Iisalmen alueen luontaisen rehevyyden mallintaminen kohdennetulla piileväsiirtofunktiolla Tammelin, M. & Kauppila, T. Mallinnusseminaari 1.4.2014
JOHDANTO Väitöskirjatutkimukseni MITÄ? Fosforin luonnonhuuhtouman ja luontaisen kuormituksen mallintaminen MIKSI? Järvien kunnostuksen suunnittelu, investointien kohdentaminen & laatutavoitteiden asettaminen MISSÄ? Iisalmen alueen matalat ja humusrikkaat, poikkeuksellisen rehevät järvet MITEN? Takautuva paleoekologinen mallinnus (Fosforin taustapitoisuudet piileväsiirtofunktiolla) + kuormitusvaste- ja valuma-aluemallinnus
JOHDANTO Piilevät Hyviä ympäristöindikaattoreita! Piikuorinen kasviplankton Eri lajit suosivat erilaisia ympäristöolosuhteita TIEDEKUNTA/LAITOS
JOHDANTO Piilevämallinnus Siirtofunktio Nykyaikainen vedenlaatu Mallin kalibrointidata Nykyaikainen piilevälajisto Siirtofunktio Rekonstruktiot 1. Mallinnettavien järvien valinta 2. Kalibrointiaineiston kerääminen Vedenlaatuaineisto Pintasedimenttinäytteiden piilevälajistokoostumus 3. Siirtofunktion kehittäminen Poikkeavien näytteiden poisto Tarpeelliset datamuunnokset Mallinnettavan muuttujan valinta Tilastollisen menetelmän valinta 4. Fossiilisen aineiston kerääminen Piilevälajistokoostumus syvemmällä sedimentissä 5. Menneiden olosuhteiden rekonstruointi Fossiilinen piilevälajisto 6. Tulosten tulkinta & virhearviointi Malli yksinkertaistaa monimutkaisen vaihtelun
TUTKIMUSALUE Paikallisessa kalibrointiaineistossa 51 näytepistettä Mallijärvet (Pohjois-Savon ELY-keskus 2010)
MALLIN KALIBROINTIAINEISTO - Piilevänäytteet pintasedimenteistä - Vedenlaatuhavaintojen keskiarvot AINEISTO & MENETELMÄT Vedenlaatu- & piileväaineisto Min Md Max TP (µgl -1 ) 7 38 122 TN (µgl -1 ) 311 755 1395 EC (msm -1 ) 2.3 3.7 12 ph 6.1 6.7 7.4 Väri (mg Ptl -1 ) 24 118 323 Keskisyvyys (m) 1.0 3.2 8.7 Klorofylli-a (µgl -1 ) 3.8 26 108 Näkösyvyys (m) 0.6 1.1 3.6 Korkeus (mmy) 82 103 122 Pinta-ala (km 2 ) 0.1 2.4 114 FOSSIILINEN PIILEVÄAINEISTO Valittu kairatuista sedimenttinäytteistä magneettisen suskeptibiliteetin vaihtelun perusteella (syvyyksiltä 45-145 cm) TP = kokonaisfosfori TN = kokonaistyppi EC = sähkönjohtavuus
AINEISTO & MENETELMÄT Numeeriset menetelmät (1) CANONICAL CORRESPONDENCE ANALYSIS (CCA) Mallinnettavan muuttujan valinta - Mitkä muuttujat vaikuttavat eniten piilevälajistoon? - Ovatko niiden lajistosignaalit itsenäisiä? Kalibrointiaineisto mahdollistaa kokonaisfosforin mallinnuksen Sekundääristen ympäristösignaalien häiritsevä vaikutus otettava huomioon mallinnustuloksia tulkittaessa Akseli 1 Suurimman vaihtelun suunta piileväaineistossa Nuolen pituus Signaalin voimakkuus
AINEISTO & MENETELMÄT Numeeriset menetelmät (2) WEIGHTED AVERAGING PARTIAL LEAST SQUARES (WA-PLS) REGRESSION Piilevämallinnus - 50 näytepistettä (1 lajistoltaan poikkeava alhaisen ph:n näyte poistettu) - Piileväaineisto (110 lajia) neliöjuurimuunnettu, ympäristöaineisto log-muunnettu R 2 jack = 0.82 RMSEP jack = 0.15 µgl -1 GOODNESS-OF-FIT (CCA) Mallin sopivuus näytteille - Modernien ja fossiilisten näytteiden residuaalietäisyyksien (TP-akselista) vertailu
TULOKSET Lajistomuutos FOSSIILISET NÄYTTEET Aulacoseira ambigua Vähäravinteisen veden lajit Merkkejä rehevöitymisestä - Lajistodiversiteetti pienentynyt Rehevän veden lajit Matalan veden lajit 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 20 40 PINTA- NÄYTTEET - Vähäravinteisten vesien lajit vähentyneet, rehevät lajit (vars. A. Ambigua) lisääntyneet
Goodness-of-fit TULOKSET TP-rekonstruktiot Kiuruveden alueella Huomattavaa ihmisperäistä rehevöitymistä (>10 µgl-1) Iisalmen reitin ympäristössä Poikkeuksellisen korkea luontainen TP (30-60 µgl-1) Magneettinen suskeptibiliteetti vaikeasti tulkittavissa
JOHTOPÄÄTÖKSET Luontainen rehevyys Luontaisesti erittäin rehevät järvet (>30 µgl -1 ) Ihmisperäinen rehevöityminen voimakasta Kiuruveden alueella (+ Kirmanjärvi, Tismiö & Korppinen) Luontaisesti rehevät järvet (20-30 µgl -1 ) Luontainen rehevyys aiempaa luultua merkittävämpää Iisalmen reitin ympäristössä Siilinjärven apatiittimalmi Jäätikön sulamissuunta Hienoainesmoreeni Luontaisesti vähäravinteisemmat järvet (<20 µgl -1 )
JATKOSUUNNITELMAT Fosforin taustahuuhtouma Fosforin taustahuuhtouman/kuormituksen osuuden selvittäminen kokonaishuuhtoumasta/kuormituksesta Yhteistyössä MTT:n sisävesien ravinnekuormitusta tutkivan Fokus II hankkeen kanssa