Vesirutto Littoistenjärvessä kolmen vuosikymmenen opetuksia Jouko Sarvala Turun yliopiston biologian laitos Vesistökunnostusverkoston seminaari 16.8.2013 Teemaryhmä 1: Järvien uposkasviongelmat ratkaistavissa vai ei?
Uposkasveista on viime vuosina tullut ongelma monissa vesistöissä Kanadanvesirutto (Elodea canadensis) on yksi pahamaineisimpia tulokkaita Tuotiin Helsingin yliopiston kasvitieteelliseen puutarhaan vuonna 1884, levisi ja vakiintui nopeasti eteläiseen osaan maata Viime vuosina alue taas laajentunut - uusin aluevaltaus Koillismaan järvet vuodesta 1999 alkaen
Tuulen rantaan ajamaa vesiruttoa Kuusamon Pikku Porontimajärvessä 5.6.2013 Kuva: Jouko Sarvala
Vesiruton ominaispiirteitä Rentovartinen uposkasvi Heikot juuret, voi kasvaa myös vapaasti kelluvana Meillä vain emikasveja, lisääntyy versonpaloista Talvehtii vihreänä ja yhteyttämisvalmiina Voi kasvaa ainakin parimetriseksi Kukkaversot nousevat veden pinnalle Viihtyy pehmeillä pohjilla järvissä tai hitaasti virtaavissa vesissä 1-4 m:n syvyydellä Suosii neutraaleja tai emäksisiä olosuhteita Tiheät kasvustot haittaavat muita kasveja ja vesien kaikkea käyttöä ja muuttavat koko ekosysteemiä
Kaarinan ja Liedon rajalla sijaitseva Littoistenjärvi tarjoaa kiinnostavaa tietoa vesiruton esiintymisestä järven uposkasvillisuutta on seurattu lähes 30 vuoden ajan, ja järven ekosysteemistä on monipuoliset tiedot vielä pitemmältä ajalta Kuva: Jouko Sarvala
Littoistenjärven uposkasvien biomassaa on tutkittu vuosittain kymmeneltä rantalinjalta ja kymmenestä ulappapisteestä sukeltamalla Lisäksi vesikemia, kasvi- ja eläinplankton 1-2 viikon välein; koekalastus vuosittain, pohjaeläimet muutaman vuoden välein Rantalinjat (I-X), ulappapisteet (1-10) ja harauslinjat (A-E) Littoistenjärvessä.
Littoistenjärven yleispiirteet 1 pinta-ala 150 ha valuma-alue 3 km 2 suurin syvyys 3 m keskisyvyys 2,2 m rantaviivaa 6 km veden viipymä 1,8 v vedenottovesistö 1971-1998 paljon tutkimustietoa: Wahlberg 1913 Rautanen ym. 1985 Sarvala & Perttula 1994 Sarvala ym. 1996, 1997, 1998, 2000, 2002, 2009 Sarvala 2005, 2013
Littoistenjärven yleispiirteet 2 vedenlaatumuuttujien kesäkeskiarvot (1983-2012) kertovat vähintään mesotrofisesta järvestä: kokonaisfosfori 20-124 mg m -3 kokonaistyppi 370-1490 mg m -3 klorofylli 4-70 mg m -3 kasviplanktonbiomassa 0,6-10,8 g m -3 äyriäisplanktonin biomassa 10-270 mgc m -3 kalabiomassa 40-80 kg ha -1 Vedenlaadun vaihteluväli on huikea Kuvat: Kristiina Vuorio ja Jouko Sarvala
Littoistenjärven vesikasvillisuus pysyi jokseenkin samanlaisena 1900-luvun alusta 1980-luvulle saakka Kuva: Jouko Sarvala
Vesirutto ilmaantui järveen 1960-luvulla mutta runsastui vasta 1980-luvulla: se valtasi koko järven ensi kertaa 1986 Kuva: Jouko Sarvala
Vesiruton määrä vaihteli voimakkaasti 5-7 vuoden jaksoissa, ja kannan romahtaessa versoja ajautui tonneittain rannoille Massaesiintymiä on ollut tähän mennessä 1986-1987, 1991-1992 ja 1996-1998) Kuva: Jouko Sarvala
Välivuosina vesi oli kirkasta ja ravinteita vedessä vähän. Tiheät kasvustot haittasivat virkistyskäyttöä, ja lisäksi uposkasvien kannanromahdusten yhteydessä fosforitaso nousi ja kasviplanktonin massaesiintymiä kehittyi. Vesiruton massaesiintymät aiheuttivat myös happivajetta jään alla talvella. Happikato vältettiin ilmastuksella, mutta tämä myös helpotti vesiruton talvehtimista ja kärjisti uposkasviongelmaa.
Vesiruton kannanvaihtelun tahdissa Littoistenjärvi oli vuoroin kirkas ja hyväkuntoinen... Kuva: Jouko Sarvala
...vuoroin samea ja rehevä, joskus jopa todellista leväpuuroa! Kuva: Jouko Sarvala
Muutokset olivat nopeita: vesiruton toisen kannanromahduksen jälkeen kesällä 1992 järvi oli hyvin samea Kuva Littoistenjärven säännöstely-yhtiö 16
Mutta jo seuraavan talven jälkeen vesi oli kirkasta, näkösyvyys pohjaan asti melkein koko järvessä Kuva: Ilmo Sivuranta 17
Uposkasvien biomassa (kuivamassa-g m -2 ) Elokuun ph Seurannan aikana on koettu kolme uposkasvien biomassahuippua (1986, 1991 ja 1998). Huippuvuosia on seurannut vähintään kolmen vuoden pituinen jakso, jolloin vesiruttoa on ollut vähän. 400 300 200 100 0 Elodea Ceratophyllum Muut uposkasvit Elokuun ph 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 Vuosi 10 9 8 7 6
Elodea hallitsee järven fosforitasetta (kg P) Ulkoinen kuormitus maalta ja ilmasta (a -1 ) 118 Fosforivarasto vedessä talvella 59-370 kesällä 65-406 Fosforivarasto kaloissa 115 Fosforivarasto Elodeassa (100-) 1300-3000 Sedimentin ylin 5 cm, helppoliukoinen P 3225 Lähde: Sarvala 2005, 2013
Littoistenjärvessä vesiruttoon oli huippubiomassan aikaan sitoutuneena 30-50- kertainen määrä fosforia veden varastoon tai vuotuiseen ulkoiseen kuormitukseen verrattuna Kannan romahdusvaiheessa veteen vapautui suuria määriä fosforia, joka oli alkuaan peräisin pohjaliejusta
Elokuun ph Vesiruton biomassahuiput oli tunnistettavissa veden ph:n luonteenomaisesta kehityksestä Uposkasvien biomassa (kuivamassa-g m -2 ) 400 300 200 100 0 Elodea Ceratophyllum Muut uposkasvit Elokuun ph 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 Vuosi 10 9 8 7 6
ph Kun uposkasveja oli vähän, Littoistenjärven ph pysyi alhaisena. Uposkasvien lisääntyessä ph nousi vähitellen hyvin korkeaksi (jopa >10). 10 Elodean kannanromahdus Elodea-romahdus 9 8 7 6 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 199922 Year
Korkea ph vaikuttaa moneen asiaan hyvin tiheän kasvillisuuden joukossa on päivisin korkea ph ja happea ylikyllästeisyyteen saakka, mutta yöllä ph laskee ja happi saattaa kulua pohjan pinnasta loppuun, jolloin fosforia pääsee veteen kun ph ylittää noin 9, fosforia alkaa liueta pohjaliejusta myös hapekkaissa oloissa, ja seurauksena voi olla syanobakteerikukintoja voimakkaasti heilahtelevat ympäristöolot haittaavat monia eläimiä, etenkin äyriäisiä ja kaloja.
Total phosphorus (mg m -3 ) Fosforitaso nousi sekä vesiruton romahdusten yhteydessä että myös huippubiomassan aikaan Littoistenjärvi 200 100 Elodea ottaa fosforia myös vedestä kilpaillen siten suoraan kasviplanktonin kanssa Kirkkaan veden kausina epifyytit voimistavat ravinnekilpailua entisestään 50 0 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 Year 24
Total nitrogen (mg m -3 ) Kokonaistypen pitoisuudet seurasivat typpeä sitovien syanobakteerien määrää Littoistenjärvi 2000 1500 500 0 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 Year 25
Ei siis ole ihme, että vesiruton kannanvaihtelu näkyy veden ravinteisuudessa ja klorofyllissa ja koko ekosysteemissä Uposkasvien biomassa (kuivamassa-g m -2 ) Klorofylli ja fosfori (mg m -3 ) 400 300 200 100 0 Vesirutto Karvalehti Muut uposkasvit Klorofylli Kokonaisfosfori 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 Vuosi 120 80 40 0
Biomass (g m -3 fresh mass) Biomass (g m -3 fresh mass) Syanobakteerikukintoja oli vesiruton romahdusvuosina mutta myös huippuvuosina 50 40 20 10 Cyanophyceae Chlorophyceae- ja Euglenophyceaelevät olivat runsaita vesiruton romahdusvuosina 0 8 6 4 2 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 Year Chlorophyceae 0 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 Year 27
Biomass (mg C m -3 ) Biomass (mg C m -3 ) Biomass (mg C m -3 ) 150 Herbivorous Calanoida Mainly Eudiaptomus graciloides Vesiruton kannanvaihtelu vaikutti myös eläinplanktoniin Keijuhankajalkaiset jokseenkin puuttuivat samean veden vuosina. Kyklooppiäyriäisiä ja pieniä vesikirppuja oli paljon vesiruton romahdusvuosina. 100 50 0 150 100 50 0 150 100 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 Year Predatory Cyclopoida 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 Year Small Cladocera Mainly Mesocyclops leuckarti Mainly Bosmina longirostris, Chydorus sphaericus 50 0 28 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 Year
Fresh biomass (g m -2 ) Pohjaeläimistö taantui vesiruttokaudella pohjan happiolojen heikennyttyä. Myöhemmin 2000-luvulla vaikutti myös pohjaeläimiä syövän kalaston (lahna, kiiski) vahvistuminen. Macrozoobenthos 1983-2004 200 150 100 50 0 1985 1990 1995 2000 Year 29
Kaloista särki hyötyi uposkasvien runsaudesta (1994-1998), mutta ahven taantui. Hauki pysyi runsaana. Vesilinnut runsastuivat vesiruton huippuvuosina. CPUE (g gillnet night -1 ) 4000 3000 2000 1000 Roach Perch Pike Bream Others 0 Sarvala 2005 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 30 2002 Year
Vesirutto-ongelmaan tartuttiin - vedenottovesistöä oli hoidettava! Uposkasvien mekaanista poistoa kokeiltiin Littoistenjärvessä 1990-luvulla useana vuonna Poistomäärät olivat huomattavia, 306 700 tonnia vuodessa Tästä toiminnasta oli kuitenkin luovuttava, koska poisto kiihdytti jäljelle jäävien kasvien kasvua. 31
Aluksi paikalliset asukkaat keräsivät vesiruttoa kasoihin pois kuljetettavaksi. Myöhemmin käytettiin uposkasvien poistoon varta vasten suunniteltua keräävää niittokonetta (RS Harvester) Kuva Reijo Talvitie 1992 32
RS Harvester työssä Littoistenjärvellä 2.7.1998 Valokuvat: Jouko Sarvala
Plant biomass (dry mass g m -2 ) Edes >50 %:n poisto ei estänyt vesiruttoa runsastumasta silloin kun populaatio oli kasvuvaiheessa kiihtynyt kasvu kompensoi poistot jo saman kesän aikana 400 300 200 100 Submerged plant biomass Removed biomass 0 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 Year 34
Kasvunopeus (vrk -1 ) Vesiruton kasvunopeus kesän aikana on kääntäen verrannollinen kasvustojen tiheyteen keväällä. Kasvu käytännössä pysähtyy, kun vesiruton kuivabiomassa ylittää 200-300 g m -2. 0.10 1996-1998 Regressio 1996-1998 1987-1988 0.05 0.00 Sarvala 2005 0.1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7810 2 3 4 5 6 7 100 2 3 4 5 6 71000 Alkubiomassa (kuiva-g m -2 )
Yllätysratkaisu ongelma ohi toistaiseksi Littoistenjärvessä uposkasviongelmasta päästiin vedenoton päätyttyä. Talven 1998 1999 happikato romahdutti vesiruton, joka on siitä lähtien pysynyt niukkana, kun keskivedenkorkeus nousi ja vesi jäi sameaksi. Jääpeitteisenä kautena pohjan lähelle syntyy kuitenkin happivajetta, joka huonontaa sedimentin kuntoa, ja sisäinen kuormitus on voimistunut Vesirutto-ongelman tilalle onkin saatu samea vesi ja jatkuvat syanobakteerikukinnat
Kokonaisfosfori (mg m -3 ) Järven kehitys näkyy hyvin veden fosforitason pitkäaikaisista muutoksista 250 200 150 100 50 0 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Vuosi
Kokonaisfosfori / Klorofylli (mg m-3) Veden fosforitaso on noussut jyrkästi vesiruttokauden jälkeen ja vastaavasti veden laatu on huonontunut (klorofyllitaso noussut) Kokonaisfosfori Klorofylli 100 50 Ennustettu fosforitaso 0 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Vuosi
Kokonaisfosfori / Klorofylli (mg m-3) Näkösyvyys (m) Klorofyllin noustessa näkösyvyys on heikentynyt, alimmillaan jopa 25 cm:iin, kesän keskiarvonakin 40 cm:iin 120 Kokonaisfosfori Näkösyvyys 2.5 2.0 80 1.5 1.0 40 0.5 0.0 0 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Vuosi
Pohjan perustuotanto (% koko järven tuotannosta) Ilmiö ei ole uusi: pohjakasvien ja kasviplanktonin tuotannot ovat matalissa järvissä käänteisessä suhteessa Kansainvälinen järviaineisto Kalff 2002 (aineisto Vadeboncoeur & Vander Zanden) Kasviplanktontuotanto (g C m -2 a -1 )
Klorofylli (mg m -3 ) Klorofylli-fosforisuhde osoittaa miten ratkaisevasti vesiruton kannanvaihtelu Klorofylli vaikutti vs. koko fosfori ekosysteemin 1978-2012 toimintaan 100 8 7 6 5 4 3 Pienet vesikirput Isot vesikirput Littoistenjärvi Uposkasvien romahdusvuodet 1992 2005 2006 2007 2011 2008 2012 2010 2 10 8 7 6 5 4 3 1995 2000 1990 1987 1981 1978 2009 1999 Vuodet ennen vesiruttoa ja ilmastusta 2 1 Uposkasvihuippujen välisiä vuosia 10 2 3 4 5 6 7 8 9 100 Kokonaisfosfori (mg m -3 )
Opetus: uposkasvien esiintymistä on vaikea säädellä Uposkasvien mekaaninen poisto oli kustannuksiltaan kohtuullinen, mutta kokemukset tuloksista olivat yksiselitteisen kielteiset Vesiruton ja karvalehden tyyppisten kasvien kannanvaihteluun ei kyetä mainittavasti vaikuttamaan millään niitto- tai keräyslaitteistoilla Kasvimassan poisto vain kiihdyttää jäljelle jäävän biomassan kasvunopeutta ja edistää kasvien leviämistä vesistössä (kasvu jatkuu pienistäkin versonpätkistä) Mekaaninen poisto tulee kysymykseen vain paikallisesti esimerkiksi uimarantojen avaamiseksi
Uposkasvien poisto voi olla toivottavaa järven virkistyskäytön kannalta, mutta veden laadun kannalta se voi olla haitallista Kohtuullinen määrä uposkasveja kirkastaa veden, mutta liiallinen kasvillisuus heikentää vedenlaatua ja nopeuttaa vesistön umpeenkasvua Kirkas vesi puolestaan on uposkasvien menestymisen edellytys vähänkin syvemmillä alueilla Uposkasvien runsastuminen luo siten itseään vahvistavan kehän (kirkas vesi enemmän uposkasveja kirkkaampi vesi) Kirkkaan veden olosuhteissa uposkasvit lopulta täyttävät matalat alueet kokonaan Massaesiintymiä seuraa kuitenkin väistämättä kannan romahdus, ja kasvillisuuden kehitys matalissa järvissä on yleisesti jaksottaista
Littoistenjärven kokemukset pähkinänkuoressa Kohtuullinen uposkasvien määrä pitää veden laadun erinomaisena Liiallinen uposkasvien määrä nostaa ph:n erittäin korkeaksi, fosforia liukenee pohjaliejusta veteen, ja syanobakteerikukintojen todennäköisyys kasvaa; pohjaeläimistö, äyriäisplankton ja kalasto kärsivät Vesiruton ajoittaiset kannanromahdukset nostavat myös fosforitason korkeaksi ja johtavat kasviplanktonin massaesiintymiin - vaikutukset heijastuvat koko ekosysteemiin Toisaalta uposkasvien häviäminen johtaa sameaan, kasviplanktonvaltaiseen tilaan
Entä hoitomahdollisuudet? Mekaaninen poisto laajassa mitassa ei hyödytä Lyhyet jäätalvet ja mahdollinen talvinen ilmastus edistävät vesiruton massaesiintymien kehitystä Ilmastuksen rytmityksellä ehkä mahdollista ainakin lieventää tätä ongelmaa SUMMA SUMMARUM: Vesiruton kanssa on vain opittava elämään 45
Littoistenjärvi ongelmistaan huolimatta yhä luonnonhelmi urbaanin ympäristön laidalla Valokuva: Jouko Sarvala 6.8.2006 46 Kuva: Jouko Sarvala