Ilmastonmuutos ja optimaalinen rehevöitymisen torjunta Itämerellä Lassi Ahlvik Kari Hyytiäinen
Ilmastonmuutos ja optimaalinen rehevöitymisen torjunta Itämerellä Lassi Ahlvik, MTT Taloustutkimus Kari Hyytiäinen, Helsingin yliopisto ISSN 2341-9415
Tiivistelmä Tässä työssä tutkitaan taloudellisesti optimaalista kuormitusvähennysten tasoa ja ajoitusta Itämereen, kun ilmastonmuutos vaikuttaa jokikuormiin ja sinilevän kasvuun. Taloudellista tarkastelua varten rakennetaan empiirinen malli, joka kuvaa typpi- ja fosforikuorman vähentämisen kustannukset, levien aiheuttaman haitan sekä meriekosysteemin rehevöitymisen kannalta tärkeimmät biokemialliset prosessit. Ilmastonmuutoksen on arvioitu kasvattavan jokikuormia tulevien vuosikymmenien aikana. Tulostemme mukaan tähän taustakuormituksen kasvuun kannattaa reagoida ennaltaehkäisevästi toimimalla jo ennen ilmastonmuutoksen fysikaalisten vaikutusten alkamista. Typen osalta optimaalinen kuormitusvähennys nousee yli kaksinkertaiseksi ja fosforin osalta se kasvaa noin 50 %. Kun otetaan lisäksi huomioon ilmastonmuutoksen mahdollinen vaikutus sinilevien kasvuun, keskittyy optimipolitiikka fosforikuorman vähentämiseen typen sijaan. Ilmastonmuutos voi kasvattaa Itämeren optimaalisen suojelun vuotuisia kustannuksia noin 600 miljoonasta eurosta jopa lähes kolmeen miljardiin euroon, jollei vesiensuojelun teknologioissa tapahdu kehitystä tulevina vuosikymmeninä.
Johdanto Monissa ympäristöongelmissa, kuten ilmastonmuutoksen torjunnassa ja Itämeren suojelussa, on samanlainen kysymyksenasettelu: kuinka paljon yhteiskunnan tulisi panostaa ympäristön tilan parantamiseen, miten panostukset tulisi kohdentaa eri sektoreille ja toimenpiteille, ja kuinka nopeasti näihin toimenpiteisiin tulisi ryhtyä. Rehevöityminen on ollut viime vuosikymmenet Itämeren suurin ympäristöongelma ja rehevöitymisen torjuntaa on panostettu merkittävästi. Ilmastonmuutos tuo meriensuojelulle ja rehevöitymisen torjunnalle uusia haasteita: lisääntyvien sademäärien arvioidaan kasvattavan rehevöitymisongelmaa (Meier ym. 2011; Hense ym. 2013). Ilmastonmuutoksen vaikutusten ennakointi onkin tärkeää arvioitaessa Itämeren kuormitusvähennysten optimaalista tasoa ja ajoitusta pitkällä aikavälillä. 4 Ilmastonmuutoksen vaikutusta Itämeren rehevöitymiseen on tutkittu useissa luonnontieteellisissä artikkeleissa. Veden lämpötilan kohoamisen, jääpeitteen vähentymisen, kasvaneiden jokikuormien, meren happanemisen sekä suolaisuuden laskun arvioidaan vaikuttavan koko meriekosysteemin toimintaan (Graham 2004; Meier 2006; Neumann 2010; Meier ym. 2011). Grahamin (2004) mukaan ilmastonmuutos kasvattaa talviajan jokien vesikuormia pohjoisella valuma-alueella, mutta vähentää kesäajan sekä eteläisen Itämeren jokikuormia. Kokonaisvesikuorman arvioidaan kasvavan 0-21 %, typpikuorman 9 % ja fosforikuorman 10 % (Meier 2006, Meier ym. 2011). Neumann (2010) on tutkinut ilmastonmuutoksen vaikutusta alueelliseen ilmastomalliin perustuen. Kirjoittajan mukaan ilmastonmuutoksen merkittävin vaikutus Itämeren ekosysteemille aiheutuu kasvaneesta lämpötilasta ja sadannan sekä kasvaneiden jokikuormien vuoksi pienentyneestä suolaisuudesta. Nämä muutokset suosivat sinileviä, joiden kasvukausi pidentyy jopa kuukaudella. Artikkelissa käytetty malli ei kuitenkaan ennustanut typen sidonnan kasvamista. Hense ym. (2013) sitä vastoin osoittivat tarkkapiirteisempää biologis-fysikaalista mallia käyttäen, että takaisinkytkennät huomioon ottaen sinilevän määrä kasvaa jopa 135 % ja typen sidonta myös yli kaksinkertaistuu. Itämeren suojelun taloutta, ja erityisesti rehevöitymisen torjuntaa, on tutkittu aktiivisesti viime vuosikymmenien aikana. Itämeren suojelusopimusten toteuttamisen kustannukset on arvioitu etsimällä kustannustehokkaita toimenpideyhdistelmiä HELCOM:in suojelusopimusten toteuttamiseksi (esim. Gren 1997, Elofsson 2010; Ollikainen ja Honkatukia 2001). Suojelun hyötyjä on arvioitu siirtämällä muutamille maille tehtyjä arvottamistutkimusten tuloksia muihin Itämeren rannikkovaltioihin (esim. Turner ym. 1999). Aikaisemmat, koko Itämerta ja sen valuma-aluetta käsittelevät tutkimukset ovat perustuneet staattisiin malleihin, joiden avulla ei ole voitu huomioida Itämeren suojeluun liittyviä viiveitä ja mahdollisia trendejä, kuten ilmastonmuutosta. Hyytiäinen ym. (2013) sovelsivat dynaamisia ja spatiaalisesti tarkkapiirteisiä malleja rehevöitymisen torjunnan hyödyistä ja kustannuksista, mutta niissäkin kustannustehokas toimenpideyhdistelmä otettiin käyttöön heti tarkastelukauden alusta alkaen. Laukkanen ja Huhtala (2008) ja Laukkanen ym. (2009) ovat optimoineet annettujen resurssien tehokasta jakamista maatalouden ja jätevedenpuhdistuksen tehostamisen kesken Suomenlahdella, ja tarkastelivat myös toimenpiteiden optimaalista ajoitusta. Vastaavia dynaamista optimointia soveltavia malleja ei ole kuitenkaan aiemmin tehty koko Itämeren
laajuisena. Myöskään ilmastonmuutoksen vaikutusta taloudellisesti tehokkaaseen Itämeren suojeluun ei ole tätä ennen tutkittu. Tämän tutkimuksen tavoitteena on esitellä malli, jonka avulla voidaan laskea typen ja fosforin vesistökuormituksen optimaaliset aikaurat erilaisilla oletuksilla ilmastonmuutoksen vaikutuksista valuma-alueiden taustakuormitukseen ja levien kasvuun Itämerellä. Malli kuvaa typen ja fosforin kokonaiskuormituksen Itämereen, ravinteiden vaihdon Pohjanmeren kanssa sekä tärkeimmät biokemialliset prosessit, denitrifikaation, typen sidonnan ja fosforin hautautumisen. Mallin avulla ratkaistaan optimaaliset typpi- ja fosforikuorman vähennystoimenpiteet neljälle eri skenaariolle: a) ilmastonmuutoksella ei ole näkyvää vaikutusta, b) eksogeeninen ilmastonmuutos vaikuttaa jokikuormiin, c) sinilevän kasvuun tai d) molempiin. Mallissa yhdistetään luonnontieteelliset kuvaukset ravinnekuormituksesta ja rehevöitymisestä tietoon Itämeren rannikkovaltioiden asukkaiden ilmaisemista hyödyistä veden laadun parannuksille (Ahtiainen ym. 2013) ja typen ja fosforin kuormitusvähennysten kustannuksista (Ahlvik ym. 2013). Optimointiongelma ratkaistaan numeerisesti dynaamista ohjelmointia käyttäen. 5 Mallin kuvaus Tämän tutkimuksen taloudellinen analyysi perustuu empiirisen taloudellis-ekologiseen mallin, jossa on pyritty ottamaan huomioon meren keskeisimmät luonnontieteelliset prosessit. Mallin rakenne on esitelty kuvassa 1 ja sen parametrit taulukossa 1. Malli on diskreettiaikainen, ja sen aika-askel on yksi vuosi. Koko Itämeri kuvataan yhtenä altaana, ja sen valuma-aluetta käsitellään myös yhtenäisenä yksikkönä. Oletetaan, että on olemassa päätöksentekijä, joka voi kontrolloida sekä typen (n t ) että fosforin (p t ) kuormaa Itämeren valuma-alueelta. Kuormituksen vähentämisestä koituu kustannuksia, mutta toisaalta ravinnekuormien aiheuttamat typpirajoitteisen levän (A t ) ja fosforirajoitteisen sinilevän (C t ) kukinnot aiheuttavat haittaa Itämeren rantavaltioiden ihmisille. Päätöksentekijä minimoi kaikkien Itämeren rantavaltioiden kustannusten ja haitan summaa: missä C t ( n t, p t ) kuvaa ravinteiden vähentämisestä ( n t, p t ) koituvia hyötyjä, Dt (A t,c t ) levästä ja sinilevästä aiheutuvaa haittaa ja r on yhteiskunnan käyttämä diskonttokorko. Kokonaistypen (N t ) ja fosforin (Pt) oletetaan kehittyvät seuraavien liikeyhtälöiden mukaisesti: (1) (2) (3)
missä W N ja W P kuvaavat Pohjanmereltä tulevaa ravinnekuormitusta ja δ N sekä δ P sitä osuutta Itämeren ravinteista, joka poistuu Skagerrakin kautta Pohjanmereen. Näiden lisäksi liikeyhtälöihin vaikuttavat meren biokemialliset prosessit; denitrifikaatio, fosforin hautautuminen meren pohjasedimenttiin sekä typen sidonta. Denitrifikaatiota sekä fosforin hautautumista tapahtuu orgaanisen aineksen mineralisaation yhteydessä. Q kuvaa sedimenttiin päätyvää orgaanisen aineen määrää. Aiemmin on todettu, että levämäärän kasvaessa, ja pohjan happitilanteen heikentyessä, yhä pienempi osuus levän ravinteista poistuu systeemistä näiden prosessien seurauksena (Seitzinger ja Nixon 1985; Lehtoranta ym. 2008). Tätä kuvataan mallissa parametreille α N, α P, β N, β P > 0, jotka ovat kalibroitu vastaamaan meressä havaittuja arvoja (Ahlvik ym. 2013). Typen sidonta puolestaan riippuu lineaarisesti sinilevän määrästä, ja parametri f kuvaa typen sidonnan kautta mereen tulevan leville käyttökelpoisen typen osuutta (Vahtera ym. 2007). 6 Ravinteet N t ja P t aiheuttavat haittaa välillisesti leväkukintojen kautta. Oletetaan, että levän kevätkukinta käyttää kaikki saatavilla olevat ravinteet siihen asti, kun toinen ravinteista alkaa rajoittaa kasvua. Jos typpi on kasvua rajoittavat tekijä, fosforia jää kevätkukinnan jälkeen yli ja muodostuu sinilevää, joka voi sitoa molekulaarista typpeä (N2). Fosforirajoitteisessa tilassa kevätkukinta käyttää käyttökelpoisen fosforin, ja sinileväkukintaa ei muodostu. Levää ja sinilevää muodostuu seuraavien yhtälöiden mukaisesti: (4) (5) (6) missä R kuvaa Redfieldin lukua massoille (R 7,22), parametrit μ N ja μ P kuvaavat leville käyttökelpoisen typen ja fosforin osuuksia, ja ξ on se osuus sinilevästä, joka laskeutuu sedimenttiin yhtä leväkiloa kohden. Huomaa, että A t ja C t :n yksikkönä on niiden sisältämä typpi. Sinilevä on kevyttä, joten se hajoaa suurelta osin jo vedessä ja sen vaikutus sedimenttiin päätyvään orgaanisen ainekseen määrään on pienempi kuin muiden levien (ξ<1) (Heiskanen, 1998). Itämeri on tällä hetkellä Perämerta lukuun ottamatta pääosin typpirajoitteinen, mutta meri on periaatteessa mahdollista ajaa myös fosforirajoitteiseen tilaan typen ja fosforin kuormia säätämällä. Kuva 1. Dynaamisen mallin rakenne
Työssä käytetty kustannusfunktio perustuu oletukseen siitä, että Itämeren rantavaltiot toteuttavat kuormitusvähennystoimenpiteet kustannustehokkaasti eri maiden ja altaiden välillä. Itämeren valuma-aluetta käsitellään yhtenä kokonaisuutena, joten kuormitusvähennysten paikallisia vaikutuksia ei oteta huomioon. Kustannusfunktio kuvataan tehokkaana pintana typen ja fosforin kuormitusvähennyksistä, ja se perustuu aiempaan tarkkapiirteisempään malliin, joka sisältää kymmenen eri maatalouden ja pistekuormittajien toimenpidettä 23 eri valuma-alueella 1 (Ahlvik ym., 2013): 7 Mallin parametrit ω i esitetään taulukossa 1. Funktion eksponentiaaliset termit kuvaavat hyvin kalliita toimenpiteitä, kuten eläinmäärien vähentämistä, jotka otetaan käyttöön vain kun tavoitellaan hyvin korkeita kuormitusvähennyksiä. Haittafunktio on oletettu kvadraattiseksi: Funktio perustuu Itämeren rannikkovaltioiden ihmisten ilmoittamiin maksuhalukkuuksiin ehdollisen arvottamisen menetelmää käyttäen (Ahtiainen ym. 2013). Parametrit γ i on estimoitu sovittamalla toisen asteen yhtälö maksuhalukkuuteen Itämeren suojelun toimintaohjelman kokonaisesta tai osittaisesta toteuttamisesta, ja ne on esitelty taulukossa 1. Estimoinnissa on oletettu, että ihmisten kokemat haitat levämäärästä (heikentynyt näkösyvyys, hapettomat pohjat) ja haitat sinilevästä (vähentyneet virkistyskäyttömahdollisuudet) ovat separoituvia. Kyselytutkimukseen perustuen 53 % vastaajien kokemasta kokonaishaitasta aiheutuu sinilevistä ja loput muista rehevöitymisen oireista. Yhtälöissä (1)-(8) kuvattu malli ratkaistaan dynaamisen ohjelmoinnin keinoin ratkaisemalla Bellmanin yhtälö: Ratkaisemme arvo- ja politiikkafunktioiden arvot hilalla, joka sisältää 31 pistettä tilamuuttujien suhteen, ja 50 pistettä aika-akselilla. Näiden pisteiden välissä funktioita approksimoidaan sovittamalla hilapisteisiin toisen asteen yhtälö. Bellmanin yhtälö (9) ratkaistaan tasapainossa arvofunktioiteraatiota käyttäen, minkä jälkeen arvo- ja politiikkafunktiot ratkaistaan rekursiivisesti tasapainotilasta t=50 ajanhetkeen t=0 asti. Numeeriseen ratkaisuun käytämme MATLABin ja sen Optimization Toolbox- lisäpakettia. (7) (8) (9) 1 Nämä toimenpiteet ovat jätevedenpuhdistuksen tehostaminen, fosfaattia sisältävien pesuaineiden kieltäminen, typpi- ja fosforilannoituksen vähentäminen, sikojen, lehmien tai siipikarjan lukumäärän vähentäminen, kosteikkojen tai lasketusaltaiden rakentaminen, siepparikasvit.
8 Tulokset Muuttuva ilmasto vaikuttaa sekä Itämeren valuma-alueen että meriekosysteemin toimintaan. Lisääntynyt sadanta ja kasvanut lämpötila lisäävät rehevöitymistä, kun jokien ravinnekuormat kasvavat ja levätuotanto tehostuu. Tämän lisäksi ilmastonmuutoksella on monia välillisiä vaikutuksia rehevöitymiseen esimerkiksi maatalouden tuotantomäärien kasvun kautta. Tässä työssä keskitymme vain ilmastonmuutoksen suoriin vaikutuksiin, ja tutkimme kuinka uusimmat arviot niistä vaikuttavat taloudellisesti tehokkaaseen rehevöitymisen torjuntaan Itämerellä. Tässä artikkelissa käsittelemme neljää erilaista skenaariota: Perusura : Ilmastonmuutoksella ei ole vaikutusta Itämeren tilaan
Kuormat : Ilmastonmuutos vaikuttaa vain maalta tuleviin kuormiin. Typpikuorma kasvaa 9,1 % ja fosforikuorma 9,8 % tasaisesti saavuttaen tasapainotilan vuonna 2060 (Meier ym. 2013) Sinilevä : Ilmastonmuutos ei vaikuta kuormiin, mutta sinilevä saa kilpailuedun kohonneesta pintaveden lämpötilasta ja sen kokonaismäärä kasvaa 134 % tasaisesti saavuttaen tasapainotilan vuonna 2060 (Hense ym. 2013). Vaikutus muihin leviin on oletettu pieneksi. 9 Kokonais : Ilmastonmuutos vaikuttaa sekä jokikuormiin että sinilevän kasvuun kuten yllä Optimaaliset typen ja fosforin kuormitusvähennykset on esitelty neljälle eri skenaariolle kuvissa 2a ja 2b, meren tilan kehitys kuvissa 2c ja 2d sekä vuotuiset kustannukset ja haitat kuvissa 2e ja 2f. Perusuran tapauksessa kuormitusta vähennetään aluksi voimakkaasti ja myöhemmin hieman maltillisemmin. Tämä johtuu siitä, että meren ollessa nykytilassa vähennyksen rajahyöty on suuri. Meren tilan parantuessa myös puhdistuksen rajahyöty pienenee (ks. yhtälö 8) rajakustannuksen pysyessä vakiona (ks. yhtälö 7). Sekä kuormitus, että meren tila saavuttavat tasapainon noin vuonna 2020. Optimaalisen suojelun kustannukset laskevat 1300 miljoonasta eurosta noin 500 miljoonaan euroon vuodessa. Kuormat -skenaariossa kasvaneiden kuormien vaikutusta pyritään estämään perusuraa voimakkaammilla kuormitusvähennyksillä etenkin typen osalta. Merkittävää on se, että tuleva ilmastonmuutos vaikuttaa optimaaliseen toimintaan välittömästi: heti toteutettava typpivähennys on lähes kaksi kertaa suurempi kuin perusura-skenaariossa, vaikka alkuhetken kuormitus ja meren tila ovat identtiset näissä kahdessa skenaariossa. Tulosten mukaan meri on optimaalista pitää nykytilaa parempaan tasapainotilaan kasvaneista kuormista huolimatta, ja voimakkaiden kuormitusvähennysten vuoksi meri on ensimmäisten vuosien aikana paremmassa tilassa kuin perusuralla. Kuvan 2e tulosten perusteella meren suojelun kokonaiskustannukset kasvavat perusuraan verrattuna noin kaksinkertaiseksi. Sinilevä skenaariossa ilmastonmuutos ei vaikuta kuormiin, mutta sinilevän tuotanto tehostuu. Tällä on suuri vaikutus optimaaliseen typpi- ja fosforikuorman suhteeseen ja kuormitusvähennysten ajoitukseen. Kuvissa 2c ja 2d esitettyjen tulosten perusteella typen vähennystoimenpiteet aloitetaan vasta kolmenkymmenen vuoden päästä ja pääpaino on voimakkailla fosforivähennyksillä. Sinilevät pystyvät käyttämään muille leville käyttökelvotonta N2 varantoa, joten sinilevän tuotanto on käytännössä aina fosforirajoitteista (ks. yhtälö 5). Typen vähentämisellä voi olla haitallinen vaikutus sinilevän määriin, sillä se pienentää kevätkukintaa jättäen näin enemmän fosforia sinileväkukinnoille (ks. yhtälö 4). Sinilevä -skenaariossa pääpaino on torjua sinilevän kasvavaa haittaa (ks. yhtälö 8), mikä selittää fosforivähennysten korkean tason typpivähennyksen kustannuksella. Sinilevän hajotessa sen sitoma typpi jää mereen osittain muille leville käyttökelpoisessa muodossa muodostaen merkittävän typpivirran Itämereen (ks. yhtälö 2). Ilmastonmuutoksen kasvattaessa sinilevien määrää myös
typen sidonta voimistuu kasvattaen typen konsentraatiota ja leväkukintoja. Tämän vaikutuksen vuoksi on optimaalista aloittaa myös ulkoisen typpikuorman vähennys noin vuonna 2040. Kokonaispanostus typpikuorman vähentämiseen on kuitenkin huomattavasti pienempi kuin perusuralla. Äärimmäisen voimakkaan fosforivähennyksen vuoksi Itämeren suojelun kokonaiskustannus on noin kolminkertainen perusuraan verrattuna. Kokonais skenaariossa huomioidaan ilmastonmuutoksen ennakoidut vaikutukset sekä kuormiin että sinilevän kasvuun. Optimaaliset kuormitusvähennykset muistuttavat Sinilevä skenaarion tuloksia; typpivähennykset aloitetaan vasta kymmenien vuosien päästä, ja alussa kaikki resurssit käytetään fosforikuorman vähentämiseen. Kokonaiskustannus on noin kolminkertainen perusuraan verrattuna, sen laskiessa alun noin viidestä miljardista aina tasapainotilan noin kahteen miljardiin euroon. Sinilevän typensidonta yhdessä kasvaneen typpikuorman kanssa kasvattaa typen konsentraatiot erittäin suuriksi. Fosforikonsentraatiot puolestaan ajetaan matalalle tasolle, mutta sen tuottama sinilevämäärä on suurempi kuin perusuralla ja Kuormat skenaariossa. Kuvassa 2f esitetyt ilmastonmuutoksen aiheuttamat kokonaishaitat nousevat erittäin korkeiksi, tasapainotilassa ne ovat noin 5 miljardia suuremmat kuin perusuralla. 10 Kuva 2. (a) Typpi- ja (b) fosforikuorman vähennys, (c) typpi- ja (d) fosforikonsentraatio eri skenaarioissa sekä vuosittainen (e) kustannus kuorman vähentämisestä ja (f) levämääristä aiheutuva haitta eri skenaarioissa.
Tulosten tulkinta ja johtopäätökset Tässä tutkimuksessa esitellään malli typen ja fosforin kuormitusvähennysten optimaalisten aikaurien laskemiseksi siten, että Itämeren rannikkovaltioiden kokonaishaitta, kuormitusvähennysten kustannusten ja levien aiheuttaman haitan summa, minimoituu. Mallissa on huomioitu tärkeimmät Itämeren biokemialliset prosessit, ja liikeyhtälöiden avulla voidaan kuvata linkkiä kuormitusvähennyksistä aina niiden aiheuttamiin haittoihin asti. Analyysissa käytettävät empiiriset kustannus- ja hyötyfunktiot perustuvat aiempaan tutkimukseen Itämeren kustannustehokkaista kuormitusvähennyksistä ja rantavaltioiden asukkaiden maksuhalukkuudesta Itämeren tilan parantamisesta. 11 Mallia sovellettiin tarkasteluun ilmastonmuutoksen vaikutuksista Itämeren rehevöitymiseen. Ilmastonmuutos sekä kasvattaa jokikuormia (Meier ym. 2010) että edistää sinileväkukintoja (Hense ym. 2013). Tutkimuksessa tarkasteltiin näiden kahden ilmiön vaikutuksia optimaalisiin kuormitusvähennyksiin erikseen ja yhdessä. Tulosten perusteella tulevaisuuden ilmastonmuutos muuttaa optimaalista rehevöitymisen torjuntaa jo nyt. Odotus kasvavista jokikuormista nostaa optimaalista suojelun tasoa etenkin typen osalta, kun taas tehostuvan sinilevän kasvun tapauksessa on optimaalista laittaa kaikki panokset fosforikuorman vähentämiseen typen sijasta. Ilmastonmuutoksen kokonaisvaikutusta tarkastellessa huomataan jälkimmäinen vaikutuksen dominoivan; fosforivähennykseen tulee panostaa huomattavasti typpivähennystä enemmän. Ilmastonmuutoksen kokonaisvaikutus nostaa optimaalisen suojelun vuotuisia kustannuksia noin kahdella miljardilla eurolla ja kasvaneen rehevöitymisen aiheuttamat kokonaisvahingot voivat olla jopa seitsemän miljardia euroa vuodessa perusuraan verrattuna. Tulosten perusteella voidaan arvioida myös Itämeren suojelun toimintaohjelman (BSAP) taloudellisia vaikutuksia. Toimintaohjelman asettama vesiensuojelun taso vastaa noin 118 000 tonnin typpi- ja 15 000 tonnin vuotuista fosforivähennystä (HELCOM, 2013). Toimintaohjelman kuormitusvähennykset ovat suurempia kuin optimaaliset päästövähennykset perusuran tapauksessa, varsinkin typen osalta (n. 64 000 tonnia), mutta myös fosforin osalta (n. 13 000 tonnia). Toisaalta ottamalla huomioon ilmastonmuutoksen vaikutuksen jokikuormiin, on toimintaohjelman taso hyvin lähellä yhteiskunnallista optimia (100 000 tonnia typpeä, 13 000 tonnia fosforia). Jos taas huomioidaan ilmastonmuutoksen vaikutus sinilevän kasvuun, on BSAP:n fosforivähennyksen taso oikea, mutta typpivähennyksen taso selvästi liian korkea. On kuitenkin otettava huomioon, että toimintaohjelman tavoitteena on Itämeren hyvä tila, eikä yhteiskunnallisen hyvinvoinnin maksimointi. Näin ollen tämä tutkimus antaa taloudellisen näkökulman suojelusopimukseen, mutta ei voi suoranaisesti kritisoida sen asettamaa tasoa. Tässä työssä laadittu dynaaminen malli on käyttökelpoinen työkalu tilanteisiin, joissa toimintaympäristö muuttuu ajassa. Työssä tutkittujen ilmastonmuutoksen suorien vaikutusten lisäksi muita merkittäviä Itämeren suojeluun vaikuttavia trendejä ovat elintarvikkeiden globaalin kysynnän muutokset, Itämeren alueen maatalouden suhteellisen kilpailukyvyn kehittyminen, väestönkasvu ja teknologinen kehitys vesien-
suojelussa. Osa näistä trendeistä vaikeuttaa Itämeren suojelua entisestään, osa taas vähentää kuormitusvähennysten kustannuksia. Monet näistä trendeistä ovat hyvin epävarmoja, eikä esimerkiksi ilmastonmuutoksen vaikutusta jokikuormiin tai sinilevien kasvuun voida tarkasti ennakoida. Mielenkiintoinen jatkohanke olisi tutkia miten optimaaliset kuormitusvähennykset muuttuvat ajassa, kun ilmastonmuutoksen vaikutus rehevöitymiseen on epävarmaa, mutta mahdollista oppia ajan kuluessa. 12 Viitteet Ahlvik L, Ekholm P, Hyytiäinen K, Pitkänen H, 2013. An economic-ecological model to evaluate impacts of nutrient abatement in the Baltic Sea. Manuscript. Ahtiainen H, Artell J, Czajkowski M ym., 2013. Benefits of meeting nutrient reduction targets for the Baltic Sea results from a contingent valuation study in the nine coastal states. Annual conference of the European Association of Environmental and Resource Economists, Toulouse July 2013. http://www.webmeets.com/files/papers/eaere/2013/753/ Benefits_of_nutrient_reduction_EAERE.pdf Baltic Nest Institute, 2011. Marine research on eutrophication. http://nest.su.se/nest/, katsottu 6.3.2011 Boardman AE, Greenberg DH, Vining AR, Weimer, DL, 2006. Cost-Benefit Analysis. Pearson Education Inc. Elofsson K, 2010. Cost-effectiveness of the Baltic Sea Action Plan. Marine Policy 34, 1043 1050 Graham LP, 2004. Climate change effects on river flow to the Baltic Sea. Ambio 33(4), 235-241 Gren IM, Elofsson K, Jannke P, 1997. Cost-effective nutrient reductions to the Baltic Sea. Environ Resource Econ 10:341 362 Heiskanen AS, 1998. Factors governing sedimentation and pelagic nutrient cycles in the nort hern Baltic Sea. Monographs of the Boreal Environment Research 8. 80p. HELCOM, 2011. Fifth Baltic Sea Pollution Load Compilation (PLC-5). Baltic Sea Environment Proceedings 128. 218p.
HELCOM, 2013. HELCOM Copenhagen Ministerial Declaration, Taking further action to implement the Baltic Sea Action Plan Reaching good environmental status for a healthy Baltic Sea. http://www.helcom.fi/documents/ministerial2013/ Ministerial%20declaration/2013%20Copenhagen%20Ministerial%20Declaration.pdf viewed 14.10.2013 Hyytiäinen K, Ahlvik L, Ahtiainen H, Artell J, Dahlbo K, Huhtala A, 2013. Spatially explicit bio-economic modelling for the Baltic Sea: Do the benefits of nutrient abatement outweigh the costs? Manuscript. 13 Hense I, Meier HEM, Sonntag S, 2013. Projected climate change impact on Baltic Sea cyanobacteria. Climatic Change 119(2), 391-406 Laukkanen M, Huhtala A, 2008. Optimal management of a eutrophied coastal ecosystem: balancing agricultural and municipal abatement measures. Environ Resource Econ 39:139 159 Lehtoranta J., Ekholm P., Pitkänen H., 2008. Eutrophication-driven sediment microbial processes can explain the regional variation in phosphorus concentrations between Baltic Sea sub-basins. Journal of Marine Systems 74 (1-2), 495-504. Meier HEM, Eilola K, Almroth E, 2011. Climate-related changes in marine ecosystems simulated with a 3-dimensional coupled physical biogeochemical model of the Baltic Sea. Climatic Research 48, 31-55 Neumann T, 2010. Climate-change effects on the Baltic Sea ecosystem: A model study. Journal of Marine Systems 81(3), 213-224 Ollikainen M, Honkatukia J, 2001. Towards efficient pollution control in the Baltic Sea: an anatomy of current failure with suggestions for change. Ambio 30 (4-5), 245-253. Savchuk OP, 2005. Resolving the Baltic Sea into seven subbasins: N and P budgets for 1991-1999. Journal of Marine Systems 56, 1-15. Seitzinger SP, Nixon SW, 1985. Eutrophication and the rate of denitrification and N2O production in coastal marine sediments. Limnology and Oceanography 30, 1332-1339. Turner RK, Gren IM, Wulff F (1995) The Baltic Drainage Basin Report, EV5V-CT-92-0183. European Commission.
Vahtera E, Conley DJ, Gustafsson BG, Kuosa H, Pitkänen H, Savchuk OP, Tamminen T, Viitasalo M, Voss M, Wasmund N, Wulff F, 2007. Internal ecosystem feedbacks enhance nitrogen-fixing cyanobacteria blooms and complicate management in the Baltic Sea. Ambio 36 (2), 186-194. 14
15 www.centrumbalticum.org