114 ha alueelta, ja koska kosteikon koko on 3,2 ha, tulee lähtevän veden mittapadolle vesiä yhteensä 117,2 hehtaarin valuma-alueelta. Tästä alueesta turvetuotantoaluetta on 106 ha, josta 86 ha oli vuonna 2009 tuotannossa ja 20 poistunut tuotannosta. Kosteikolla on ojia veden virtaussuunnassa, eikä niitä ole tukittu mitenkään.

11 Kuva 8. Luomanevan kosteikko. Kuva 9. Luomaneva kosteikko kevät 2009. Kuva: Heini Postila. 2.6 Savaloneva Savalonevan kosteikolla tarkoitetaan Savalonevan lisäalueen kosteikkoa (kuva 10 ja 11), jolle on aloitettu metsäojitusalueen vesien johtaminen vuonna 2005. Tässä raportissa kosteikosta käytetään vain nimeä Savaloneva. Kosteikko sijaitsee Siikalatvan kunnassa. Kosteikkoa ennen olevat laskeutusaltaat rakennettiin 2007 vuoden lopulla ja laskeutusaltaiden kautta turvetuotantoalueen kuntoonpanovaiheen vesiä alettiin johtaa kosteikolle tammikuussa 2008. Vesien johtaminen tapahtuu talviaikaan gravitaatiolla ja kesällä pumppaamalla jako-ojan ja -kamman kautta. Laskeutusaltaat ja tulevan veden mittapato sijaitsevat noin kilometrin päässä varsinaisesta kosteikosta. Savalonevan kosteikon pinta-ala on noin 6,1 ha, josta kaikki ei kuitenkaan ole tehokkaassa käytössä, vaan vuonna 2006 tehdyn arvion perusteella vain noin 80 % (Postila, 2007). Kosteikon yläpuoliselle mittapadolle tulee vesiä 72 ha alueelta ja alapuoliselle mittapadolle yhteensä 88 ha alueelta. Kosteikon valuma-alueesta 61 ha on turvetuotantoaluetta, josta vuonna 2009 oli kuntoonpanovaiheessa 35 ha ja tuotantovaiheessa 27 ha. Kosteikolla on ojia veden virtaussuunnassa ja kahteen niistä rakennettiin olki ja olki-turvetukokset vuonna 2005. Näitä osittain uusittiin projektin aikana vuonna 2009.

12 Kuva 10. Savalonevan lisäalueen kosteikko. Kuva 11. Savalonevan lisäalueen kosteikko 2009. Kuva: Heini Postila. 2.7 Äijönneva Vesienjohtaminen Haapavedellä sijaitsevalle Äijönnevan kosteikolle (kuvat 12 ja 13) aloitettiin heinäkuussa 2009. Vedet johdetaan kosteikolle pumppausaltaasta pumppaamalla reikäputkien kautta. Äijönnevan kosteikon pumppaamolle tuleva valuma-alue on noin 103 ha ja kosteikon pinta-ala 5,8 ha, joten kosteikolta lähtevälle mittapadolle tulee vesiä noin 108,8 ha alueelta. Turvetuotantoaluetta tästä on 96 ha, josta kaikki oli vuonna 2009 kuntoonpanovaiheessa. Vuonna 2010 alueella aloitettiin turpeentuotanto. Kosteikolla on ojia veden virtaussuunnassa ja niitä ei ole tukittu mitenkään. Kosteikko ei ole ympärivuotisessa käytössä.

13 Kuva 12. Äijönnevan kosteikko. Kuva 13. Vedenjakoa Äijönnevan kosteikolla. Kuva: Heini Postila 2.8 Yhteenveto kosteikkojen perustiedoista Kosteikoista kolme (Hankilaneva 1 ja 2 sekä Luomaneva) ovat vanhoja noin 10 20 vuotta toimineita, ja kolme eli Kapustaneva, Savaloneva ja Äijönneva vasta muutaman vuoden toimineita (taulukko 1). Luomanevaa ja Hankilaneva 2 lukuun ottamatta muiden kosteikkojen pinta-alan osuus yläpuolisen valumaalueen pinta-alasta on pintavalutuskentän suositusten mukainen eli yli 3,8 % (Savolainen ym. 1996, perustuen Ihme 1994). Todellinen, käytössä oleva kosteikon pinta-ala, on kuitenkin usein pienempi kuin mitoituspinta-ala, joten todelliset kosteikkojen pinta-alan osuudet yläpuolisen valuma-alueen pintaalasta ovat pienempiä. Tilanne on sama myös monilla pintavalutuskentillä. Kaikkien tässä tutkittujen kosteikkojen keskimääräiset turvepaksuudet ovat yli 0,5 m, eli pintavalutuskentän suositusten mukaisia. Tutkittujen ojitettujen kosteikkojen kaltevuudet ovat pintavalutuskentille esitettyä suositusta (1 %) pienemmät.

14 Taulukko 1. Yhteenveto kosteikkojen perustiedoista. Pintavalutuskentän mitoitusohjeen tiedot (Savolainen ym. 1996, perustuen Ihme 1994). Kosteikon käyttöönotto Turvetuotanto aloitettu kosteikon valuma alueella Kosteikon pintaala valumaalueen pintaalasta (%) Keskimää räinen turvepak suus (m) Kaltevuus (%) Pituus/ leveys Hankilaneva 1 1992 1994 8,9 2,1 0,6 1 Hankilaneva 2 1992 1994 3,5 1 1,5 2) 0,07 0,7 Kapustaneva 2008 2008 4,6 1,4 0,3 Luomaneva 1998 1992 2,8 2,6 0,7 0,9 0,9 Savaloneva 2005 1) 2009 7,4 0,9 0,06 0,4 2,2 Äijönneva 2009 2010 5,6 1,2 0,25 0,5 Pintavalutuskentän mitoitusohje > 3,8 % > 0,5 1 0,5 1 1) Alueelle aloitettu metsäojitusalueen vesienjohtaminen vuonna 2005 ja vuoden 2008 alusta turvetuotannon kuntoonpanovaiheen vesienjohtaminen. 2) Arvioitu GTK:n ja muutamien omien mittauspisteiden perusteella interpoloidusta vaihteluvälien kartasta.

15 3 Aineisto ja menetelmät 3.1 Kosteikkojen rakenteen tarkemmat selvitykset Tieto vesiensuojelukosteikon geologisesta rakenteesta luo perustan sen toiminnan ymmärtämiselle. Sen perusteella voidaan päätellä, miten puhdistettava vesi kosteikkorakenteessa virtaa ja minkä tyyppisen maaperän kanssa vesi on kontaktissa. Tämän tiedon avulla voidaan puolestaan rajata ne tärkeimmät prosessit, jotka johtavat veden puhdistumiseen tarkastelun kohteena olevassa vesiensuojelukosteikossa. Rajaus tehdään vesiensuojelukosteikkojen toiminnasta jo olemassa olevan tiedon sekä myös yleisen biogeokemiallisen tiedon perusteella. Tarvittaessa tehdään myös prosessitutkimuksia. Kaikista tutkimuskohteista selvitettiin turvekerroksen paksuus sekä turvekerroksen alapuolisen mineraalimaan laatu. Eri syvyyksillä sijaitsevista turvekerroksista selvitettiin lisäksi näytepisteittäin turvelaji, turpeen maatuneisuusaste, vedenjohtavuus, vesipitoisuus ja tuhkapitoisuus (% kuivapainosta). Lisäksi määritettiin turvekerrosten ravinnepitoisuudet ja ph sekä selvitettiin turpeesta ja kivennäismaasta tapahtuvaa fosforin desorptiota. Kaikilla tutkimusalueilla tehtiin myös kasvillisuuden ja osalla myös puuston kartoitus. 3.1.1 Turvepaksuus, pinnankorkeudet ja alapuolisen mineraalimaan laatu Tietoa kosteikkoalueen turvepaksuudesta, pinnankorkeuksista ja alapuolisen mineraalimaan laadusta saatiin turvetuottajien ja osittain GTK:n aineistoista sekä itse maastossa mittaamalla. Pinnankorkeuksien vaihtelu vaikuttaa alueen kaltevuuksiin ja veden virtaukseen siellä. Niiden kivennäismaalajien, joista alapuolinen mineraalimaa voi koostua tutkituilla alueilla, vedenjohtavuuksien vaihteluvälit on esitetty kuvassa 14. Niistä parhaiten vettä läpäisevät sora ja hiekka ja heikoiten puolestaan savi ja ehjä kallio. Turvekerroksen alapuolisen kivennäismaalajin vedenjohtavuus vaikuttaa mm. siihen, kuinka herkästi vesi voi virrata pois kosteikkoalueelta, jos esimerkiksi alueen yläpuolinen jako-oja tai jokin alueella sijaitsevista ojista ulottuu mineraalimaahan.

16 Kuva 14. Eri maalajien vedenjohtavuuksia (Korkka-Niemi & Salonen, 1996). Kosteikkojen turvepaksuuden ja pinnankorkeuksien vaihtelu kosteikon alueella mallinnettiin ArcGis ohjelman (versio 10) avulla käyttäen Spline interpolointia. Interpoloinnissa valittiin tyypiksi tensionvaihtoehto ja weight -arvoksi 1. Solun kooksi valittiin 10 metriä. Tiedot turvesyvyyksistä saatiin Äijönnevalta ja Savalonevalta pääasiassa tätä tutkimusta varten mineraalimaatikulla tehdyistä turvesyvyysmittauksista sekä kohteiden kartoista. Koska mineraalimaatikulla päästään vain reilun metrin syvyyteen, käytettiin turvesyvyyksien mittauksissa Äijönnevalla paikoin myös pidempiä tankoja. Tiedot Hankilaneva 1:n, Kapustanevan ja Luomanevan turvesyvyyksistä poimittiin kartoista. Hankilaneva 2:n turvesyvyystiedot saatiin GTK:n aineistoista ja muutamista omista mineraalimaatikuilla tehdyistä mittauksista. Tiedot pinnankorkeuksista saatiin kaikilla kosteikoilla Hankilaneva 2:sta lukuun ottamatta kartoista poimimalla. Hankilaneva 2:lta tietoja pinnankorkeuksista ei löytynyt. Savalonevalla voitiin lisäksi hyödyntää alueella tehtyjä lisämäärityksiä maaperän pinnankorkeuksista. 3.1.2 Turvelajit ja maatuneisuusasteet Turpeen maatuneisuus kuvaa sitä, kuinka paljon kuolleet kasvisolukot ovat hajonneet eli kuinka suuri osuus kasvirakenteesta on jo muuttunut tunnistamattomaksi amorfiseksi massaksi. Kosteikolta kerätyistä turvenäytteistä on arvioitu turpeen maatuneisuus von Postin asteikolla H1-H10, jossa H1 kuvaa täysin maatumatonta turvetta ja H10 taas täysin maatunutta turvetta (Laine & Vasander 1998). Kun maatuneisuusaste kasvaa, se mm. laskee turpeen vedenjohtavuutta (Päivänen 1973). Turpeen maatuneisuusaste yhdessä turvelajikoostumuksen kanssa määrittää turpeen rakennetta ja sen kemiallista koostumusta (Mikkonen 2003, 21). Niinpä turvenäytteistä on arvioitu myös sen sisältämän turpeen turvelajia. Turve-

17 lajit voidaan meillä Suomessa jakaa kasvijäännöskoostumuksen perusteella kolmeen pääryhmään, joita ovat rahkaturpeet, saraturpeet ja puuvaltaiset turpeet (Laine & Vasander 1998). Turvelajit ja maatuneisuusasteet on määritetty vuonna 2010 niistä pisteistä, joista on otettu turvenäytteet useammasta syvyydestä. Yleensä näytteitä on otettu noin 50 60 cm syvyyteen asti. Savalonevalla näytteitä on kuitenkin otettu noin metrin syvyyteen asti. Määritykset on tehty pääasiassa 10 cm paksuisiin kerroksiin jaetuista osista, joista turpeen pitoisuudetkin on määritetty. Hankilaneva 1:llä määritys on tehty kosteikolla olevista pisteistä 2 ja 6 sekä referenssialueiden pisteistä ref1-ref4. Hankilaneva 2:lla määritys on tehty kosteikon pisteistä 2 ja 3 sekä referenssialueiden pisteistä ref1- ref4. Kapustanevalla määritys on tehty pisteistä 2-7, Luomanevalla 1-4 ja 29 sekä Äijönnevalla pisteistä 1-6. Maatuneisuusasteet ja turvelajit on määritetty Savalonevalta pisteistä L1.3, L1.5, L2.3, L3.3 ja L3.5, sekä kuudesta muusta pisteestä pintaturpeesta 0-10 cm kerroksesta. Lisäksi määritykset on tehty referenssialueiden pisteistä 1 ja 2. Pisteiden sijainnit näkyvät liitteenä olevista kartoista (liite 1). 3.1.3 Maaperäanalyysit Koekosteikkojen turpeesta sekä lisäksi Savalonevan kosteikon alapuolisesta kivennäismaasta on määritetty alkuaineiden pitoisuuksia (mg/kg kuiva-ainetta), ph-arvo, vesipitoisuus ja hehkutushäviö tai hehkutusjäännös eli tuhkapitoisuus (taulukko 2). Alkuaineiden pitoisuuksista on myös laskettu (Fe+Al+Mn)/P, joka osaltaan kertonee siitä, kuinka paljon kosteikkojen turpeessa on aineita, jotka voivat vaikuttaa fosforin sitoutumiseen. Alkuaine- ja ph-analyysit on teetetty Suomen ympäristöpalvelu Oy:ssä. Hehkutushäviömääritykset on tehty Kapustanevan ja Äijönnevan alkutilan turvenäytteistä Suomen ympäristöpalvelu Oy:ssä ja muut tuhkapitoisuusmääritykset Suomen ympäristökeskuksessa standardin SFS 3008 (1990) mukaan.

18 Taulukko 2. Turpeesta tehdyt analyysit ja määritysmenetelmät. Mittaussuure Menetelmä Alumiini, Al SYP6.05: HNO3/HCl liuotus, ICP OES Kalsium, Ca SYP6.05: HNO3/HCl liuotus, ICP OES Rauta, Fe SYP6.05: HNO3/HCl liuotus, ICP OES Hehkutushäviö SFS EN 13039 Kalium, K SYP6.05: HNO3/HCl liuotus, ICP OES Magnesium, Mg SYP6.05: HNO3/HCl liuotus, ICP OES Mangaani, Mn SYP6.05: HNO3/HCl liuotus, ICP OES ph (CaCl2) ISO10390: 0,01 M CaCl2, 1/5 (v/v) Fosfori, P SYP6.05: HNO3/HCl liuotus, ICP OES Rikki, S SYP6.05: HNO3/HCl liuotus, ICP OES Typpi, N SFS EN 13654 1 Maaperäanalyysit on tehty eri syvyyksiltä Hankilaneva 1, Hankilaneva 2, Kapustanevan, Luomanevan, Savalonevan ja Äijönnevan kosteikoilta sekä Luomanevan, Savalonevan, Hankilaneva 1:n ja Hankilaneva 2:n referenssialueelta. Näytepisteiden paikat ja tutkitut turvesyvyydet on esitetty taulukossa (liite 2). Lisäksi määritykset on tehty Äijönnevan ja Kapustanevan alkutilan turpeista. Alkutilalla tarkoitetaan tässä aikaa, jolloin kosteikolle ei vielä johdettu turvetuotantoalueen vesiä. Tuhkapitoisuudet on kuitenkin määritetty useammasta pintaturvenäytteestä (noin 20 50 pintaturvenäytettä/ tutkimuskosteikko) (taulukko 3). Äijönnevan ja Kapustanevan alkutilassa otettujen turvenäytepisteiden paikat on esitetty liitteessä 3, ja muiden näytepisteiden paikat on esitetty liitteessä 1. Taulukko 3. Tuhkapitoisuus on määritetty seuraavista pintaturvenäytteistä (0-10 cm) (Äijönnevan alkutilan näytteissä 2-18 cm). Kosteikolta Referenssialueelta/alkutilanteesta Hankilaneva 1 2,3,6,8 50 ref 1 ref 6 Hankilaneva 2 1 9,12,13,17 20,25 28, (29), 30 ref 1 ref 4 Kapustaneva 2 6, 8 29, (39), 31 51 alkutila 1 6 Luomaneva 1 28, 30 50 ref 5 ref 7 Savaloneva L1.3 L1.6, L2.1 L2.3, L3.2 L3.5, 11 50 ref 1 ref 2 Äijönneva 1 50 alkutila 1 6

19 Lisäksi Hankilaneva 1:n, Kapustanevan, Savalonevan ja Äijönnevan kosteikoilta otetuista turvenäytteistä määritettiin sarjauutolla (1M NH 4 Cl-liuoksella, 0,05M Ca-EDTA:lla, 0,1M Na-EDTA:lla, HNO 3 /H 2 O 2 -liuoksella) helposti liukeneva ja vesiliukoinen P, Fe- ja Al-metalleihin sitoutunut P, Ca:in sitoutunut P ja orgaaninen fosfori Loeb ym. (2008) mukaan. Hankilaneva 1:llä turvenäytteitä otettiin pisteistä 2,3,6,8,32, Kapustanevalla pisteistä 3-5, Savalonevalla pisteistä L1.3, L2.3, L3.5 ja Äijönneva pisteistä 1,3-6. Näytteitä otettiin myös Savalonevan referenssialueelta (ref 1 ja ref 2) ja Hankilaneva 1:n referenssialueelta (ref 2 ja ref 4) (0-10 ja 20 30 cm) sekä Kapustanevan alkutilan (P1 ja P5) turvenäytteistä (0-10, 0-20 (alkutila P5) ja 20-30 cm) 3.1.4 Desorptio turpeesta ja kivennäismaasta Aiemmat puhdistustehon seurannat ovat osoittaneet, että metsäojitetuilta kosteikoilta huuhtoutuu ajoittain fosforia (P). Tässä esitetyn kokeen tarkoituksen oli selvittää tarkemmin syitä tähän huuhtoutumiseen. Kokeessa mitattiin fosforin vapautumista turpeesta ja pohjamaasta ravistelukokeissa laboratoriossa. Sekä turve- että kivennäismaakerrosten osalta tutkimuskosteikoksi valittiin Savalonevan kosteikko, josta fosforia oli havaittu huuhtoutuneen. Tämän kosteikon turve- ja kivennäismaakerroksista otettiin vertikaaliprofiilia varten näytteet 3 paikalta. Näytteet otettiin 6 eri syvyydestä (0-10 cm, 10 20 cm, 20 30 cm, 50 60 cm, kivennäismaakerroksen yläpuolinen turvekerros (60 120 cm väliltä 10 cm korkea kerros) ja kivennäismaakerros (80 140 cm väliltä 10 20 cm korkea kerros). Alueellisen kattavuuden saavuttamiseksi otettiin lisäksi turvenäytteitä pintaturpeesta (0-10 cm) seitsemästä kohdasta. Lisäksi Äijönnevan ja Kapustanevan tutkimuskosteikoilta otettiin pintaturpeista (0-10 cm) 5 näytettä. Kapustanevan näytteistä kaksi edustivat alkutilaa eli ne oli otettu ennen kuin turvetuotannon valumavesiä oli alettu johtaa kosteikolle. Näytteistä määritettiin Al, Fe, P, ph, kuivapaino, tuhkapitoisuus ja vesipitoisuus. Luonnonkosteista maanäytteistä punnittiin 100 g laboratoriopulloon, johon lisättiin 200 ml Savalonevan jakokamman vettä (12 µg PO 4 -P l -1 ). Näytepullot laitettiin ravistelijaan yhdeksi tunniksi, jonka jälkeen niiden annettiin seistä 23 tuntia. Tämän jälkeen näytteitä ravisteltiin 10 min ja sitten sentrifugoitiin noin 4000 rpm 15 minuuttia. Sentrifugoinnin jälkeen liuos suodatettiin Whatman GF/C-lasikuitusuodattimen ja Nuclepore 0.2 µm kalvosuodattimen läpi. Suodoksesta määritettiin PO 4 -P, Al, Fe, Ca, ph ja sähkönjohtavuus. Tulosten analysoinnissa on käytetty Spearmanin järjestyskorrelaatiota sekä lineaarista regressiota.

20 3.1.5 Kasvillisuus ja puusto Kosteikkojen kasvillisuus Kasvillisuutta tutkittiin näytealamenetelmällä Kapustanevan, Savalonevan, Äijönnevan ja Luomanevan kosteikoilla kesällä 2009 ja Hankilannevan kosteikoilla 1 ja 2 kesällä 2010. Kullekin kosteikolle sijoitettiin kolmesta kuuteen 2 x 2 m:n kokoista näytealaa eri puolille kosteikkoja. Näiden lisäksi Hankilannevan ja Kapustanevan kosteikkojen läheisyyteen sijoitettiin vertailualueet, Hankilannevoille kaksi ja Kapustanevalle yksi. Kasvillisuusruudut tehtiin kohteilta seuraavista pisteistä: Hankilaneva 1 pisteet 2-6, Hankilaneva 2 pisteet 1-3, Kapustaneva pisteet 2-6, Luomaneva pisteet 1-4, Savaloneva pisteet 1.3, 1.6, 2.2, 3.2 ja 3.5 ja Äijönneva pisteet 1-6. Äijönnevan pisteistä piste 1 sijaitsee sellaisella saravälillä, johon vettä ei jaeta. Vertailualueella on Kapustanevalla piste 1, Hankilaneva 1:llä pisteet ref 2 ja ref 3 ja Hankilaneva 2:lla pisteet ref 1 ja ref 2. Pisteiden sijainnit näkyvät liitteenä (liite 1) olevista kartoista. Näytealoilta arvioitiin putkilokasvien, sammalten ja jäkälien peittävyydet prosenttiasteikolla (0,5, 1, 3, 5, 7, 10, 15, 20, 30,, 100 %). Lajiston määrityksessä käytettiin apuna Retkeilykasviota (Hämet-Ahti ym. 1998), Suokasviopasta (Eurola ym.1990), Lehtisammalten määritysopasta (Koponen 1994) ja julkaisua Intricate Beauty of Sphagnum mosses (Laine ym. 2009). Sammalten nimistö on Ulvisen ym. (2002) mukainen ja putkilokasvien nimistössä on huomioitu Retkeilykasvion lisäykset ja muutokset (Hämet-Ahti ym. 2005). Suotyyppien kasvillisuus ryhmitellään Suomessa kuuteen päätyyppiin: korpi-, luhta-, lähde-, räme-, neva- ja lettokasvillisuudeksi. Tarkemmalla tasolla kasvillisuus jaetaan suokasvillisuustyyppeihin. Vesiensuojelukosteikkojen kasvillisuus poikkeaa luonnontilaisten soiden kasvillisuudesta siksi, että kosteikkoalueilla on tehty ojituksia ja kosteikoille johdetaan puhdistettavaa vettä. Tämän vuoksi koekosteikkojen kasvillisuutta ei tässä tutkimuksessa luokiteltu tarkasti suotyyppien mukaisesti. Sen sijaan koekosteikkojen lajiston jakautumista tarkasteltiin eri ekologisten vaihtelusuuntien (korpisuus, luhtaisuus, lähteisyys, rämeisyys, nevaisuus ja lettoisuus) ilmentäjiin perustuen käyttäen Eurolan ym. (1994) suokasvitaulukon jaottelua. Taulukossa on ilmoitettu kunkin kasvilajin ilmentämä ravinteisuus- ja vedenkorkeustaso sekä suotyyppien päätyyppiryhmiä vastaavat ekologiset vaihtelusuunnat.

21 Trofialla eli ravinteisuudella tarkoitetaan Eurolan ym. (1990, 1994) mukaan sitä ekosysteemin fysikaalisten ja kemiallisten tekijöiden summaa, jota käytännössä mitataan happamuuden avulla. Happamuus puolestaan riippuu karbonaattipitoisuudesta. Suomen soilla käytetty trofiakäsite perustuu suoekosysteemin happamuus/kalsitrofiajärjestelmään, jolla on tietty ilmentäjälajisto. Trofiatasot ovat ombrotrofia eli sadevesiravinteisuus, oligotrofia eli vähäravinteisuus, mesotrofia eli keskiravinteisuus ja eutrofia eli runsasravinteisuus. Luomanevan ja Äijönnevan puustoon sitoutuneet sekä vuosittain sitoutuvat ja vapautuvat fosforimäärät Usealla TuKos-hankkeen tutkimuskosteikoista kasvaa koivua, minkä vuoksi kosteikolla on paikoin varsin runsas lehtikarikematto syksyisin. Lehtikarike hajoaa nopeasti, jolloin siitä myös liukenee nopeasti ravinteita. Suurin osa lehtikarikkeesta hajoaa vuoden sisällä. Joillekin kosteikoille on saattanut tulla lannoitusta aikanaan, vaikkei niiltä tietoja lannoituksesta olekaan. Metsälannoitus (NPK) lisää lehtikarikkeen ravinnepitoisuutta, mutta tämä vaikutus vähenee ajan kuluessa. Tässä osatutkimuksessa selvitettiin kirjallisuuden avulla, voisiko lehtikarikkeen hajoaminen aiheuttaa ravinteiden huuhtoutumista. Tutkimuksessa selvitettiin puuston, ennen kaikkea koivun, fosforin ottoa ja fosforin kiertoa suoekosysteemissä. Koivu on tutkimuskosteikkojen valtapuu ja sen lehtikarikkeessa on enemmän ravinteita kuin kosteikoilla myös kasvavan männyn ja kuusen karikkeessa. Kirjallisuudesta selvitettiin, paljonko tutkimuskosteikkoja vastaavien alueiden metsiköihin vuosittain sitoutuu fosforia sekä paljonko siitä palautuu karikkeen mukana maahan. Puuston vuosittain sitoutuvan fosforimäärän avulla arvioitiin myös aluskasvillisuuteen vuosittain sitoutuvaa fosforimäärää. Lisäksi arvioitiin tutkimuskosteikkojen koivuihin yhteensä sitoutuneena olevaa fosforin määrää. Ojitettujen lannoittamattomien ja lannoitettujen turvemaiden metsiköiden ravinteiden kiertoa on Suomessa tutkinut Finer (1989). Finerin tutkimuksessa koealoilta kerätyn aineiston perusteella simuloitiin mallimetsiköiden biomassaa ja ravinteiden kiertoa kuuden vuoden ajalta lannoitetussa ja lannoittamattomassa metsikössä. Koivun ja männyn osalta mallimetsikön biomassa- ja ravinteiden kiertotiedot perustuvat ojitetulta ruohoiselta nevarämemuuttumalta (RhNRmu) ja kuusen osalta mustikkakorpimuuttumalta (MKmu) kerättyyn aineistoon (tyypit Heikuraisen ja Pakarisen (1982) mukaan).

22 Paavilainen (1980, 1987) on selvittänyt lannoituksen vaikutusta kasvibiomassaan ja ravinteiden kiertoon sekä männyn ja koivun karikkeeseen ojitetulla isovarpuisella rämeellä. Kivennäismaiden koivikoiden vuotuista primaarituotantoa ja ravinnekiertoa on tutkinut Mälkönen (1977). Paavilaisen ja Mälkösen tutkimuksissa on huomioitu myös aluskasvillisuus. Paavilaisen (1980) tutkimuksessa aluskasvillisuuteen on otettu mukaan kenttäkerroksen kasvillisuus, minkä osuus ojitetun isovarpuisen rämeen biomassaan vuosittain sitoutuvasta fosforista oli lannoittamattomalla koealalla 29 % (1130 g/ha) ja kertaalleen lannoitetulla (PK) koelalalla 34 % (1230 g/ha). Mälkösen (1977) tutkimus tehtiin eteläsuomalaisessa käenkaali-mustikka-tyypin (Oxalis-Myrtillus tyypin) metsässä. Aluskasvillisuus muodosti 2,3 % metsikön biomassasta. Siihen sitoutui vuosittain 2850 g/ha fosforia. Metsikön vuotuisesta fosforin tarpeesta pohja-, kenttä- ja pensaskerroksen kasvillisuus käytti 28 %. Puuston määrää tutkittiin fosforin kierron, etenkin karikkeen mukana vapautuvan fosforin määrän selvittämistä varten Äijönnevan ja Luomanevan kentiltä kolmelta 20 m x 20 m kokoiselta näytealalta kesällä 2010. Näyteala jaettiin neljään osaan, joilta arvioitiin puustosta (vallitseva puusto, ylispuusto ja alikasvos) kooltaan keskimääräisen puun pituus ja rinnankorkeusläpimitta sekä laskettiin puuston määrä. Äijönnevan ja Luomanevan pintavalutuskenttien vuosittain sitoman ja vapauttaman fosforin määrää arvioitiin Finerin (1989) ilmoittamien fosforiarvojen avulla. Tutkimuksen koealojen turpeen ravinnevarat vastasivat melko hyvin Äijönnevan ja Luomanevan kenttien ravinnevaroja fosforin osalta. Finerin (1989) lannoittamattomalle mallimetsikölle saamat, koivun, männyn ja kuusen vuosittain maasta ottaman ja karikkeena vapauttaman fosforin määrät suhteutettiin Äijönnevan ja Luomanevan kenttien hehtaarikohtaisiin runkotilavuuksiin. Kenttien puuston tilavuus arvioitiin näytealojen puuston keskiläpimitan ja pituuden perusteella käyttäen Laasasenahon ja Snellmanin (1983) tilavuustaulukoita. Puustotiedoissa ei ole mukana pensaskerroksen puiden taimia, joita Luomanevalla oli paikoin runsaastikin. Alikasvoksesta mukana ovat läpimitaltaan yli 5 cm kokoiset puut. Koivikkoon vuosittain sitoutuvan fosforin määrän lisäksi arvioitiin puustoon yhteensä sitoutuneena olevan fosforin määrää. Tätä varten arvioitiin koivun eri osien biomassat mm. Mela-ohjelmassa (Metsäntutkimuslaitoksen julkaisema, Suomen oloihin kehitetty metsätalouden analyysi- ja suunnitteluohjelmis-

23 to) käytettyjen Marklundin (1988) biomassamallien (taulukko 4) avulla, jotka on arvioitu käyttökelpoisimmaksi malliksi puun eri osien biomassan arviointiin (Kärkkäinen 2005). Marklundin biomassamallien tuloksia voidaan pitää vain suuntaa antavina. Käyttökelpoisimpia mallit ovat runkopuun ja rungon kuoren biomassan arviointiin (Kärkkäinen 2005, Kärkkäinen & Härkönen 2005). Latvuksen eri osien osalta biomassamallit eivät kykene ottamaan huomioon esimerkiksi kasvupaikan tai sijainnin vaikutusta puustoon (Kärkkäinen & Härkönen 2005). Marklundilla ei ole koivun lehtien biomassamalleja, joten niiden biomassa on tässä laskettu männyn neulasten biomassamalleilla, kuten Mela-ohjelmassa. Saaduille puun eri osien biomassoille käytettiin soveltuvin osin Finerin (1989) ilmoittamia koivun eri osien fosforipitoisuuksia lannoittamattomalla koealalla. Taulukko 4. Kärkkäisen ja Härkösen (2005) ilmoittamat Marklundin (1988) koivun eri osia kuvaavat biomassamallit. d = rinnankorkeusläpimitta (cm), h = puun pituus (m). Puun osa Malli Koivu Runko Runkopuu exp(8,1184*(d/(d+11))+0,9783*ln(h)-3,3045) Rungon kuori exp(8,3019*(d/(d+14))+0,7433*ln(h)-4,0778) Latvus Elävät oksat ilman lehtiä exp(10,2806*(d/(d+10))-3,3633) Lehdet exp(12,1095*(d/(d+7))+0,0413*h-1,565*ln(h)-3,4781) Kuolleet oksat exp(11,2872*(d/(d+30))-0,3081*h+2,6821*ln(h)-6,6237) Kanto ja juuret Kanto exp(11,0481*(d/(d+15))-3,9657) Juuret (d < 10 cm) exp(8,8795*(d/(d+10))-3,8375) Juuret (d³ 10 cm) exp(13,2902*(d/(d+9))-6,3413)+exp(8,8795*(d/(d+10))-3,8375) Puuston selviytyminen kosteikoilla Suoalueen otto vedenpuhdistuskosteikkokäyttöön nostanee vedenpinnantasoja alueella, mikä voi vaikuttaa puuston selviytymiseen. Ojitetuilla kosteikkoalueilla puusto on usein kookkaampaa ja runsaampaa, kuin luonnontilaisilla pintavalutuskentiksi otettavilla alueilla. Jos puusto säilyy hengissä, toimii se hyvin vettä haihduttavana elementtinä ja samalla voi sitoa myös ravinteita. Lisäksi tällöin vältetään puuston koneellisesta korjuusta aiheutuvat haitat kosteikon maaperälle. Jos vedenpinta nousee liikaa, puusto kui-

24 tenkin kuolee, ja tällöin siitä mm. vapautuu ravinteita, mikä voi lisätä ravinteiden huuhtoutumista kosteikolta. Vedenpinnan nousun vaikutusta puuston selviytymiseen tutkittiin sekä Äijönnevalla että Kapustanevalla neljän puustoseurantaympyrän avulla. Alkutilan kartoitukset tehtiin kesällä 2008, jolloin Kapustanevan kosteikolle oli juuri aloitettu vesienjohtaminen ja Äijönnevalle vesienjohtamista ei vielä ollut aloitettu. Puustoseurantaympyrät sijaitsevat kummassakin kohteessa pisteiden 1-4 (liite 1) turpeessa olevien pohjavesiputkien ympärillä, niin että putki toimii ympyrän keskipisteenä. Ympyrän säde on 10 metriä. Mukaan otettiin ne puut, joiden syntypiste sijoittui puustoympyrän sisäpuolelle. Puista mitattiin rinnankorkeudelta ympärysmitta ja arvioitiin pituus. Lisäksi merkittiin oliko kyseessä koivu, kuusi vai mänty. Hies- ja rauduskoivua ei eroteltu toisistaan. Puuston kunnon suhteen ne määritettiin eläviin ja kuolleisiin. Lisäksi tarkasteltiin myös sitä ovatko elävät puut hyväkuntoisen näköisiä vai huonokuntoisia ja harsuuntuneita. Kuolleista puista oli vuonna 2008 määritetty etenkin Äijönnevalla ilmiasu, eli onko kyseessä kokonainen pystyssä oleva puu vai kanto. Vuonna 2011 tätä ei juuri maastossa tehty, vaan arviointi tehtiin maastoaineistosta jälkikäteen puiden pituuden ja ympärysmitan perusteella, niin että lyhyehköt ja paksuhkot kuolleet puut voitiin luokitella kannoiksi. Kannoista määritettiin ympärysmitta siltä korkeudelta, jolta se saatiin. Lisäksi laskettiin taimien lukumäärät ja katsottiin ovatko ne elossa. Äijönnevalla taimilaskentaa ei tehty kesällä 2008 koko puustoympyrän alalta, vaan vain noin 2 m säteeltään olevan ympyrän alalta, joten ne tiedot jätetään yhteenvetotaulukosta pois. Kesällä 2011, jolloin Kapustanevan kosteikko oli ehtinyt olla toiminnassa noin kolme vuotta ja Äijönnevan kosteikko noin kaksi vuotta, tehtiin uusintakartoitukset. Tällöin samoilta alueilta katsottiin vuotta 2008 vastaavasti puuston kunto. Puuston kunnossa tapahtuneita muutoksia verrattiin pohjavesiputkista saataviin tietoihin vedenpinnan korkeuksista kyseisellä alueella. Kapustanevalla piste 1 sijaitsee kosteikon ulkopuolella, joten sitä voidaan käyttää referenssipisteenä.

25 3.2 Kosteikkojen hydrauliset ominaisuudet 3.2.1 Vedenjako-, padotus- ja pengerratkaisut Kosteikkojen padotus- ja pengerratkaisujen tarkoituksena on estää tai ainakin vähentää ojien aiheuttamia oikovirtauksia, niin että vesi kulkisi kosteikon turvekerroksessa mahdollisimman pitkään ja jäisi riittävästi aikaa vettä kosteikossa puhdistaville prosesseille. Vedenjakoratkaisuilla voidaan vaikuttaa myös siihen miten vesi levittäytyy ja virtaa kosteikon alueella. Tutkimuksessa mukana olevista kohteista Luomanevalla ja Äijönnevalla ojiin ei ole rakennettu tukoksia, eikä ojien reunoilla ole penkereitä. Näillä kohteilla vesi pyritään levittämään mahdollisimman hyvin kosteikon alueelle sarkaojaväleihin menevillä reikäputkilla. Savalonevalla vedet jaetaan jakokamman kautta kentälle, ja kentällä on ojia veden virtaussuunnassa. Näistä kahteen ojaan rakennettiin aluksi vuonna 2005 kumpaankin olkipato ja olki-turvepato. Koska muutaman vuoden seurannan jälkeen ainoastaan yksi näistä padoista (olkipato) toimi, eli oli pysynyt paikallaan ja padotti vettä, tehtiin muihin kohtiin vuonna 2009 uudet padot heinäpaaleista joko vanhan padon kohdalle tai sen läheisyyteen. Kummallakin Hankilanevan kosteikolla on ojia, jotka ovat veden virtaussuunnan vastaisesti. Näitä on tukittu ainakin Hankilaneva 1:llä turvetukoksin. Ojat ovat Hankilaneva 2 kosteikolla osittain umpeen kasvaneet. Kapustanevan kosteikolla tuotantoalueelta katsottuna kumpareen oikealla puolella olevat ojat on tukittu kokonaan turpeella ja niiden päälle on istutettu ruokohelpeä. Kumpareen vasemmalla puolella oleviin ojiin on asetettu vain ojan yli ulottuvia turvetukoksia. Eri vedenjako-, padotus- ja pengerratkaisujen toimivuutta voidaan osaltaan arvioida merkkiainekokeiden avulla. Niillä määritetään mm. veden viipymää, jonka määrityksestä kerrotaan tarkemmin kappaleessa 3.2.2. Savalonevalla on patojen toimivuutta ja padotuskykyä arvioitu seuraamalla vedenpinnankorkeuksia neljän rakennetun padon ylä- ja alapuolella. Tämän lisäksi siellä toteutettiin kesällä 2010 natriumkloridilla (NaCl) suolakoe, jossa 0,75 kg natriumkloridia 30 litran vesimäärään sekoitettuna valutettiin 15 minuutin aikana muutama metri padon yläpuolelle. Tämän jälkeen seurattiin 3-4,5 tunnin ajan sähkönjohtavuusantureilla veden sähkönjohtavuutta tietyistä ojan alapuolisista pisteistä ja kentällä padon kohdalle paikoitellen muodostuneista vesialueista.

26 3.2.2 Viipymä ja vedenjakautuminen Viipymää ja vedenjakautumista voidaan määrittää merkkiainekokeen avulla. Mahdollisia merkkiaineita ovat mm. kaliumbromidi (KBr), kaliumjodidi (KI) ja natriumkloridi (NaCl). Näistä kaliumbromidin on havaittu pidättyvän kasvillisuuteen erityisesti kasvukauden aikana (Whitmer ym. 2000). Tässä tutkimuksessa veden viipymää ja jakautumista kosteikon alueelle selvitettiin kaliumjodidilla (KI) tehdyllä merkkiainekokeella. Kaliumjodidi valittiin merkkiaineeksi, koska sen ei ole havaittu pidättyvän kasvillisuuteen, ja sitä on käytetty muissakin kosteikkotutkimuksissa, esim. Ronkanen & Kløve (2007) ja Wörman & Krönnas (2005). Kaliumjodidia myös tarvitaan pitoisuuksien havaitsemiseksi selvästi vähemmän kuin esim. natriumkloridia. Mitattu viipymä kertoo veden kosteikolla kulkemasta ajasta kuitenkin vain merkkiainekokeen aikaisessa virtaamatilanteessa. Tulvakausina veden viipymä kosteikossa voi olla tätä selvästi lyhyempi ja kuivana kautena taas pidempi. Mittauksesta saadun tuloksen avulla voidaan kuitenkin arvioida veden keskimääräistä viipymää kosteikossa. Viipymä vaikuttaa mm. siihen, miten puhdistusprosessit kosteikon alueella ehtivät tapahtumaan. Eniten aikaa vettä puhdistaville prosesseille kosteikossa on pienten virtaamien ja pitkän viipymän aikana. Esimerkiksi pintavalutuskentillä valumaveden kontakti vettä puhdistavan turpeen kanssa on tällöin parhaimmillaan (Heikkinen ym. 1994, 66). Tulvakausina puhdistustulokset pintavalutuskentillä ovat useimmiten heikentyneet. Liian pitkä viipymä voi kuitenkin mm. anaerobisten olosuhteiden muodostumisen kautta myös heikentää puhdistustulosta. Tällä hetkellä kuitenkaan ei ole käytettävissä tarkempaa tutkimustietoa vettä puhdistavien eri prosessien vaatimasta viipymästä pintavalutuskentillä. Merkkiainekoe toteutettiin Kapustanevalla 19.5. 4.6.2009, Savalonevalla 8.6. 25.6.2009, Äijönnevalla 18.5. 31.5.2010 ja Luomanevalla 8.6. 17.6.2010. Kaliumjodidi sekoitettiin erillisissä astioissa Luomanevalla ja Äijönnevalla pumppausaltaasta, Savalonevalla tulo-ojasta ja Kapustanevalla jakoaltaista otettuun veteen, joka sitten syötettiin kosteikolle. Kapustanevalla sekoitettiin 11 kg kaliumjodidia noin 350 litraan vettä, ja valutettiin se kahden saavin ja niissä olevien letkujen kautta yhtä aikaa kumpaankin jakoaltaaseen. Myös pumppu laitettiin pumppaamaan valutuksen ajaksi (1 h 35 min), jotta kaliumjodidi sekoittuisi todella kosteikolle virtaavaan veteen. Pumppu pumppasi syötön aikana noin 130 l/s.

27 Savalonevalla sekoitettiin 16 kg kaliumjodidia vähän yli 500 litraan vettä ja valutettiin tulo-ojaan kahden letkulla varustetun säiliön avulla. Merkkiaineen syöttöön kului yhteensä noin 6 tuntia. Luomanevalla ja Äijönnevalla sekoitettiin kummassakin noin 10 kg kaliumjodidia 500 litraan vettä ja pumpattiin pumppukaivoon samanaikaisesti, kun pumppu laitettiin pumppaamaan kentälle vettä. Kaliumjodidin pumppaukseen kului Äijönnevalla noin 6 minuuttia, jonka jälkeen pumppu pidettiin pumppaamassa vielä noin 9 minuutin ajan, jotta kaikki kaliumjodidipitoinen vesi ehtisi varmasti kosteikolle asti. Pumppu pumppasi noin 100 l/s. Luomanevalla kaliumjodidi syötettiin suurin piirtein samassa ajassa kuin Äijönnevallakin, mutta sen jälkeen pumppu jätettiin pumppaamaan, niin että se pumppasi yhteensä noin kaksi tuntia (70 l/s). Kapustanevalla ja Savalonevalla, joissa kaliumjodidi valutettiin painovoimaisesti kosteikon veteen, määräsi tähän kulunut aika syötön kokonaisajan. Syötössä pyrittiin tarpeeksi hitaaseen valutukseen erityisesti Savalonevalla, sillä kun vesi virtaa vain hitaasti tulo-ojassa, liian nopea syöttö saattaisi aiheuttaa tiheysvirtauksen, jolloin merkkiaineliuos voisi vajota pohjaan. Äijönnevalla ja Luomanevalla, joissa valutusaika ei rajannut pumppausta, pyrittiin vettä pumppaamaan kerralla kentälle suurin piirtein normaalisti pumpun pumppaama määrä, jotta virtausolosuhteet saataisiin mahdollisimman normaalitilannetta vastaaviksi. Kaikilla kohteilla sijoitettiin neljä automaattista näytteenotinta (Teledyne ISCO 6712 Portable Samplers) lähtevän veden mittapadolle. Yhdessä näytteenottimessa oli 24 pulloa, joihin jokaiseen kerättiin neljästä 15 minuutin välein otetusta 200 ml näytteestä koostuva tunnin kokoomanäyte. Ensimmäinen näytteenotin ohjelmoitiin aloittamaan näytteenotto samalla hetkellä kuin merkkiaineen syöttökin aloitettiin. Näytteet käytiin hakemassa näytteenottimista kaksi kertaa viikossa, sillä näytteenottimiin mahtui maksimissaan neljän vuorokauden näytteet. Näytettä hakiessa näytteenottimen pulloihin laitettiin kansi päälle, niitä ravisteltiin ja sitten niiden vedellä huuhdeltiin 60 ml näytepullo, johon näyte lopuksi kaadettiin. Loput näytteenottimen pullon näytteestä kaadettiin pois, ja pullo asetettiin takaisin näytteenottimeen. Savalonevalla ja Kapustanevalla tutkittiin myös vedenjakautumista ottamalla noin 50 ml näytteet kaliumjodidimääritystä varten kosteikoilla olevista pohjavesiputkista ja joistakin ojista samalla, kun käytiin hakemassa näytteenottimista näytteet analysoitavaksi. Äijönnevalla ja Luomanevalla, joissa veden

28 liikkumisen oletettiin olevan nopeampaa, seurattiin merkkiaineen pitoisuuksia eri puolella kenttää olevista ojista kahdeksan tunnin ajan merkkiaineen syötön aloittamisesta. Maastosta näytteet kuljetettiin Vesi- ja ympäristötekniikan laboratorioon, jossa ne laitettiin jääkaappiin. Näytteet pyrittiin analysoimaan mahdollisimman pian. Näytteiden jodipitoisuus analysoitiin jodiselektiivisellä elektrodilla (Orion Thermo Ionplus 9653BN). Analysointia varten valmistettiin kalibrointiliuokset natriumjodidista (NaI), jotta saatiin kalibrointisuorat mitattua ja piirrettyä. Kalibrointiliuokset valmistettiin sekä MilliQ-veteen että kosteikolle tulevasta vedestä aina näytteenhakukertojen yhteydessä otettuun vesinäytteeseen. Kalibrointiliuossarjaa varten valmistettiin aluksi 1 M standardiliuos, jossa oli 200 ml vettä ja 29,978 g natriumjodidia hyvin magneettisekoittajalla sekoitettuna. Tästä otettiin 10 ml näyte ja sekoitettiin 100 ml:aan vettä, niin että saatiin seuraava laimennus tehtyä. Yhteensä tehtiin seuraavat kalibrointiliuokset: 1 M, 0,1 M, 0,01 M, 0,001M, 10-4 M, 10-5 M, 10-6 M, 10-7 M ja 10-8 M, joista kolme laimeinta uusittiin päivittäin ja muut noin kerran viikossa. Kalibrointisuorista, joissa x- akselilla on jännite (mv) ja y-akselilla pitoisuus (mg/l), tuli kaarevia, joten kalibrointisuoran piirtämiseen käytettiin aina niitä kolmea arvoa, jotka olivat lähimpänä mitattua näytteen jännitettä, ja tältä suoralta luettiin näytteen jodipitoisuus. Elektrodin mittaustarkkuus on noin 5 10-8 - 1 M eli 0.005-127 mg/l (Orion Iodide Electrode Instruction Manual 2003) eli jos näytteen mitattu jännite oli pienempi kuin 10-8 M kalibrointiliuoksella mitattu jännite, niin silloin katsottiin, ettei näyte sisältänyt jodidia. Kalibrointisuorien jodimittaukset pyrittiin suorittamaan mahdollisimman samankaltaisessa lämpötilassa, kuin missä näytteetkin olivat, jotta mittaustuloksesta tulisi mahdollisimman luotettava. Näytteiden välillä oli kuitenkin muutamien asteiden lämpötilaeroja. Ohjekirjan mukaan liuoksen ollessa noin 10-3 M, 1 ºC ero lämpötiloissa aiheuttaa yli 2 % virheen tuloksissa (Orion Iodide Electrode Instruction Manual 2003). Määritysrajalla jodipitoisuuden tuloksissa esiintyi huojuntaa. Kesällä 2009 käytettiin osittain Ionic Strength Adjusteria (ISA) (1:50) sekä näytepulloissa että vastaavasti myös kalibrointiliuoksissa nopeuttamaan mittausarvon tasaantumista pienissä pitoisuuksissa. 3.2.3 Vedenjohtavuus Vedenjohtavuuden määrittämisen perusteella voidaan arvioida millä syvyydellä vesi turpeessa pääasiassa virtaa. Tämän ylimmän kerroksen, akrotelman, paksuus on tavallisesti alle 50 cm, ja kyseisessä ker-

29 roksessa turve on heikosti maatunutta. Akrotelman alapuolella on katotelma, jossa turpeen maatuneisuusaste on suurempi ja vedenjohtavuus on selvästi heikompaa. Katotelma on yleensä kokonaan vedellä kyllästynyt ja hapeton, kun taas akrotelmassa vedenpinnan korkeus, ja sen perusteella happipitoisuus, vaihtelevat. (Chason & Siegel 1986.) Täten puhdistusprosessit tapahtuvat pääasiassa akrotelmassa. Mittausajankohdan kosteustilanne vaikuttaa voimakkaasti veden virtaukseen turpeessa, sillä vedenjohtavuus laskee kyllästysasteen laskiessa. Kun maaperän kaikki huokoset ovat veden täyttämiä, voivat ne kaikki johtaa vettä, jolloin vedenjohtavuus on suurin mahdollinen. Maaperän kyllästysasteen laskiessa täyttyy osa maaperän huokosista ilmalla. Tällöin vettä johtavan alueen määrä vähenee ja vedenjohtavuusreitit mutkistuvat. Näin ollen vedenjohtavuus pienenee aluksi mahdollisesti jyrkästikin, sillä imun vaikutuksesta nopeimmin tyhjenevät suurimmat ja vettä johtavimmat huokoset. (Hillel 1998, 204.) Tässä tutkimuksessa kaikilla kosteikoilla mitattiin vedenjohtavuutta muuttuvapaineisen pietsometrin avulla (kuvat 15 ja 16). Mittausta varten pietsometrin putki asetetaan maahan niin, että sen veden ulostuloaukko on halutussa turvesyvyydessä. Ylhäällä oleva säiliö täytetään vedellä. Kun mittaus aloitetaan, säiliössä oleva hana avataan. Vedenpinnan alentumista ajan funktiona seurataan joko vedenpinnankorkeusanturin avulla tai manuaalisesti mitta-asteikolta lukemalla. Vedenjohtavuuden mittauksia suoritettiin 4-12 pisteestä/kosteikko. Pisteet olivat Hankilaneva 1:llä 2-6, Hankilaneva 2:lla 1-4, Kapustanevalla 2-7, Luomanevalla 1-4, 12,23, 29, 33 ja 44, Savalonevalla 1.3, 1.6, 2.2, 2.3, 3.3 ja 3.5 sekä Äijönnevalla 1-10, 48 ja 51. Pisteiden sijainnit näkyvät liitteenä 1 olevilta kartoilta. Mittaussyvyyksiä oli 1-7 pistettä kohden, niin että pääsääntöisesti mittauksia suoritettiin noin 10 senttimetrin välein. Laitteella suoritettiin mittauksia myös sellaisista pisteistä, joissa pohjavedenpinta oli mittauspisteen alapuolella. Tällaisissa pisteissä mittaustulokset ovat vähemmän luotettavia, sillä laite on tarkoitettu kyllästyneen tilan vedenjohtavuuden mittaukseen.