Happamien sulfaattimaiden ympäristöriskien vähentäminen - sopeutumiskeinoja ilmastomuutokseen Climate Change Adaptation Tools for Environmental Risk Mitigation of Acid Sulfate Soils Layman s Report
Sisällys CATERMASS projekti... 1 Happamat sulfaattimaat - Mitä ja Missä?... 3 Happamien sulfaattimaiden ympäristövaikutukset... 5 Happamien sulfaattimaiden ympäristöriskit pienemmiksi pohjaveden pintaa nostamalla...7 Monitavoitearviointi happamuuden torjuntatoimien vaikutuksista... 9 CATERMASS lukuina...11 Osatehtävät ja vastuuhenkilöt... 1 3
Ilmastonmuutos voi merkittävästi lisätä metallien ja happamuuden huuhtoutumista maaperästä. Erityisenä huolenaiheena ovat ns. geokemialliset anomaliat, kuten poikkeuksellisen paljon raskasmetalleja sisältävät maaperätyypit. Tällaisen ympäristöongelman muodostavat meillä Suomessa happamat sulfaattimaat, jotka alkoivat muodostua Itämeren pohjaan Litorina-vaiheen aikana n. 8000 vuotta sitten. Happamia sulfaattimaita arvioidaan olevan Suomessa jopa 3000 km2 pääosin rannikkoalueiden viljelysmailla. Niitä syntyy vielä tänäkin päivänä pitkin rannikkoa. Suomen rannikkoalue oli viime jääkauden jälkeen meren peittämä. Veteen kerrostui monin paikoin hienorakeisia, liejuisia ja rikkipitoisia sedimenttejä. Maankohoamisen myötä ovat laajat maa-alueet nousseet merestä ja ovat nykyään vaihtelevan maankäytön ja kuivatuksen kohteena. Peltojen kuivatuksen tehostuminen ja erityisesti salaojitus aiheuttaa sen, että maaperän rikkipitoiset sulfidisedimentit altistuvat ilman hapelle ja maaperässä syntyy rikkihappoa, joka vuorostaan liuottaa ympäristöstään metalleja. Näin syntyy hyvin happamia ja metallipitoisia valumavesiä, jotka pilaavat vesistöjä varsinkin Länsi-Suomen rannikolla. Happamien sulfaattimaiden takia tällä alueella ei pystytä täyttämään EU:n vesipuitedirektiivin vaatimuksia vuoden 201 5 loppuun mennessä. Kari Saari CATERMASS projekti Ilmastonmuutos todennäköisesti voimistaa happamien sulfaattimaiden aiheuttamien ympäristövahinkojen vaikutusta ja lisää vaikutusaluetta ellei kohdennettuja lieventäviä toimenpiteitä kehitetä. Myrkyllisten yhdisteiden huippupitoisuuksia esiintyy varsinkin pitkien kuivien kausien ja niitä seuraavien rankkasateiden jälkeen. Tällaisten hydrologisten ääri-ilmiöiden odotetaan yleistyvän ilmastonmuutoksen seurauksena erityisesti valuma-alueilla, joilla on vähän järviä ja virtaaman vaihtelut ovat nopeita. Tämä lisää vesiekosysteemin ja kalakantojen todennäköisyyttä altistua myrkyllisille metalliyhdisteille. Euroopan Unionin LIFE+ -ohjelman rahoittamassa CATERMASS projektissa etsittiin keinoja happamien sulfaattimaiden vesiensuojelun parantamiseen. Hankkeessa kehitettiin menetelmiä happamien sulfaattimaiden ympäristöhaittojen vähentämiseksi sekä maankäytön ja vesiensuojelun sopeuttamiseksi muuttuvaan ilmastoon. Vesistö-, kalasto- ja luontohaittojen vähentäminen on edellyttänyt tiedon kokoamista ongelma-alueista, happamuus- ja metallialtistuksen kehityksestä, ympäristöriskien luonteesta ja prioriteettikohteista sekä käytettävissä olevista vesiensuojelumenetelmistä ja niiden toimivuudesta muuttuvassa ilmastossa. 1
Juha Riihimäki
Happamat sulfaattimaat mitä ja missä Happamalla sulfaattimaalla tarkoitetaan rikkipitoista maaperää, jossa esiintyy sekä hapettunut maakerros (todellinen hapan sulfaattimaa) että hapettumaton sulfidirikkipitoinen maakerros (potentiaalinen hapan sulfaattimaa) tai vain toinen näistä. Happamat sulfaattimaat ovat yleisesti liejuisia hienorakeisia maalajeja (savi, hiesu, hienohieta), mutta paikoin myös hiekka aiheuttaa happamoitumista. Todellinen hapan sulfaattimaa ph < 4,0 maastossa suoraan näytteestä mitattuna hapettuneessa mineraalimaassa tai liejussa (ei turpeessa) sulfidien hapettumisen seurauksena. Jos ph 4,0-4.4 eikä ole selvää havaintoa sulfidien läsnäolosta, selvitetään se lisämäärityksillä (inkubaatio tai rikkipitoisuus). Potentiaalinen hapan sulfaattimaa Rikki sulfidimuodossa (pelkistynyt, ei hapettunut) Yleensä ph > 6,0 S (tot) (rikki) 0,2 %, hiekassa >0.01 % Inkuboitu ph 4,0 ja pudotusta vähintään 0,5 yksikköä maastossa mitattuun ph-arvoon verrattaessa Sulfidi = rauta-rikkimineraali (FeS2, FeS) Inkubointi = Näytteen annetaan hapettua 8-16 viikkoa, jonka jälkeen mitataan ph Pääasialliset toimet ja tuotteet ovat: Tehokas menetelmä happamien sulfaattimaiden kartoittamiseen Suomen oloissa. Ennakkotulkinta tehdään toimistossa käyttäen olemassa olevia tietoja, joiden perusteella suunnitellaan ja suoritetaan maastossa tapahtuvat havainnot, mittaukset ja näytteenotto mm. kemiallisia analyyseja varten. Edellä mainittujen toimien tulokseista laaditaan valuma-aluekohtaisia tai alueellisia karttoja, joissa yleismittakaavassa (1 :250 000) esitetään happamien sulfaattimaiden esiintymisen todennäköisyys. Kartat ja muut tuotteet tulevat kaikkien käyttöön GTK:n sivuille (www.gtk.fi) vuoden 201 3 alusta. Karttojen havaintopisteitä klikkaamalla saadaan näkyviin pisteen taustatietoja ja tuloksia, kuten maasto-ph, inkuboitu ph, sulfidin esiintymissyvyys, maalajit ja rikkipitoisuus. Olemme luoneet Suomen happamien sulfaattimaiden määritelmän. Erilaisista syntytavoista, luonnonolosuhteista ja maankäytöstä johtuen määritelmä poikkeaa kansainvälisistä määritelmistä. On luotu riskiluokitus Suomen happamille sulfaattimaille. Se perustuu sulfidin alkamissyvyyteen, minimiph:hon ja rikkipitoisuuteen. Happamien sulfaattimaiden esiintymisympäristöjä ja tunnistamisohjeita on kuvailtu yksinkertaisessa oppaassa, joka myös löytyy GTK:n sivuilta. Kehitetty kartoitusmenetelmä ja tehty työ lisäävät merkittävästi tietoamme happamien sulfaattimaiden esiintymisestä ja ominaisuuksista. Havaintoja 3040 kertaa tiheämmin kuin aikaisemmin on ollut käytössä ja tuloksena saadaan helppokäyttöistä ja luotettavaa tietoja käytettäväksi mm.: kansallisessa, alueellisessa ja paikallisessa suunnittelussa ja päätöksenteossa (ministeriöt, maakuntaliitot, kunnat, ELY-keskukset, AVI:t, konsultit) maa- ja metsätaloudessa (viljelijät, MTK, ProAgria, metsäkeskukset, ojitusyhtiöt) turveteollisuudessa ja maarakentamisessa jatkossa esim. EU-tuista päätettäessä 3
Juha Riihimäki
Anna Karjalainen Mika Visuri Happamien sulfaattimaiden ympäristövaikutukset Osoitimme happamien sulfaattimaiden ekologisen riskin Suomen pintavesissä ja tuotimme kalakantojen ja vesimuodostumien ekologista tilaa kuvaavia riskikarttoja erilaisilla ilmastoskenaarioilla. Kansallisista tietokannoista olevaa seurantatietija täydennettiin kenttätutkimuksin aiemmin kartoittamattomilla alueilla ja niinä vuodenaikoina, joilta tietoa ei riittävästi ollut ja aineistosta analysoitiin happamuus- ja metallipitoisuuspiikkien ajoittumista ja kestoa ja koottiin altistumis- ja vaikutusprofiileja. Ekologisia riskikarttoja tuotettiin yhdistelemällä ekologista riskinarviointia sekä hydrologista- ja kartografista mallintamista. Ekotoksikologisen riskiluokittelun mukaan tutkituista neljästätoista jokisuistosta 5 luokittui huonoon luokkaan, 6 suistoa oli välttäviä/tyydyttäviä ja vain 3 suistoa kuului luokkaan hyvä. Suomen ilmastolle ja ympäristölle sovitettua ilmastomallia käytettiin arvioitaessa Kyrönjoen mennyttä ja tulevaa metallikuormitusta. Mallinnus osoitti lisääntynyttä metallikuormitusta syksyllä kun huuh- touma happamilta sulfaattimailta on voimakkaimmillaan, ja vähenevää kuormitusta keväällä ja kesällä. Kalalajien herkkyys happamuudelle vaihtelee suuresti, lohikalat ovat tyypillisesti kaikkein herkimpiä ja esimerkiksi ahven ja hauki sietävät happamia olosuhteita paremmin. Kun ph laskee tarpeeksi alas, tasolle ph 4-4,5, kaikki Suomen kalalajit häviävät. Happamien sulfaattimaiden kalastovaikutuksien selvittämiseksi valittiin 22 jokea ja näiltä yhteensä noin 1 00 näytepaikkaa, jotka edustivat laajasti erilaisia happamien sulfaattimaiden vaikutusalueita. Aineiston avulla analysoitiin eliöstön vastetta veden laadun ja muiden ympäristömuuttujien muutoksiin ja arvioitiin jokien ekologinen tila. Kalalajiston koostumuksen ja ph:n välillä oli voimakas vaste. Happamuudelle herkkiä kalalajeja, esim. kivisimppu, taimen ja harjus, ei yleensä saatu saaliiksi paikoissa, joissa keskimääräinen ph <6. Ahven ja hauki sietivät hyvin alhaista ph:ta. Kaikkein happamimmat jokinäytepaikat näyttivät olevan täysin kalattomia. 5
Rainer Rosendahl Rainer Rosendahl Rainer Rosendahl Seija Virtanen
Happamien sulfaattimaiden ympäristöriskit pienemmiksi pohjaveden pintaa nostamalla Happamien sulfaattimaiden happamuus- ja metallipäästöjen vähentämistä tavoiteltiin nostamalla pohjaveden pintaa niin ylös, että sulfidipitoiset maakerrokset jäävät veden peittoon. Pohjaveden pintaa pysyi riittävän korkealla myös kesällä, kun pelto oli säätösalaojitettu ja salaojastoon pumpattiin lisävettä läheisestä ojasta. Veden poisvirtaaminen estettiin asentamalla pellon alareunaan muovikalvo, joka ulottui sulfidikerrokseen asti. Pohjaveden tason säätelyä viljelysmaalla ja säätelyn ympäristövaikutuksia selvitettiin ohra- ja vehnäkasvustoilla Söderfjärdenin koekentällä sekä nurmikasvustoilla Pedersören kentällä. Söderfjärdenin kentällä testattiin kolmea erilaista salaojitussysteemiä: i) tavanomainen salaojitus, ii) säätösalaojitus ja iii) säätösalaojitus yhdistettynä lisäveden pumppaukseen kesällä. Vedenkorkeuden vaikutuksia maahan, maaveden koostumukseen ja ruokohelpikasvustoon tutkittiin myös kontrolloiduissa koeolosuhteissa käyttäen metrin korkuisia sulfaattimaapatsaita. Söderfjärdenin happamat sulfaattimaat olivat viljavia ja jyväsadot ylittivät maan keskimääräiset sadot. Vaikka happamuudesta seurasi metallihuuhtoumia, maasta ja sadosta mitatut metallipitoisuudet eivät ylittäneet raja-arvoja. Sen sijaan salaojavedestä mitatut alumiinipitoisuudet (5 20 mg/l) ylittivät kotitalousvedelle annetun pitoisuusra- ja-arvon 20 1 00-kertaisesti. Tähän mennessä pelto-oloissa saatujen tulosten mukaan pohjaveden pinnan nosto kohottaa vähitellen salaojaveden ph:ta ja vähentää huuhtoutuvan alumiinin määrää. Nämä vaikutukset olivat erittäin selviä kontrolloiduissa oloissa tehdyssä kokeessa. Salaojaveden nitraattityppipitoisuudet (22 26 mg/l) olivat Söderfjärdenissä 2-kertaisia verrattuna talousvedelle annettuun nitraattitypen enimmäispitoisuuteen. Kevätvalunnan aikana huuhtoutuneen nitraattitypen määräksi arvioitiin 20 30 kg/ha. Runsas typen huuhtoutuminen johtunee sulfaattimaiden pohjamaan suurista typpivaroista. Myös typpioksiduulikaasupäästöjen (20 30 kg/ha) todettiin olevan jopa 2 3-kertaisia orgaanisten maiden vastaaviin päästöihin, mutta pohjaveden pinnan korkeudella ei ollut vaikutusta päästöjen suuruuteen. Kasvihuoneoloissa saadut tulokset olivat samansuuntaisia. Tulosten perusteella sulfidien hapettumista voidaan estää säätösalaojituksella, ja vaikutusta voi tehostaa pumppaamalla lisävettä ojastoon. Tällöin puhutaan säätökastelusta tai altakastelusta. Veden virtaamista pois pellolta voi estää tehokkaasti pellon reunaan asennetulla muovikalvolla, joka ulottuu sulfidikerrokseen asti. Menetelmän avulla sulfidikerros saadaan pidettyä pohjaveden pinnan alapuolella pelkistyneessä tilassa. 7
Rainer Rosendahl
Happamuushaittojen torjuntatoimilla voidaan vaikuttaa jokivesistöjen ja niiden suistoalueiden ekologiseen tilaan, mutta niistä aiheutuu myös kustannuksia ja muita sosiaalisia vaikutuksia. Näitä erilaisia vaikutuksia on tarkasteltu neljän erilaisen happamuushaittojen torjuntastrategian osalta Kyrönjoen valuma-alueen lähtötietojen pohjalta. Säätösalaojituksen laajentaminen kaikille Kyröjoen valuma-alueen salaojitetuille pelloille maksaisi noin 2,7 M vuodessa ja altakastelulla ja muovilla täydennettynä noin 3,7 M vuodessa. Valtaosa näistä kustannuksista syntyy viljelijöille aihetuvasta lisätyöstä. Valtiolle avustuksista ja investointituista aiheutuvat kustannukset ovat vastaavasti noin 1,4 M ja 1,8 M. Kustannuksia voi suhteuttaa vuosittainen maataloustukeen joka on ko. alueella noin 1 2 M. Kuivatuksen rajoittamisen ja kuivatustilan ennallistamisen kustannukset riippuvat siitä, toteutetaanko toimet luonnonarvokaupan ja luonnonhoitopeltojen avulla. Nämä vaihtoehdot voivat joissain tapauksessa olla viljelijöille taloudellisesti edullisia ratkaisuja. Viljelijähaastattelujen perusteella peltojen kuivatuksen rajoituksiin suhtauduttiin kuitenkin kielteisesti ja niillä katsottiin olevan negatiivisia vaikutuksia tuottajan toimintaedellytyksiin ja elinkeinon Rainer Rosendahl Monitavoitearviointi happamuuden torjuntatoimien vaikutuksista jatkuvuuteen. Lisäksi nostettiin esille kielteiset aluetaloudelliset vaikutukset. Kuivatustilan ennallistaminen jokivarsipelloilla voi johtaa myös Etelä-Pohjanmaalle tyypillisen avoimen viljelymaiseman sulkeutumiseen. Kumuloituvilla happamuuden torjuntatoimilla on mahdollista vähentää kalojen lisääntymisen kannalta haitallisten happamuuspiikkien esiintymistä noin 30 prosentista 1 0 prosenttiin ja nostaa keskimääräistä ph-tasoa arvosta 5,7 arvoon 6,0. Herkkien lajien kuten mateen ja kivisumpun osuus kalansaaliista todennäköisesti lisääntyy ja toimenpiteet mahdollistavat vesistön biologisen ja fysikaalis-kemiallisen tilan vähittäisen toipumisen Kyrönjoen eri alueilla. Vesistön tilan luokitus nousee mahdollisesti huonosta välttävään ja välttävästä tyydyttävään. Lisäksi on mahdollista että kalaistutusten tuloksellisuus paranee ja sitä kautta istutettuja lajeja kuten taimenta esiintyy enemmän virkistyskalastuksen saaliissa. Näin ollen vapaa-ajan kalastuksen edellytykset paranevat ja myös ammattikalastuksen saalismäärät kasvavat. 9
Jaana Wallin
CATERMASS lukuina Projektipartnerit: 7 laitosta ja yliopistoa (Suomen ympäristökeskus SYKE, Etelä-Pohjanmaan ELY-keskus, Geologian tutkimuskeskus (GTK), Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus (MTT), Riista- ja kalatalouden tutkimuslaitos (RKTL), Helsingin yliopisto, Åbo Akademi. Projektiin osallistui: 11 8 henkilöä, 450 henkilötyökuukautta Projektin kesto: 3 vuotta (201 0 201 2) Projektin rahoitus: 2,9 miljoonaa euroa Web sivustot ja porttaalit: www.ymparisto.fi/syke/catermass Projektin kotisivu (Suomeksi) www.miljo.fi/syke/ catermass Projektin kotisivu (Ruotsiksi) www.environment.fi/syke/ catermass Projektin kotisivu (Englanniksi) http://www.catermass.fi CATERMASS kotisivu - tietoa happamista sulfaattimaista Raportit ja jukaisut: Happamien sulfaattimaiden aiheuttamat vesistövaikutukset ja kalakuolemat Suomessa. Ympäristöriskien vähentäminen happamilla sulfaattimailla - Opas pohjaveden pinnan säätämiseksi Layman s Report Esitteet 1 Seminaarit ja työkokoukset: Kansallinen kick-off seminaari Projektin sisäiset seminaarit ja workshopit 1 0 Luennot, esitelmät ja posterit kansallisissa ja kansainvälisissä konferenseissa 35 Esiintyminen ja tulokset mediassa: Artikkelit kansallisissa ja alueellisissa lehdissä 26 Radio esiintymiset 2 Messut ja muut julkiset tilaisuudet 1 Lehdistö- ja uutistiedotteet internetissä 1 3 11
Jaana Wallin
Jaana Wallin Happamien sulfaattimaiden ympäristöriskien vähentäminen - sopeutumiskeinoja ilmastonmuutokseen Projektin johtaja 4. Sosioekonomiset vaikutukset Osatehtävät 5. Tiedotus Kari-Matti Vuori, Suomen ympäristökeskus SYKE kari-matti.vuori@ymparisto.fi 1. Kartoitus ja riskiluokittelu Peter Edén, Geologinen tutkimuskeskus GTK peter.eden@gtk.fi 2. Vaikutukset ekologiseen tilaan ja kalakantoihin Kari-Matti Vuori, Suomen ympäristökeskus SYKE kari-matti.vuori@ymparisto.fi Heli Saarikoski, Suomen ympäristökeskus SYKE heli.saarikoski@ymparisto.fi Juha Riihimäki, Suomen ympäristökeskus SYKE juha.riihimaki@ymparisto.fi 6. Projektin hallinto Kari-Matti Vuori, Suomen ympäristökeskus SYKE kari-matti.vuori@ymparisto.fi 3. Haittojen vähentämismenetelmät Jaana Uusi-Kämppä, Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus MTT jaana.uusi-kamppa@mtt.fi 13
www.ymparisto.fi/syke/catermass Sisältö: Juha Riihimäki, Peter Edén, Jaana Uusi Kämppä, Matti Leppänen, Anna Karjalainen, Sirkka Tattari, Maiju Kosunen, Heli Saarikoski Kuva (etukansi): Panu Orell Kuvat (takakansi): Rainer Rosendahl, Mika Visuri, Jaana Wallin CATERMASS LIFE08 ENV/FIN/000609