Vantaanjoen valuma-alueelta peräisin olevan liuenneen orgaanisen aineksen määrä, laatu ja hajoaminen Itämeressä Laura Hoikkala, Helena Soinne, Iida Autio, Eero Asmala, Janne Helin, Yufei Gu, Yihua Xiao, Anssi Vähätalo, Harri Kuosa HENVI Science Days 14.5. 2014
DOM= liuennut orgaaninen aines Liuennut: läpäisee noin <0.2 µm huokoskoon suodattimen suurin osa bakteereista jää suodattimeen sisältää virukset ei vajoa DOC= liuennut orgaaninen hiili DON= liuennut orgaaninen typpi DOP= liuennut orgaaninen fosfori
Ilmakehän CO 2 ~ 750 10 15 g C DOM ~ 700 10 15 g C POM ~ 30 10 15 g C Elävät organismit ~ 3 10 15 g C Itämeri DOM ~ 75 10 12 g C >50 % peräisin maalta POM ~ 0.7 x 10 12 g C
Kromoforisilla DOM-yhdisteillä (CDOM) suuri merkitys veden väriin ja valon vaimenemiseen vesipatsaassa DOM-kuorma voi vähentää kasviplanktontuotantoa DOC n. 10-30 mg C l -1 DOC n. 10-15 mg C l -1
Ilmakehän CO 2 CO 2 + HCO 3- + CO 3 2- Jokiveden DOM NH 4 + PO 4 3- Kasviplankton Horisontaalinen kulkeutuminen Ravintoverkko Toisenvaraiset bakteerit Flokkuloituminen Sedimentoituminen
Jokiveden DOM Flokkuloituminen Sedimentoituminen
Ilmakehän CO 2 CO 2 + HCO 3- + CO 2-3 Jokiveden DOC -DOM-kuorma lisää toisenvaraista tuotantoa ja voi lisätä eutrofikaatiota -Osa bakteerien kuluttamasta DOCista vapautuu hiilidioksidina, osa sitoutuu bakteeribiomassaan ja voi kulkeutua ylemmille trofiatasoille -10-50% sedimenttien orgaanisesta aineksesta peräisin maalta Ravintoverkko Toisenvaraiset bakteerit Sedimentoituminen
NH 4 + PO 4 3- -DOM-kuorman labiilit liuenneet orgaaniset typpi ja fosforiyhdisteet ravinteiden lähde kasviplanktonille Jokiveden DON ja DOP Kasviplankton Toisenvaraiset bakteerit Ravintoverkko
Ilmakehän CO 2 CO 2 + HCO 3- + CO 3 2- NH 4 + Jokiveden DOM -Noin 50% jokien tuomasta DOM-kuormasta voi hajota Itämeressä valokemiallisesti Toisenvaraiset bakteerit
Vantaanjoen DOM-kuorma: Kuinka valuma-alueen maaperä ja maankäyttö vaikuttavat DOM-kuormituksen määrään, laatuun ja hajoavuuteen Itämeressä?
DOM kuorma Vantaanjoelta 1) DOC, DON, DOP ja CDOM N. 25 pistettä, 10 näytteenottoa vuoden aikana (VHVSY) Maaperä ja maankäyttötiedot Virtaama -> Vuosittainen kuorma 2) Eri lähteistä peräisin olevan DOCin hävikit Itämerellä Syksy 2012 ja kevät 2013 Flokkuloituminen Biologinen hajoaminen Valokemiallinen hajoaminen 0 2 8 km
Flokkuloituminen: Jokivesi suodatettiin partikkelivapaaksi (<0.2 µm) Näytteisiin lisättiin merisuolaa -> suolaisuus 6 (DOC ennen)- (DOC jälkeen) = flokkuloituminen Keskimäärin 2% (max 5%) flokkuloitui Biologinen hajoaminen: Jokivesinäytteisiin lisättiin bakteeriyhteisö Suomenlahdelta Biologisesti hajoava DOC : NH 4+ ja PO 4 3- lisäys Biologisesti hajoava DON: Glukoosi ja PO 4 3- lisäys Kahden kuukauden kasvatus Pimeässä,+15 C
9 12 näytepistettä, joiden osavaluma-alueilla gradientti: Maankäytössä: Pelto (0-50%) ja Metsä (39-100%) Maaperässä: Orgaaninen maa (0-30%), Savimaa (0-74%) ja karkea mineraalimaa (4-67%)
Lähteen vaikutus DOM-kuorman määrään ja laatuun Syksy 2012, redundanssianalyysi DOC: 8 32 mg C l -1 DON: 0.2 1.0 mg N l -1 DOC: DON - suhde: 23 52
Valuma-alueen orgaanisen maan osuudella suuri merkitys DOC-pitoisuuksiin Syksy 2012 3000 2500 DOC µmol C L -1 2000 1500 1000 500 0 y = 112,36x + 738,08 R² = 0,829 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 Organic soil%
Peltojen osuus nosti DON-kuormaa syksyllä SYKSY DON 49-76% liuenneesta typestä DON µmol N L-1 80 60 40 20 0 y = 1,8769x + 23,924 R² = 0,7011 Organic soil > 8% y = 0,6641x + 16,573 R² = 0,9617 0 20 40 60 Organic soil < 8% KEVÄT DON 18-65% liuenneesta typestä DON µmol N L -1 150 100 50 0 0 20 40 60 80 100 Pelto%
Orgaanisen maan osuudella oli suurin merkitys biologisesti hajoavan DOCin määrään 70 Bakteerien hengitys (µmol Cl -1 ) 60 50 40 30 20 10 0 0 50 100 150 Inkubointipäivä Bakteeribiomassa (µmol C l -1 ) Syksyn kokeessa 3-8% ja Kevään kokeessa 5-18% DOCista kulutettiin kokeen aikana 35 30 25 20 15 10 5 0 0 50 100 150 Inkubointipäivä Organic Field Organic Forest Clay Field Clay Forest
Kevät 2013 35%± 18% DONista oli biologisesti hajoavaa DONin osuus biologisesti saatavilla olevan typestä n. 20% BDON: saatavilla oleva N 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% 0 20 40 60 80 100 Pelto % Kasvatuskokeessa bakteerit kuluttivat vain orgaanista typpeä
Valokemiallinen hajoaminen (kevät 2013): Suodatus partikkelivapaaksi (< 0.2 µm) Epäorgaaninen hiili poistettiin näytteistä Valoaltistus: Xenon lampulla Altistus vastasi 3 kesäpäivän säteilyä Etelä-Suomessa + 15 C Kontrollinäytteet peitettiin säteilytyksen ajaksi foliolla
DIC:n tuotto mmol C m -2 d -1 2,0 1,6 1,2 0,8 0,4 0,0 y = 0,0074x + 0,8744 R² = 0,862 0 20 40 60 80 100 Orgaaninen % Orgaanisen maaperän osuudella suurin vaikutus DOCin valokemiallisen hajoamisen määrään 5-9% DOCista hajosi valoaltistuksen aikana epäorgaaniseksi hiileksi
Yhteenveto Valuma-alueen ominaisuuksilla suuri merkitys DOM-kuorman määrään Tutkituista parametreistä orgaanisen maaperän osuus vaikutti voimakkaimmin DOC kuorman määrään Biologisesti hajoavan DOCin määrään Valokemiallisesti hajoavan DOCin määrään Maankäyttö vaikutti DOM-kuorman laatuun syksyn kokeessa Peltojen osuus lisäsi DON-kuormaa ja laski DOMin C: N suhdetta Peltojen osuus korreloi positiivisesti bakteeribiomassan kasvun kanssa Biologisesti hajotettavissa oleva DON voi muodostaa merkittävän osuuden biologisesti käytettävissä olevasta typpikuormasta
Kiitos! Helsingin Yliopiston Ympäristötutkimuksen ja opetuksen yksikkö (HENVI) Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus (MTT) Suomen Ympäristökeskus (SYKE), Merikeskus Jyväskylän yliopisto, Bio- ja ympäristötieteiden laitos Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistys ry