Miksi sinileväkukinnat vähenevät toisella järvellä mutta toisella eivät? Ilkka Sammalkorpi & Marko Järvinen Suomen ympäristökeskus SYKE Vesikeskus Vesistökunnostusverkoston talviseminaari Lahti 26.1.2017
10.2.2017 Esityksen runko Sinilevät ja leväkukinnat - lajisto - kukintojen edellytykset - vaikutukset Havaintoja veden laadusta ja sinilevistä Tuloksia kunnostusmenetelmien vaikutuksista - ulkoisen kuormituksen vähentäminen - biomanipulaatio - sedimentin kemikaalikäsittely - hapettaminen / kierrättäminen - selitysmalleja leväkukintojen esiintymiselle Johtopäätöksiä Tuusulanjärvi 1997 asti 1999----
Sinilevät: prokaryootteja, yhteyttäviä bakteereja, joilla on samoja klorofyllipigmenttejä kuin eukaryoottisilla korkeammilla levillä ja vesikasveilla, ne voivat tuottaa hermo- ja maksatoksiineja, kasvaa kolonioiksi, talvehtivat lepovaiheina tai kolonioina sedimentin pinnalla. Sopeutuneet olosuhteisiin, joissa on Paljon ravinteita Valuma-alueelta ulkoinen kuormitus: lumen sulamisvedet talvella, syksyn ja kesän sadejaksot; osa sedimentoituu Sedimentistä- sisäinen kuormitus vapauttaa ravinteita kasvukaudella: happikato, korkea ph, kalasto, aallokko, Matala typpi:fosfori-suhde Vinoutunut ravintoketju, vähän petokaloja Pieniä eläinplanktonlajeja, tiheä särkikalavaltainen kalasto eläinplanktonin kierrättämien ravinteiden N:P-suhde Sameaa, lämmintä, vähäinen vesimassan sekoittuminen (tyyntä) kukinta 3
Suomen järvien tyypilliset levähaitat - 45 lajia/sukua havaittu runsaana 2010-luvula Levähaittarekisteri/SYKE, GisBloom Muut 1.7% Anabaena N = 299 Piilevät 2.3% Sinilevät 95.7% Nielulevät 0.3% Genus Suku % kukinnoista % lajeja N of taxa Anabaena* 51,0 18 Microcystis 21,7 7 Woronichinia 12,6 2 Aphanizomenon 11,9 3 Gloeotrichia 1,0 1 Planktothrix 0,7 2 Aphanocapsa 0,3 1 Aphanothece 0,3 1 Planktolyngbya 0,3 1 * Dolichospermum 4
Noin joka toinen sinilevien kukinta sisältää levätoksiineja (HY, Micman-projekti/SYKE) Myös lievästi rehevöityneiden järvien (kokonaisfosfori 20-35 µg/l) sinileväkannoissa on toksiineja Anabaena (Dolicospermum) (typensitoja) hermomyrkkyjä (neurotoksiineja) myös karut ja kirkasvetiset järvet (35 µg/l) Microcystis (ei tehokas typensitoja) maksamyrkkyjä (hepatotoksiineja) et. ravinteikkaat ja humusjärvet (65 µg/l) koloniat sedimentissä/vedessä Woronichinia maksamyrkkyjä (hepatotoksiineja) myös karut ja kirkasvetiset järvet (20 µg/l) Aphanizomenon (typensitoja) hermomyrkkyjä (neurotoksiineja) koloniat isoja kimppuja myös karut ja kirkasvetiset järvet (20 µg/l) Kuvat Reija Jokipii SYKE Anabaena 5
Sinilevä voi hyvin, vaikka vesien tila paranee (Levähaittarekisteri, Järviwiki) Järvien ekologinen tila 2013 hyvä/erinomainen: 85 % pinta-alasta Alle hyvän tilan jää 15 % pinta-alasta, yli 400 000 hehtaaria, yli 900 vesienhoidossa nimettyä järveä + pienempiä järviä Valtakunnallinen leväseuranta 1998 muutokset olleet vähäisiä 6
Sinileväkukintojen ajoittuminen (Levähaittarekisteri, Järviwiki) 7
Veden laadusta ja sinilevistä Yleistä taustaa Yli 1001 yksittäishavainnon yhteenvetoa: Vesijärven Enonselkä ja Kajaanselkä, Säkylän Pyhäjärvi, Köyliönjärvi, Tuusulanjärvi, Rusutjärvi, Äimäjärvi Vaihteluvälit - fosforipitoisuus 15 250 µg/l - typpipitoisuus 200 3000 µg/l - sinileväbiomassa 0 80 mg/l Tapaustutkimuksia reheviltä järviltä 8
Keskimääräinen klorofyllipitoisuus µg/l Mitä enemmän fosforia, sen enemmän levää voi olla - ja usein myös on 47,5 % 47,5 % Keskimääräinen fosforipitoisuus µg/l Phillips, G., Pietiläinen, O-P. et al. 2008. Aquatic Ecol. 42:213-226. Laaja eurooppalaisten järvien yhteenvetotutkimus Syvyydeltään ja alkaliniteetiltaan matalien järvien havainnot 9
0 2 4 6 8 10 Vuorio ym. julkaisematon SYKE/Gisbloom Millaisilla järvillä sinileviä tavataan? Cyanobacteria biomass <40 µg/l yes logtp < 3.7 no Fosforipitoisuus >40 µg/l Viljelymaata valuma-alueella Keskisyvyys CL2_PR < 13 MeanDept >= 3.2 <13% >13% >3.2 m 3.2 m Sinilevien biomassa 3.4 n=1204 59% 0.03 mg/l 4.6 n=419 20% Anabaena Aphanizomenon 5.5 n=69 3% 7.5 n=360 18% 0.10 mg/l 0.25 mg/l 1.81 mg/l Microcystis
N:P = Typpi:fosfori-suhde - Etua typpeä sitoville sinileville, kun TN:TP-suhde on < 20 - Ulkoisen kuormituksen fosfori sedimentoituu, mutta typpi voi sedimentoitua tai vapautua ilmakehään (denitrifikaatio), - Molempia poistuu järvestä luusuan kautta (tai kalansaaliissa) - Myös ravintoketju vaikuttaa veden N:P-suhteeseen kesällä Luonnon huuhtouma 25,9 Pistekuormitus Yhdyskunnat n. 6 (puhdistamolta lähtevä) Hajakuormitus Laskeuma 47.7 Maatalous 16.7 Haja-asutus 6.9 Kesän ravinnesuhteet Niukasti liuenneita ravinteita ravinteet kiertävät eläinplanktonin ja hajottajien kautta Sedimenttien N:P-suhteita Vesijärvi 4-5 Tuusulanjärvi 3.0-4.3 Ravintoketjun ravinnekierrätys kasvukaudella Isot vesikirput korkea N:P Pienet vesikírput ja rataseläimet matala N:P 11
Sinileviä B mg/l Sinileviä B mg/l Fosfori ja sinilevät % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 50 40 30 20 10 0 Fosfori ja sinilevien B-osuus 0 40 80 120 160 200 Kokonaisfosfori ug/l Fosfori ja sinilevien biomassa 0 40 80 120 160 200 Kokonaisfosfori ug/l Sinilevävaltaisuutta esiintyy ajoittain myös vähäravinteisilla järvillä Fosforipitoisuuden kasvu lisää sinilevävaltaisuutta Jyrkkä nousu kun TP 40 µg/l, (jo 20 µg/l Aphanizomenon) Biomassa on pieni vähäravinteisilla järvillä Tuuli voi kasata selkävesiltä rannoille näkyviä pintakukintoja pienestäkin määrästä 12
Sinileviä B mg/l Sinileviä % Typpi ja sinilevät 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 50 40 30 20 10 0 Typpi ja sinilevien B-osuus 0 500 1000 1500 2000 2500 Kokonaistyppi µg/l Typpi ja sinilevien biomassa 0 500 1000 1500 2000 2500 Kokonaistyppi µg/l Sinilevävaltaisuutta myös matalilla typpipitoisuuksilla Selvä nousu pitoisuuden kasvun myötä Muista typen sidonta Matalillakin typpipitoisuuksilla ajoittain enemmän sinilevää Biomassa kasvaa typpipitoisuuden myötä, selvimmin > 1000 µg N /l 13
Sinileviä B mg/l Sinileviä % Typpi:fosfori-suhde ja sinilevät 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 KokN:KokP-suhde ja sinilevien biomassaosuus 0 10 20 30 40 Typpi:fosfori-suhde Sinilevien osuus korkea jo kun N:P-suhde 7:1 Matalat osuudet yleisiä kun N:P-suhde nousee 50 40 30 20 KokN:KokP ja sinilevien biomassa Matalilla N:P-suhteilla ajoittain paljon sinilevää Pienet biomassat yleisiä kun N:P-suhde nousee 10 0 0 10 20 30 40 Typpi:fosfori-suhde 14
Miten sinileväkukinnat ovat vähentyneet? Järvi Suomen järvet 1980- luvulta 2010-luvulle Vesijärvi, pieni ulkoinen kuormitus Kirkkojärvi, Naantali suuri ulk. kuormitus Tuusulanjärvi suuri hajakuormitus Saunajärv, pieni ulkoinen kuormitus Äimäjärvi Kangasalan Kirkkojärvi, Salon jätevesipuhdistamon altaat Kalattomat lammet Menetelmä Suurten järvien sinilevämäärät ovat keskimäärin laskeneet jätevesien fosforinpoiston myötä Jätevesien pois johtaminen ja hapetus: ei tulosta 1989-94 tehokalastus, 1995 ----- ylläpito Alumiinikloridilla erittäin selvä fosforin ja levämäärän lasku, käsittelyjä toistettiin myöhemmin Jätevesien pois johtaminen ja hapetus: ei tulosta 1997 alkaen tehokalastus + ylläpitävä hoitokalastus ja tehostettu syvänteen kierrätyshapetus Tehokalastus Happikato biomanipulaatio : lyhytaikainen sinileväminimi kunnes petoahventen määrä laski ja normaalitila (särkikalat, sinilevät) palautui Tehokalastus, selvä mutta lyhytaikainen vaikutus, kalasto ja sinilevät palautui 2 vuodessa Ei sinileväkukintoja vaikka fosforipitoisuus korkea 15
Tanska: tehokalastus vähentää rehevien järvien fosforia ja klorofylliä jopa >50 %, vaikutus jopa 6-10 v Ruotsin tiedeakatemia: kansainvälinen yhteenveto 123 järven tutkimuksista: tehokalastus vaikuttaa rehevienkin järvien planktonleviin ja parantaa näkösyvyyttä Belgia: tehokalastus vähentää rehevienkin lampien sinileviä erityisesti, kun uposkasvit pääsevät levittäytymääm 16
Biom. muutos (mg/l) Biom. muutos (mg/l) Kasviplankton ja sinilevät HOKA-projektissa Rehevien järvien hoitokalastuksen vaikutukset /Mikko Olin & Jukka Ruuhijärvi 15 Kokonaisbiomassa 5 Sinilevät 10 5 0 0-5 -5-10 -10-15 -15 VäHOKA TeHOKA VäHOKA TeHOKA - Kokonaisleväbiomassa pieneni tehokkaammin kalastetuilla (TeHOKA; >200 kg/ha/3v), muttei vähemmän kalastetuilla järvillä -Selvin muutos juuri sinilevien biomassassa, joiden kukinnat myös alkoivat myöhemmin kesällä Kuva: Jukka Ruuhijärvi, Mikko Olin ja Tommi Malinen Vesistökunnostusverkoston seminaari, Iisalmi 11.-12.06.2014. Linkki 17
Lahden Vesijärvi Enonselkä Enonselän kasviplankton ja hoitokalastus: sinileväkukinnat vähenivät nopeasti v. 1989 aloitetun tehokalastuksen jälkeen Vuosien 1989-1994 kokonaissaalit 421 kg/ha Tehokalastus 1992-1994 Kuva Ismo Malin 18 Lahden seudun ympäristöpalveiut
Tuusulanjärven ravintoketjukunnostus (Hietala & Pekkarinen, kuva Järvinen & Lepistö) Vuosi Saalis, 1000 kg Saalis, kg/ha 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Yht. 74 61 113 24 33 26 87 49 40 29 18 19 64 48 48 21 26 40 38 859 124 103 190 41 56 44 146 82 67 49 30 31 107 81 80 35 44 68 64 1442 Jätevesikuormitus pois 1979 Erittäin voimakas sinileväkukinta vielä 1997 Tehokalastus 1997-2016, kierrätyshapetus 1998-2016 sinileväkukintojen keskim. biomassa laski 4.1 0.7 mg/l Ulkoinen kuormitus vielä 2x liian suuri hoitokalastusta jatkettava 19
Klorofylli vs. lämpötila ja fosfori Hietala & Pekkarinen http://eng.tuusulanjarvi.org Tuusulanjärvessä lämpiminä tehokalastuksen jälkeisinä kesinä 1998-2012 selvästi pienempi leväbiomassa kuin vuosina 1980 1997 20
Teho- ja hoito kalastus: Finjasjön 1988-2016 Kosteikko Tehokalastus 1992-1994 loistavalla tuloksella Puhdistamon ja järven väliin rakennettu kosteikko ei estänyt fosforipitoisuuden nousua, kun särkikalakannat toipuivat 3-4 v kalastuksen lopettamisen jälkeen (www.regito.com ) linkki 21
Finjasjön 1988-2016 klorofylli Microcystis Aphanizomenon Tehokalastus 1992-1994: ei pysyvää vaikutusta Kahden ohimenevästi veden laatua parantaneen kalastusjakson jälkeen jatkuva hoitokalastus 2010--- 22
Rehevät, matalat järvet ja lammet Kalattomia - tai biomassa alle 100 kg/ha ja petokalasto vahva Paljon uposkasveja, monipuolinen pieneliöstö, kirkasta vettä vaikka ravinnepitoisuudet ovat korkeita Ei sinileväkukintoja, isoja Daphnia-vesikirppuja Santahaminan Likolampi: fosfori 300-480 µg/l, klorofylli 23-45 µg/l (vesianalyysit: Helsingin kaupungin ympäristökeskus/katja Pellikka) Likolampi Santahamina - kalaton
Salo jätevesipuhdistamo Natura-altaat 08/2011 Ruutana-allas 08/2011 >600 kg/ha : ei vesilintuja, TP >600 µg/l, DIN 7 µg/l, näkösyvyys <10 cm, ei uposkasveja, klorofylli >400 µg/l, ei isoja vesikirppuja Halikonlahti Tämä allas kirkastui 2012 Molemmat samenivat 2013-2014 kun kalasto palautui Poistettu ruutanalajeja 465 kg/ha syksyllä 2010, kirkas vesi 2011 V. 2010 tehokalastettu allas 08/2011: vesilintuja >300 yks, TP 450 µg/l, liuennut typpi 710 µg/l, näkösyvyys >80 cm, paljon uposkasveja, klorofylli 10-20 µg/l, isoa Daphniaa (vesianalyysit VARELY)
Happikato luonnon biomanipulaatio? Äimäjärven esimerkki Happikato 2002/2003 kalakuolema pieni särkikalatiheys Daphnia vähän sinilevää, mutta tila palautui nopeasti, kun petoahvenvaltainen kalasto tuli voimakkaan kalastuksen kohteeksi. Sinilevien biomassa
Sammalkorpi & Horppila 2005. Ympäristöopas 114. Paljonko kannattaisi kalastaa? Saaliin on oltava veden fosforipitoisuuteen (TP) nähden riittävä, jos veden laadun halutaan parantuvan: poisto [kg/ha] = 16.9 x TP 0.52 Jos fosfori 40-50 µg/l poistotarve n. 100 kg/ha Pätee särkikalavaltaisiin järviin, joissa leväkukintaa Ylläpitovaiheessa pienempi saalistarve kalaston rakenteen mukaan
Inland Waters Alumiinikloridin ja Phoslockin vaikutuksia, toimivuutta ja reunaehtoja on tutkittu. Usein on havaittu yli 50 % fosforipitoisuuden vähennys, jonka kestoaika noin viidestä useisiin/ kymmeniin vuosiin. Paikallisia savia on myös alettu kokeilla (CH, UK). Euroopan Phoslockjärvillä klorofylli/fosforisuhden nousi 27
Naantalin Rymättylän Kirkkojärvi 350 300 250 200 150 100 50 0 AlCl3 Ferrix Fosfori Klorofylli 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2002 kaksi AlCl3 käsittelyä dramaattinen muutos Uusinta 2005 ferrix-käsittelyllä, levämäärä pysynyt matalana (kalasto, uposkasvit?), fosforipitoisuus kohonnut Valuma-alue viemäröity ja viljely muutettu perunasta luomurehuun Niinikorpi, A. 2013. Naantalin alueen järvet. 28 Kartoitus tehdyistä toimenpiteistä ja selvityksistä.
Tukholman Flaten (63 ha, keskisyv. 7.4 m) Alumiiniklorikäsittelyn kohteena sedimentti (60 g Al/m²) Sisäinen kuormitus eliminoitui Selvä, pitkäaikainen vaikutus (arvioitu kesto 40 v) (Huser et al. 2016, Emil Rydin) 29
Hapetus ja/tai vesimassan kierrättäminen voi parantaa syvänteen/ alusveden happitilannetta, estää kalakuolemia, tai harvemmin, vähentää päällysveden fosforipitoisuutta mutta kerrosteisuuden estäminen vähentää sinilevien kilpailuetua, Inland waters 30
10.2.2017 Sinileväkukinta tai sen puuttuminen on yleensä monen tekijän summa. Esimerkkeinä Lahden Vesijärven ravintoketjukunnostuksen perusteluna käytetty ekologinen vuorovaikutuskaavio ja kuvaus kuinka kesää edeltävät sääolot voivat vähentää leväkukintojen esiintymistä lämpimänä kesänä Ilmavirta toim. (1990)
Matala N:P-suhde Tiheän särkikalakannan suorat ja epäsuorat vaikutukset ja valikoiva kalastus pitävät yllä rehevyyttä ja särkikalavaltaisuutta ulkoisen kuormituksen huomattavasti vähennyttyäkin (Keto & Sammalkorpi 1995 Vesijärviraportti VYH A 218) Korkea fosforitaso Korkea lämpötila Matala N:P-suhde Valikoiva kalastus Sinileväkukinta Pienet eläinplanktonlajit tehoton levien kulutus Voimakas valikoiva saalistus Ylitiheä pienten särkikalojen dominoima kalasto Korkea ph Sedimentaatio ja hajoitustoiminta Hapenvajaus, sedimentin pelkistyminen Samea vesi Uposkasvien vetäytyminen Heikko petokalasto Sisäinen kuormitus: fosfori vapautuu - päällysveteen - kasvukaudella Ulosteet ja resuspensio Pohjaeläinten sekä levien ja detrituksen syönti sedimentin pintakerroksesta
Säätekijöillä on usein myös pitkäaikaisvaikutuksia Miksi vähän leväkukintoja v. 2010 vaikka kesä oli hyvin lämmin? (Marko Järvinen, julkaisematon) Kylmä talvi 2009/2010 -ravinnekuormitus vesistöihin pieni Kevään valuntahuippu maalis-huhtikuu 2010 -Ravinnekuormitus järviin Lämmin sääjakso toukokuussa 2010 Voimakas kevään kasviplanktonkukinta - piilevät Kukinnan loppuessa vajoavat levät vievät ravinteet sedimenttiin Eläinplankton Lämmin ja kuiva kesä 2010 Kirkkaanveden vaihe Voimakas kerrostuneisuus Ravinnekuormitus valuma-alueelta vähäistä Ei ravinnetäydennystä väli- ja alusvedestä Ravinnerajoitus Sinileväbiomassat pieniä kesällä 2010
Voiko sinileväongelmia vähentää? Taustaongelma Likaa ravinteita, Matala N:P-suhde, veden leväsamentuma Lämpötila, tuuli, aallokko Tilapäinen kerrostuminen ja sisäinen fosforikuormitus Ratkaisu Ulkoisen kuormituksen vähentäminen Biomanipulaatio AlCl 3 ja muut kemikaalit Hapettaminen/kierrättäminen Ratkaisu Ulkoinen kuormitus pienemmäksi Sisäinen kuormitus pienemmäksi: biomanipulaatio, kemikaalikäsittely, hapetus Sisäinen fosforikuormitus pienemmäksi Biomanipulaatio / Daphnia ravinnekiertoon korkeampi N:P-suhde Ei voi vaikuttaa paikallisin kunnostustoimin Sekoittaminen / kierrätyshapetus Ongelma/haaste Aina tärkeä, mutta hitaasti vaikuttava Kustannukset Riittävätkö saaliit ja rahat? Riittävätkö Daphnian tehot? Järvien matala alkaliniteetti, annostelu Kustannukset pinta-alaraja Potentiaalinen lähinnä keskisyviin, ajoittain 34 kerrostuviin järviin, ei aina auta leväongelmiin
Kiitos mielenkiinnosta 35