Seinäjoen Hangasnevan maaperän happamoitumistutkimus Olli-Pekka Siira Tutkimusraportti 57. Luonto-osuuskunta Aapa, 2009. Kuva 1. Hangasnevan GTK:n tutkimuslinjat ja mittauspisteet sekä maaperänäytteiden ottopaikat (N1-N10).
Johdanto Seinäjoen Hangasnevan turvetuotantohankealueen maaperän mahdollinen happamoituminen selvitettiin käytännön maasto- ja laboratoriotutkimuksen avulla. Näytteiden hausta vastasi erikoissuunnittelija FK geologi Seppo Mäkäräinen ja laboratorioanalyyseistä FM geologi Olli- Pekka Siira. Seinäjoen Hangasnevan turpeen alaisen kivennäismaan pinta on korkeudella 37 39 m mpy. Kivennäismaaperä viettää etelästä pohjoiseen siten, että pohjoispääty on keskimäärin noin metrin eteläpäätyä alempana. Kivennäismaa on GTK:n tutkimuksen perusteella kauttaaltaan savea (Mäkäräinen 2009). Maankohoamisen nopeudesta arvioiden Hangasnevan suon pohja on kohonnut merestä noin 4500 vuotta sitten. Pohjolassa vallitsi silloin Subboreaalikausi ja Itämeri oli nykyistä suolaisemmassa ja ravinteisemmassa ns. Litorina-merivaiheessa (ks. Siira 1998). Myöhäisempien vaiheiden litorinasedimentit ovat ulkonäöltään mustia, rikkiyhdisteitä sisältäviä sulfidisavia, joiden tiedetään happamoituvan voimakkaasti, kun sedimentin rikkiyhdisteet hapettuvat ja muodostavat rikkihappoa. Hangasnevan sedimenttien happamuus ja happamoitumisominaisuudet selvitettiin phmittausten avulla. Samalla mitattiin sedimentin sähkönjohtokyky, mikä antaa viitteitä ravinteisuudesta ja sitä kautta mahdollisesta sedimenttien huuhtoutumisen aiheuttamasta ravinnekuormituksesta. Aineisto ja menetelmät Maastotyöt Happamoitumisriskin selvittämistä varten Seinäjoen Hangasnevalta haettiin maaperänäytteet 8.- 9.9.2009 (kuva 8.1.). Näytteet otettiin kattavasti hankealueelta kymmenestä pisteestä. Kustakin pisteestä näytteet otettiin kahdelta syvyydeltä 1. turvekerroksen ja kivennäismaan rajapinnasta, 2. turvekerroksen alaisesta kivennäismaasta n 50 cm syvyydeltä. Näytteet pakattiin välittömästi maastossa ilmatiiviisiin muovipusseihin ja toimitettiin kylmälaukussa laboratorioon analysoitaviksi. Näytemäärä oli yhteensä 20 kpl. Laboratorioanalyysit Laboratoriossa tehtiin kustakin näytepussista kaksi rinnakkaisnäytettä. Uutossuhde oli 10 ml näytettä + 90 ml deionisoitua vettä (sähkönjohtokyky 0 µs/cm) ts. 1:10. Toinen näyte mitattiin heti tuoreeltaan ja toisen annettiin kuivua ja hapettua ilmassa. Kuivatus avonaisessa astiassa lämpökaapissa 60 ºC 24 h. Kummastakin uutetusta näytteestä tehtiin kaksi mittausta. Happamuuden ja sähkönjohtokyvyn mittauksia tehtiin kustakin näytteestä neljä kertaa. Mittaus 1. tuorenäytteestä 2 h uutosajan jälkeen Mittaus 2. tuorenäytteestä 24 h uutosajan jälkeen Mittaus 3. kuivatetusta näytteestä 1 h uutosajan jälkeen Mittaus 4. kuivatetusta näytteestä 3 h uutosajan jälkeen 2
Mittaukset suoritettiin Oulun yliopiston kasviekologian laboratoriossa WTW MultiLine P4 mittarilla 10.-11.9.2009. Tulokset 8 7 6 5 4 3 2 1 0 mittaus 1 tuore mittaus 2 tuore mittaus 3 kuivatettu mittaus 4 kuivatettu 1.1. 1.2. 2.1. 2.2. 3.1. 4.1. 4.2. 5.1. 5.2. 6.1. 6.2. 7.1. 7.2. 8.1. 9.1. 9.2. 10.1. 10.2. HP HP HP HP HP HP HP HP HP HP HP HP HP HP HP HP HP HP Kuva 2. Hangasnevan pohjasedimenttinäytteiden ph:n mittaukset. 350 300 250 200 150 100 50 mittaus 1 tuore mittaus 2 tuore mittaus 3 kuivatettu mittaus 4 kuivatettu 0 1.1. 1.2. 2.1. 2.2. 3.1. 4.1. 4.2. 5.1. 5.2. 6.1. 6.2. 7.1. 7.2. 8.1. 9.1. 9.2. 10.1. 10.2. HP HP HP HP HP HP HP HP HP HP HP HP HP HP HP HP HP HP Kuva 3. Hangasnevan pohjasedimenttinäytteiden sähkönjohtokyvyn mittaukset. 3
Tulosten tarkastelu Hangasnevan sedimentit ovat harmaita laihahkoja savia. Ne ovat peräisin Litorina-kauden keskivaiheilta. Happamoituminen ei ole niin voimakasta kuin on havaittu mustien sulfidisavien osalta. Tuoresedimentin happamuus oli lähellä neutraalia ph: 6-7. Kuivatettuna hapettuessaan sedimentit happamoituivat noin kaksi ph-yksikkö. Ne asettuivat tasolle ph: 4,5-5,5. Tulosten yhteistarkastelussa jouduttiin hylkäämään kaavioista näytteet 3.1. ja 8.2. Pisteestä 3.1. näyteainesta oli liian vähän, jotta olisi saatu tehtyä kaikki uutossarjat. Näyte 8.2 jouduttiin hylkäämään mahdollisen mittauksessa tapahtuneen kontaminaation vuoksi, sillä tulokset olivat selvästi muista poikkeavia. Happamuus ja sähkönjohtokyky mitattiin 18 näytteestä, mikä antoi kuitenkin kattavan kuvan koko hankealueen maaperästä. Peltoviljelyä ajatellen viljavuusluokaltaan happamoitunut savimaa on huonoa tai huononlaista (ks. Viljavuuspalvelu, 2008). Sen sijaan turvemaana, mikäli suon alainen kivennäismaa ei ole alttiina hapettumiselle, Hangasnevan suonpohja on viljavuusluokitukseltaan ph:n suhteen hyvä tai jopa korkea. Taulukko 8.1: Maaperän viljavuusluokat happamuuden perusteella luokiteltuina. vm = vähämultava, m=multava, rm_runsasmultainen, erm=erittäin runsasmultainen (ks. Viljavuuspalvelu, 2008). ph VILJAVUUSLUOKKA Maan Multa- Huono Huononlainen Välttävä Tyydyttävä Hyvä Korkea ominaisuus vuus ja maalajiryhmä - savimaat vm 5,4 5,8 6,3 6,7 7,2 7,6 - karkeat kivennäismaat m 5,2 5,6 6,0 6,4 6,9 7,3 rm 5,0 5,4 5,8 6,2 6,6 7,0 erm 4,8 5,2 5,6 6,0 6,4 6,8 vm 5,1 5,5 5,9 6,3 6,7 7,1 m 5,0 5,4 5,8 6,2 6,6 7,0 rm 4,9 5,3 5,7 6,1 6,5 6,9 erm 4,7 5,1 5,5 5,9 6,3 6,7 - multamaat 4,6 5,0 5,4 5,8 6,2 6,6 - turvemaat 4,4 4,8 5,2 5,6 6,0 6,4 Sähkönjohtokyky on suoraan verrannollinen vapaiden varaustenkuljettajien, eli käytännössä kivennäissuolojen ionien, määrään. Mitä korkeampi sähkönjohtokyky sitä enemmän näytteessä on ioneja. Viljavuustutkimuksissa (ks. Viljavuuspalvelu, 2008) käytetään suuretta johtoluku, joka saadaan sähkönjohtokyvystä kertomalla mittaustulos 10:llä. Johtoluvun yksikkö on siten = 0,1*mS/cm. Hangasnevan maaperänäytteistä mitattiin maksimissaan noin 300 µs/cm sähkönjohtokyky, joka muutettuna johtoluvuksi vastaa arvoa 3. Tavallisissa peltomaissa johtoluku on yleensä alle 2,5. Yli 10 olevia johtoluvun lukuarvoja pidetään arveluttavan korkeina. 4
Viljavuuspalvelun menetelmässä uutossuhde on 1:2,5 (tässä 1:10) joten tulokset eivät täysin ole vertailukelpoisia. Metsäpuiden taimien kasvualustan ohjearvot kasvatuskauden aikana ovat Viljavuuspalvelun (1996) mukaan: - kivennäismaille ph: 4,7 5,7 - turvemaille ph: 4,5 5,5 Metsäpuiden kasvualustana Hangasnevan suon pohja vaikuttaisi olevan ph:n suhteen sopiva happamoituneenakin, mikäli turvetta on riittävästi. Kivennäismaana savi on vettä huonosti läpäisevää. Luontaisesti alueelle pyrkisi kertymään vettä ja alueelle muodostuisi soistuva allas, mikä haittaa puiden kasvua. Veden normaali ph on lähellä neutraalia (ph = 7,0). Luonnonvesien eliöstö on sopeutunut elämään ph-alueella 6,0-8,0. Suomen vesistöt ovat lievästi happamia vesien luontaisesta humuskuormituksesta johtuen (ph yleensä 6,5-6,8). Viljavuuspalvelun (Tikka, 2008) mukaan happamoituneen vesistön ph on alle 5,3. Humusjärviin voidaan soveltaa esim. seuraavanlaista luokitusta: Taulukko 8.2: Humusjärvien laatuluokitus ph:n perusteella (ks. Tikka, 2008). ph < 5 5,1-5,6 >5,6 >5,6 Alkalin.mmol/l < 0,05 < 0,05 < 0,1 > 0,1 Väri < 20 mgpt/l - huono välttävä tyydyttävä 25-40 mgpt/l huono välttävä tyydyttävä tyydyttävä > 45 mgpt/l välttävä tyydyttävä tyydyttävä hyvä Happamilla sedimenteillä on suora yhteys valuma-alueen veden happamoitumiseen, joka on todettu esimerkiksi Limingan Hirvinevan tekojärvien tutkimuksissa (Siira 2001). Tutkimuksissa havaittiin myös, että maaperän ja veden puskuroitumisreaktioiden ansiosta happamuus väheni merkittävästi kolmen vuoden kuluttua tekojärven rakentamisesta. Hangasnevan pohjasedimentin altistumien hapettumiselle ja happamien ainesten huuhtoutuminen valuma-alueensa vesistöön tulisi aiheuttamaan happamoitumispiikin paikallisesti. Veden ph tulisi olemaan happamien sedimenttien vaikutuksesta teoriassa minimissään 4,5. Käytännössä luonnon omat puskuroitumismekanismit hillitsevät vesiekosysteemin happamoitumista. Huomioitavaa on myös ravinteiden liukeneminen, joka näkyi maaperänäytteiden sähkönjohtokyvyn nousemisena kun uutosaikaa pidennettiin. 5
Johtopäätökset 1. Hangasnevan suon pohjan turpeen alainen kivennäismaa koostuu savisedimenteistä. Savet ovat ulkonäöltään harmaita ja peräisin varhaiselta Litorina-kaudelta. Savissa havaittiin happamoitumista kun niiden annettiin hapettua ilmassa. Tuoresedimentin happamuus oli lähellä neutraalia ph: 6-7. Sedimentit happamoituivat hapettuessaan noin kaksi ph-yksikköä ja asettuivat tasolle ph: 4,5-5,5. 2. Mahdollisessa turvetuotannossa on huomioitava vesistön happamoitumisriski ja ravinnekuormitus, kun turvetuotannon ojitussyvyys ulotetaan kivennäismaahan saakka. 3. Maaperän rakenteen, hydrologisen ja ekologisen tulkinnan sekä maaperän ph:n ja sähkönjohtokyvyn mittausten avulla tehtyjen päätelmien perusteella suonpohjan uusiokäyttömuotoina mahdollisen turvetuotannon jälkeen voidaan pitää vaihtoehtoina esimerkiksi: a) tekojärven rakentamista, b) metsänkasvatusta ja c) suonpohjan viljelyä. Kaikki uusiokäyttömuodot vaatisivat kuitenkin erikoisjärjestelyjä. Viitteet Mäkäräinen S, 2009: Seinäjoen Hangasnevan suunnitelmakartat. Planora Oy 2009. Siira, J. (toim.) 2001: Limingan Hirvinevan turvetuotantoalueen Tekolammen ekologinen tutkimus vuosina 1993-2000. Perämeren tutkimusaseman julkaisuja 15. Oulun yliopisto, Oulu 2001. Siira, O-P. 1998: Limingan Hirvinevan turvesuon alkuperäinen kehitys ja ominaisuudet tekojärven pohjana. Pro gradu. Oulun yliopisto, geotieteiden laitos. 1998. Tikka, J. 2008: Vesianalyysien tulkinta. Viljavuuspalvelu Oy. http://209.85.135.132/search?q=cache:lrqqukh6trsj:www.viljavuuspalvelu.fi/savolab/user_files/ files/vedenlaadun%2520tulkinta.doc+vesi+ph+luokitus&cd=5&hl=fi&ct=clnk&gl=fi&c lient=firefox-a - luettu: 14.10.2009. Viljavuuspalvelu Oy, 1996: Viljavuustutkimuksen tulkinta metsätaimitarhoilla. http://savolab.fi/viljavuuspalvelu/viljavuuspalvelu/index.php?id=2 - luettu 15.10.2009. Viljavuuspalvelu Oy, 2008: Viljavuustutkimuksen tulkinta peltoviljelyssä. http://savolab.fi/viljavuuspalvelu/viljavuuspalvelu/index.php?id=2 - luettu: 15.10.2009. 6