Virtaama (m 3 /s) Arvioitu kiintoainepitoisuus (mg/l) Periodimenetelmä 50 40 Virtaama Kiintoaine Paimionjoki 250 200 30 150 20 100 10 50 0 0 Ainevirtaama 37 400 t a 1
Virtaama (m 3 /s) Arvioitu kiintoainepitoisuus (mg/l) Lineaarinen interpolointi 50 40 Virtaama Kiintoaine Paimionjoki 250 200 30 150 20 100 10 50 0 0 Ainevirtaama 36 700 t a 1
Rating curve -menetelmä Ainevirtaama 39 000 t a 1
c = a + b/q c = a + b/q + cq Sjöblom (2009)
Virtaaman vaikutuksen suodattaminen Pitoisuuksien korreloidessa virtaaman kanssa, voidaan virtaamasta aiheutuvaa komponenttia arvioida eri tekniikoilla Non-parametric Mann-Kendall test Residuaalien tarkastelu Kiintoaineen suhde virtaamaan Paimionjoessa neljänä eri aikajaksona
Ravinteiden biologinen käyttökelpoisuus? Viikinmäen puhdistamo TP lähtevässä jätevedessä = 0,23 mg l 1 Käyttökelpoisuus: 0 100% Käyttökelpoinen P = 0 0,23 mg l 1 Kuvat: S. Knuuttila, J. Lehtoranta, S. Mitikka, SYKE
Biologisesti käyttökelpoinen P Käyttökelpoista mille? Levät pystyvät kasvamaan yli 17 puhtaalla P-yhdisteellä Aikajänne? P:n hydraulinen viipymä vesifaasissa P aktiivisena pohja-aineksessa Suoraan käyttökelpoinen P H 2 PO 4, HPO 2 4, PO 3 4 Potentiaalisesti käyttökelpoinen P (BAP, P aa ) P joka voi tulla luonnollisten fysikaalisten, kemiallisten tai biologisten reaktioiden seurauksena sellaiseen muotoon, että levät tai muut vesien perustuottajat voivat käyttää sen hyväkseen PO 3 4 < P aa < TP Compton ym. (2000) 10 9 kg v 1 Geokemiallisesti aktiivinen P Kokonais-P 18,7 31,4 PO 3 4 < P geo < TP Geokemiallisesti aktiivinen P 3,4 10,1 PO 4 3 Pesuaine-P Na 5 P 3 O 10 Org.-P Fe~P Apatiitti Aika
Rivers Short hydraulic retention time Productive layer in lakes Bioassays mimic such conditions Retention and transformation? Sediments Anoxia, organic matter, sulphate Fe looses its ability to bind P
Potentiaalisesti leville käyttökelpoisen P:n vapautuminen Veden kemialliset ominaisuudet ph ionikoostumus ja ionivahvuus, erityisesti PO 4 fosfataasit Laskeutuminen ja muu poistuminen hiukkasten koko ja muoto vesistön morfometria/hydrologia Kuormituksen ajoittuminen? Epävarmuustekijöitä Vaihteleeko kyky käyttää eri P-muotoja levälajeittain/-suvuittain? Lisääkö levien suora kontakti maahiukkasiin P:n vapautumista? Bakteerit ja muut eliöt P:n vapauttajina? Fe:n pelkistyminen (burial of P)? P:n käyttökelpoisuus murtovedessä?
Dual-culture assay ph = 8 Modified from DePinto et al. (1981)
Ari Langi
Algal-available P (µg l 1 ) Ekholm P, Krogerus K. 2003. Determining algal-available phosphorus of differing origin: Routine phosphorus analyses vs. algal assays. Hydrobiologia 492:29 42 Kokonaisfosforin käyttökelpoisuus 1000 100 10 r s = 0.391, p < 0.001 n = 172 Bottom sediment TP: 162 µg l 1 P aa : 2 µg l 1 1:1 1 1 10 100 1000 Total P (µg l 1 )
Algal-available P (µg l Liuenneen reaktiivisen P:n käyttökelpoisuus 1000 1 ) 1:1 100 10 1 1 10 100 1000 DRP o-p (µg l 1 ) r s = 0.834, p < 0.001 n = 172 Ekholm & Krogerus (2003)
Keskimääräinen leville käyttökelpoisen P:n osuus TP:sta Mean values and their 95% confidence limits. (Ekholm & Krogerus, 2003). Algal-available P (% of Tot-P) P-source ± CL Rural population 89 ± 6 Urban, biol. treated 83 ± 11 Dairy house 69 ± 32 Urban, biol. & chem. treated 36 ± 10 Field runoff 31 ± 8 Industrial effluent 30 ± 14 50 Fish farms 29 ± 14 Large rivers 20 ± 8 Agricultural river 20 ± 3 Field soils 19 ± 4 Forest runoff 16 ± 8 Lake settling matter 7.9 ± 3.2 Lake bottom sediments 3.3 ± 1.4
Arvio leville käyttökelpoisen P:n kuormituksesta
Kemiallisia menetelmiä Hartsiuutto Rautaoksidiuutto Vuokko Puranen, Kemira Risto Uusitalo, MTT
Eri P-jakeiden kulkeutuminen koekentiltä Field Runoff Dissolved reactive P Particulate P Erosion (mm) (kg ha -1 ) (kg ha -1 ) (kg ha -1 ) Total Algal-available Redoxsensitive Aurajoki 1997-1998 136 0.425 2.65 0.51 1.34 1500 1998-1999 235 0.497 2.41 0.47 1.30 1170 1999-2000 238 0.411 1.68 0.32 0.95 1030 2000-2001 221 0.511 1.39 0.26 0.81 920 Jokioinen 1997-1998 64 0.035 0.353 0.047 0.118 400 1998-1999 125 0.073 0.232 0.024 0.097 250 1999-2000 60 0.029 0.281 0.038 0.099 300 2000-2001 68 0.034 0.261 0.034 0.094 290 Lintupaju 1997-1998 121 0.183 1.022 0.160 0.430 1330 1998-1999 209 0.197 0.802 0.110 0.360 920 1999-2000 174 0.139 0.847 0.120 0.370 1040 2000-2001 163 0.125 1.974 0.330 0.780 2270 Uusitalo & Ekholm (2004)
Eroosioaines-P Maa-ainekseen P:sta 10 20 % leville käyttökelpoiseksi hapellisissa oloissa (Uusitalo & Ekholm 2004) 34 58 % vapautuu puskuroidulla ditioniitilla (Uusitalo ym. 2004) 44 % vapautuu mikrobiologisessa inkuboinnissa (Wahlström 2014, Lehtoranta ym. 2015) Hiiltä Ei hiiltä
Fosforin vapautuminen mikrobiologisessa inkuboinnissa P = 0.41 (1 e 0.89Carbon ) 0.41 1.47 = 0.28
Ekholm P, Lehtoranta J. 2012. Does control of soil erosion inhibit aquatic eutrophication? Journal of Environmental Management 93:140 146.)
Biologisesti käyttökelpoinen N Yleensä: N:n käyttökelpoisuus > P:n käyttökelpoisuus Levät voivat käyttää hyväkseen useita typpiyhdisteitä NO x -N, NH 4 -N, pienikokoiset orgaaniset yhdisteet, kuten urea NO x -N sitoutuu maahiukkasiin heikosti N huuhtoutuu maatalousalueilta pitkälti liuenneessa muodossa TN (NO x -N + NH 4 -N) = eloperäiseen ainekseen sitoutunut N Käyttökelpoisuus? Humukseen sitoutunut N melko inaktiivista Bakteerit voivat hyödyntää orgaanista N:ä UV hajottaa orgaanista ainesta