REHEVÖITYNEIDEN JÄRVIEN RAVINTOKETJUKUNNOSTUS JA HOITO

Tmi J Niinimäki REHEVÖITYNEIDEN JÄRVIEN RAVINTOKETJUKUNNOSTUS JA HOITO Ve 2 10.3.2008 Tmi J Niinimäki Juhani Niinimäki Juhani Niinimäki 10.3.2008

Sisältö 1 Johdanto... 3 2 Järvityypit ja käyttökelpoisuusluokat... 5 3 Rehevöitymisen tunnusmerkit... 7 3.1 Ravinnepitoisuudet... 7 3.2 Happi... 8 3.3 Sedimentoituminen... 9 3.4 Sedimentti... 10 3.5 Pohjaeläimet... 12 3.6 Vesikasvit... 13 3.7 Planktonlevät... 15 3.8 Samennus... 18 3.9 Eläinplankton... 19 3.10 Kalat... 20 3.10.1 Särki (Rutilus rutilus L.)... 24 3.10.2 Salakka (Albumus alburnus L.)... 25 3.10.3 Pasuri (Abramis bjoerkna L.)... 25 3.10.4 Lahna (Abramis brama L.)... 25 3.10.5 Ahven (Perca fluviatilis L.)... 26 3.10.6 Kiiski (Gymnocephalus cernuus L.)... 27 3.10.7 Kuha (Sander lucioperca L. myös Stizostedion lucioperca)... 27 3.11 Kalat ja ravinteet... 28 4 Kunnostuksen ja hoidon tavoitteet... 30 5 Lähtötietojen hankinta... 30 5.1 Hydrologiset tiedot... 31 5.2 Valuma-alueen kuormitus ja sen lähteet... 32 5.2.1 Viemäröinnin piirissä oleva asutus... 32 5.2.2 Haja- ja loma-asutus... 32 5.2.3 Taajamien hulevedet... 33 5.2.4 Peltoviljely... 33 5.2.5 Karjatalous... 34 5.2.6 Metsätalous... 35 5.2.7 Ominaiskuormitukset... 35 5.3 Ulkoisen kuormituksen sieto... 36 5.4 Järven sisäinen kuormitus... 37 5.4.1 Kalasto ja kalastus... 41 5.4.2 Pohjaeläimistö... 43 5.4.3 Kasviplankton... 44 5.4.4 Eläinplankton... 44 5.5 Järven tila ja sen seuranta... 44 5.5.1 Havainnointi... 44 5.5.2 Fysikaallis-kemialliset seurannat... 45 5.5.3 Biologiset seurannat... 45 5.6 Kalasto ja kalastus... 46 6 Kuormitusta estävät toimenpiteet valuma-alueella... 46 6.1 Peltoviljely... 46 6.2 Karjatalous... 47 1

6.3 Haja-asutus... 48 6.4 Hulevedet... 48 6.5 Metsätalous... 49 7 Järvellä toteutettavat kunnostustoimenpiteet... 49 7.1 Sedimentti... 49 7.1.1 Ruoppaus... 49 7.1.2 Kemiallinen käsittely... 49 7.1.3 Pöyhintä... 51 7.1.4 Järven tilapäinen kuivattaminen... 52 7.2 Vesikasvustot... 52 7.3 Hapetus... 53 7.4 Hoitokalastus... 54 8 Järven jatkuva hoito... 56 8.1 Seurantaohjelma... 57 8.2 Korjaavat hoitotoimet... 57 9 Kunnostuksen vastuu... 57 10 Tutkimustarpeita... 58 11 Kunnostuksen kustannukset... 60 12 YHTEENVETO... 61 Lähteet Liitteet 2

1 Johdanto Järvien luontaista rehevöitymiskehitystä on monissa järvissä huomattavasti nopeutettu erilaisilla ihmisten toiminnoilla. Järveen on saattanut kohdistua runsas ulkoinen kuormitus esim. asumajätevesistä. Sen seurauksena järviin on kulkeutunut ja samalla sedimenttiin keräytynyt ravinteita, jotka aiheuttavat järven rehevöitymistä, ja vaikutus tuntuu sisäisenä kuormituksena vielä pitkään senkin jälkeen kun ulkoinen kuormitus on merkittävästi vähentynyt. Monissa järvissä ulkoinen kuormitus edelleen ylittää järven teoreettisen ravinteiden vastaanottokyvyn. Siis jos tarkastellaan järven rehevöitymistä ja sen vaikutuksia, kuten levähaitat ja kalaston särkikalavaltaistuminen, niin sekä ulkoinen että myös aikaisemman kuormituksen aiheuttama sisäinen kuormitus saattavat tapauksesta riippuen molemmat vaikuttaa järven tilaan pitämällä järven tilan rehevänä. Aikanaan voimakkaasti asumajätevesillä kuormitettuja järviä ovat olleet mm. Tuusulanjärvi, Lahden Vesijärvi (Enonselkä) ja Vihdin Enäjärvi. Jätevesien johtaminen näihin järviin lopetettiin jo kymmeniä vuosia sitten, mutta järvien tila kuormituksen merkittävästä vähenemisestä huolimatta ei parantunut siinä määrin kun aluksi uskottiin. Sisäinen kuormitus jäi vaikuttamaan näiden järvien tilaan jäljelle jääneen ulkoisen kuormituksen ohella. Nyttemmin tilanne näillä järvillä on monien kunnostustoimenpiteiden ansiosta paljon parempi kuin se oli huonoimmillaan 1960-80-luvuilla. Toisenlainen esimerkki on Säkylän Pyhäjärvi, joka sedimenttitutkimusten mukaan oli 1800-luvulla paljon nykyistä rehevämpi, mutta järven pinnan lasku muutti järven sameavetisestä kirkasvetiseksi ja toisaalta erittäin kalatuottoisaksi järveksi (Laituri 2007). Sielläkin on viime vuosikymmeninä todettu lisääntyvää rehevöitymiskehitystä. Rehevöityneitä järviä on varsinkin Etelä-Suomessa. Tosin monet niistä ovat olleet jo luonnostaan reheviä. Rehevöitymiskehitys voidaan ehkä pysäyttää tai sitä ainakin hidastaa, mutta järven tilan parantaminen on vaativa ja aikaa vievä tehtävä. Erityisesti pahiten rehevöityneet ja virkistyskäyttöarvoltaan tärkeät järvet tarvitsevat kunnostusta eli erilaisia toimia, joilla järven tilaa saadaan käyttökelpoisuudeltaan paremmaksi. Kunnostuksen jälkeen järveä täytyy hoitaa, jotta tilanne säilyy kunnostuksella saavutetussa tilassa. Jokainen järvi on erilainen ja sairauden laatukin vaihtelee. Erityisesti tässä tarkastelussa on kiinnitetty huomiota ravintoketjukunnostukseen. Kunnostuksen avulla voidaan järven tilaan vaikuttaa, vaikka järven rehevyyttä ei saataisikaan merkittävästi alenemaan. Ravintoketjun positiivinen muutos parantaa kalastusmahdollisuuksia ja rajoittaa levähaittoja eli lisää järven käyttökelpoisuutta. Kunnostus- ja hoito täytyy suunnitella aina järvikohtaisesti huomioiden myös järven valuma-alue. Järvien kunnostusta yleensä ja laajemmin on käsitelty Suomen ympäristökeskuksen julkaisussa Järvien kunnostus (Ulvi & Lakso 2005). Myös Suomen ympäristöhallinnon www.ymparisto.fi kotisivulta löytyy monia järviin ja niiden kunnostuksiin liittyviä tekstejä. Vesivelho-hankeen loppuraportti Suunnitteluohjeistus rehevien järvien kunnostamiseen (Airaksinen 2004) käsittelee kunnostusten organisointia ja toteutusta. Myös alueelliset ympäristökeskukset ovat laatineet kunnostusoppaita, mm. Lounais-Suomen järvikunnostusopas (Lounais-Suomen ympäristökeskus 2003 ja 2007). Useiden järvien vedenpintaa laskettiin 1800-luvulla ja 1900-luvun alkupuolella. Vasta 1960- luvulla uuden vesilain tultua voimaan alettiin kartoittaa systemaattisemmin järviemme tilaa ja miettiä keinoja rehevöityneiden järvien kunnostamiselle (Leino-Kaukiainen 1999). Järvikunnostuksiin perehtyneenä uranuurtajana meillä Suomessa voidaan pitää 3

vesihallinnossa näitä asioita tutkinutta Paavo Seppästä (Seppänen 1973). K. Matti Lappalainen Vesi-Eko Oy:stä toi Suomessa keskusteluun esille käsitteen järven sisäisestä kuormituksesta ja taisipa olla ensimmäisiä niistä, jotka puhuivat hoitokalastuksesta yhtenä järven kunnostuskeinona. Hän on myös tutkinut ja kehittänyt ilmastus- hapetus- ja muita laitteita järvikunnostukseen. Jouko Sarvala Turun yliopistossa aloitti ravintoketjututkimukset Säkylän Pyhäjärvellä (mm. Sarvala ym. 1997). Häneltä on myös valmistunut pitkäaikaisseurantatutkimusraportti Littoistenjärvestä (Sarvala 2005). Juha Keto Lahden kaupungista on ollut keskeinen henkilö käynnistämässä Lahden Vesijärven kansainvälisestikin tunnettua kunnostushanketta sekä tehnyt pitkäjännitteistä työtä monien muiden Lahden ympäristön järvien tilan parantamiseksi (Keto 2006). Ilkka Sammalkorpi Suomen ympäristökeskuksesta on ulkomaisten tutkijoiden kera hankkinut kansainvälisiä kokemuksia ravintoketjukunnostuksesta (Jeppesen & Sammalkorpi 2002). Kalastusyrittäjä Kari Kinnunen kehitti hoitokalastuksia suorittavana ammattilaisena intohimoisesti jo 1980- luvulta lähtien tehokkaita hoitopyyntimenetelmiä ottaen niihin mallia mm. ammattikalastajien Pohjois-Suomessa jo vuosisatoja käyttäneistä pyyntitavoista. Aihetta sivuavia tutkimuksia ja väitöskirjoja ovat laatineet ainakin Jukka Horppila Vesijärvestä (Horppila 1994, Horppila & Peltonen 1994) ja Kirsti Vakkilainen (2005) sen litoraalialueista, Leena Nurminen (2006) Hiidenveden vesikasveista ja Mikko Olin (2006) hoitokalastuksesta yleensä sekä Marjo Tarvainen (2007) särkien ja kiiskien kuormitusvaikutuksista. Hannu Majuri (2001) on tarkastellut vesistökunnostusten hyötyarviointia. Rehevän järven kunnostusmenetelmän valinnasta laati lisensiaattityön Tero Väisänen (2003). Yksinkertaisia vedenlaatumalleja on käsitellyt Granlung & Granlund (2006). Tietysti myös monet muut henkilöt ovat tehneet arvokasta työtä järvien tilan parantamiseksi. Suomen limnologian yhtenä uranuurtajana voitaneen pitää professori Heikki Järnefelt iä, jonka teoksesta Vesiemme luonnontalous (Järnefelt 1958) tämänkin tekstin kirjoittaja sai aikanaan perustietoa järviemme limnologiasta. Ensimmäisen laajemman järvikunnostusta käsittelevän opaskirjan toimitti Ilmavirta (1990). Tämä kirjoitus on tehty järvikunnostuksen suunnitteluja tehneen henkilön näkökulmasta ja perustuu osaksi internetin kautta hankittuun lähdeaineistoon ja lisäksi kirjoittajan omiin havaintoihin sekä kenttäkokemuksiin vesistö- ja kalatutkimustehtävissä vuodesta 1962 lähtien. Tavoitteena tässä työssä on ollut luoda kokonaiskuva siitä, mitä on järven rehevöityminen, ravintoketju ja miten niihin voidaan kunnostustoimilla vaikuttaa. Painopiste on itse järven ekologian ja siihen vaikuttamisen tapahtumissa kuten ravintoketjukunnostuksessa. Itse kunnostusmenetelmiä tässä on tarkasteltu melko pintapuolisesti, koska perusteellisemmat kuvaukset niistä löytyvät mm. edellä mainitusta Järvien kunnostus - julkaisusta (Ulvi & Lakso 2006). Kiitokset Sauli Vataselle tekstin oikolukemisesta ja kommentoinnista. 4

2 Järvityypit ja käyttökelpoisuusluokat Suomessa on sisämaan järvien ja lampien pinta-ala noin 32 000 km 2 toisin sanoen lähes 10 % maan kokonaispinta-alasta. Yli yhden hehtaarin kokoisia järviä on noin 56 000 ja yli 500 m 2 :n järviä ja lampia noin 188 000 (Eloranta 2004). Suomesta tuskin löytyy kahta aivan samanlaista järveä. Järvet voidaan tyypitellä monella eri kriteerillä. Oleellisia järvityyppeihin vaikuttavia seikkoja ovat valuma-alue, sen koko ja laatu, itse järven koko ja muoto, syvyyssuhteet ja lämpötilakerrostuneisuus sekä järven kehityshistoria. Matala järvi ei muodosta pysyvää lämpötilakerrosta avovesiaikana. Talvella jääpeitteinen matalakin järvi kerrostuu. Valon tunkeutuminen pohjaan asti taas on matalan järven tilaan merkittävästi vaikuttava ja vesikasvillisuutta lisäävä tekijä. Veden sameus estää valon tunkeutumista ja rajoittaa pohjakasvillisuutta. Sameus saattaa yleensä johtua joko saviaineksesta, humuksesta tai levistä. Syvemmät tai tuulelta suojaiset järvet kerrostuvat lämpötilan suhteen myös avovesiaikana siten, että muodostuu lämmin pintavesikerros (epilimnion) ja sen alapuolelle viileän veden alusvesikerros (hypolimnion). Näiden välissä on vaihettumiskerros (harppauskerros). Järvi voi olla valuma-alueesta riippuen myös kirkasvetinen, sameavetinen tai humuspitoinen eli ruskeavetinen. Karua kirkasvetistä järveä kutsutaan oligotrofiseksi, rehevää järveä eutrofiseksi ja siltä väliltä olevaa mesotrofiseksi. Tunnetuin on ns. limnologinen tyyppisysteemi, joka perustuu vesien tuotantobiologiaan Erittäin runsasravinteiset järvet (hypertrofia; fosforipitoisuus > 150 μg/l) Runsasravinteiset järvet (eutrofia; fosforipitoisuus 50-150 μg/l) Keskiravinteiset järvet (mesotrofia; fosforipitoisuus 15-50 μg/l) Niukkaravinteiset järvet (oligotrofia; fosforipitoisuus 5-15 μg/l) Erittäin niukkaravinteiset järvet (ultraoligotrofia; fosforipitoisuus < 5 μg/l) - Huom. ruskeavetiset järvet (dystrofia), usein karuja Vyöhykettä, missä valo tunkeutuu pohjaan, kutsutaan litoraaliksi. Sitä syvempi alue on ulappa eli pelagiaali. Valotonta syvänveden vyöhykettä kutsutaan profundaaliksi. Vedenlaatu ja järven tila ratkaisevat sen käyttökelpoisuuden esim. talousvedeksi, uimiseen tai kalastukseen. Yleisen käyttökelpoisuuden perusteella järviä on myös luokiteltu viiteen luokkaan; I = Erinomainen, II = Hyvä, III = Tyydyttävä, IV = Välttävä ja V = Huono. Luokituksessa käytetyt kriteerit on esitetty taulukossa 1. Mahdollisia järven kunnostus- tai hoitotoimenpiteitä on syytä harkita silloin, kun järvi kuuluu käyttökelpoisuusluokkaan huono tai jos on merkkejä siitä, että järven käyttökelpoisuus on muuttunut tai on vaarassa muuttua aikaisempaa huonompaan laatuluokkaan. 5

Taulukko 1. Pintavesien yleisen käyttökelpoisuuden luokittelussa käytetyt muuttujat ja niiden luokkarajat sisävesissä (Suomen ympäristö 2006). Muuttuja yksikkö Erinomainen Hyvä Tyydyttävä Välttävä Huono a-klorofylli µg l -1 <4 <10 <20 20-50 >50 Kokonaisfosfori µg l -1 <12 <30 <50 50-100 >100 Näkösyvyys m >2,5 1-2,5 <1 - - Sameus FTU <1,5 >1,5 - - - Väriluku <50 50-100 <150 >150 <200 1) Happipitoisuus päällysvedessä % 80-100 80-110 70-120 40-150 vakavia happiongelmia Alusveden µg l -1 ei ei satunnaista esiintyy yleistä hapettomuus Hygienian kpl/100 ml <10 <50 <100 <1000 >1000 indikaattoribakteerit Petokalojen Hgpitoisuus mg kg -1 - - - - >1 As, Cr, Pb µg l -1 - - - <50 >50 Hg µg l -1 - - - <2 >2 Cd µg l -1 - - - <5 >5 Kokonaissyanidi µg l -1 - - - <50 >50 Levähaitat ei satunnaisesti toistuvasti yleisiä runsaita Kalojen ei ei ei yleisiä yleisiä makuvirheet 1) luonnontilaisissa humusvesissä Myös monia muita järvien luokituksia on tehty mm. vesikasvustojen tai pohjaeläimistön koostumuksen mukaan. EU:n vesipolitiikan puitedirektiivi astui voimaan 22.12.2000 (Vesipuitedirektiivi 2000). Sitä vastaava kansallinen laki vesienhoidon järjestämisestä lakiin liittyvine asetuksineen sekä muut Suomen lainsäädäntöön tarvittavat muutokset tulivat voimaan 1.1.2005. Tavoitteena on vesiensuojelun kehittäminen niin että vesistöjen tila ei ainakaan heikkene ja että saavutetaan kaikkien pinta- ja pohjavesimuodostumien hyvä ekologinen tila vuoteen 2015 mennessä. Tavoite on Suomen oloissa erittäin haasteellinen. Kullekin vesistötyypille osoitetaan häiriintymätön vertailuvesistö tai johdetaan muulla tavoin vertailutila. Vesistöjen ekologinen tila määritellään vertailuvesistöihin nähden käyttäen direktiivin liitteessä (V) lueteltuja pakollisia biologisia muuttujia tai niihin vaikuttavia hydromorfologisia tai fysikaalis-kemiallisia tekijöitä. Direktiivin mukaan vesistön ekologinen tila voi olla erinomainen, hyvä, tyydyttävä, välttävä tai huono. Käytännön kannalta merkittävin rajanveto käydään hyvän ja tyydyttävän tilan välillä, koska tavoitteena on hyvä tila. Suomen järvien direktiivin mukaisen tyypittelyn oli määrä valmistua vuoden 2004 aikana. Ympäristöviranomaisten laatima ekologisen tilan arviointijärjestelmä hakee kuitenkin vasta muotoaan. Arviointimenetelmiä on kuitenkin kehitetty aktiivisesti jo muutaman vuoden ajan ja alustavia tila-arvioita voidaan jo tehdä epävirallisilla menetelmillä (Lepistö ym. 2003, Suomen ympäristö 2006, Tammi ym. 2006). Eurooppalaisten vesistötutkijoiden laajana yhteistyönä on valmistunut yleiseurooppalainen matalien järvien ekologisen tilan arviointijärjestelmä, ns. ECOFRAME (Moss ym. 2003). 6

Vesipuitedirektiivin (2000/60/EY) 5 artiklan mukaisessa yhteenvetoraportissa vesien ominaispiirteiden ja vaikutusten alustavassa tarkastelussa Suomi on jaettu kahdeksaan vesienhoitoalueeseen. Raportoituja jokia oli 82 kpl (6 957 km), järviä 112 kpl (17 435 km 2 ), rannikkovesiä 32 437 km 2 (Ahvenanmaa mukaan luettuna) ja pohjavesialueita 6 129 km 2. Pintavedet tyypiteltiin 6 joki-, 3 järvi- ja 14 rannikkovesityyppiin. Lisäksi määritettiin alustavasti keinotekoiset ja voimakkaasti muutetut joet, järvet ja rannikkovedet. Ihmisen toiminnan aiheuttamasta pintavesien kuormituksesta tehtiin yhteenveto vesienhoitoalueittain ja määritettiin merkittävimmät I luokan pohjavesille riskiä aiheuttavat toiminnot. Lisäksi tunnistettiin alustavasti huomattavien ihmistoiminnan vaikutusten alaiset joet, järvet ja rannikkovedet. Raportissa on myös esitetty vesienhoitoalueittain yhdyskuntien vedenhankinnan ennusteet ja yhdyskuntien vesihuollon kustannusten kattavuus (Suomen ympäristökeskus 2006). 3 Rehevöitymisen tunnusmerkit Vesien tuotanto perustuu auringon säteilyyn ja ravinteisiin. Auringon energiaa sitovat rantojen suurkasvit ja mikrolevät sekä vapaan veden kasviplankton. Kasvituotannon varassa elää monimuotoinen kuluttajien joukko: bakteereita, pohja- ja planktoneläimiä, kaloja, lintuja, nisäkkäitäkin. Vesiekosysteemin tilaa kuvaavatkin parhaiten erilaiset biologiset muuttujat. Ihmisen kannalta ei ole merkitystä sillä, miten paljon fosforia vedessä on. Sen sijaan on tärkeää, onko vesi kirkasta vai sameaa, onko siinä myrkyllisiä leviä, onko arvokaloille riittävästi ravintoa, miten korkea on kalatuotanto ja millaisista lajeista se koostuu. Järven kunto ei siis riipu pelkästään ravinnekuormituksesta, vaan veden laatuun vaikuttaa myös eliöyhteisön rakenne ja toiminta, eli biologisten osakkaiden ja fysikaalisen ja kemiallisen ympäristön vuorovaikutukset (Sarvala 2005 viittaa Scheffer 1998). Erityisesti kaloilla on tässä ratkaiseva osuus (Sarvala 2005). 3.1 Ravinnepitoisuudet Fosfori (P) ja typpi (N) ovat hiilen (C) ohella keskeiset järven perustuotantoa yllä pitävät alkuaineet. Hiili ja ravinteet yhdessä ultraviolettisäteilyn eli auringon valon kanssa muodostavat järven perustuotannon. Järvissä perustuotantoa ylläpitävä minimiravinne on yleensä fosfori. Perustuotanto eli yhteytystoiminta tavallisesti lisääntyy kun veteen tulee enemmän ravinteita. Siten lisääntynyt fosforikuormitus yleensä aiheuttaa järven rehevöitymistä. Fosforia vedessä voi esiintyä leviin sitoutuneena, kiintoainepartikkeleihin kiinnittyneenä tai liukoisena fosfaattifosforina (PO 4 -P). Liuennut fosfaatti on suoraan levien hyödynnettävissä. Fosforin biologinen sitoutuminen järvissä tapahtuu pääasiassa kasviplanktonin toimesta, mutta myös bakteerit, perifyton ja korkeammat kasvit kilpailevat fosforista. Litoraalivyöhykkeen kasvillisuus on tässä suhteessa tärkeä. Eläinplankton käyttää ravinnokseen 7

puolestaan ns. hiukkasfosforia. Perustuotannon vaikutuksesta veden fosfaattifosforipitoisuus voi alentua jopa alle analyysitarkkuuden (Granlund & Granlund 2006). Typpi voi esiintyä nitraatti- (NO 3 -N), nitriitti- (NO 2 -N) ja ammoniumtyppenä (NH 4 -N). Ammonium kuluttaa happea ja suurempina pitoisuuksina se on myrkyllistä mm. kaloille. Typpeä veteen voi tulla myös suoraan ilmasta ja eräät sinilevät hyödyntävät ilmasta veteen siirtyvää typpeä. 3.2 Happi Veteen liuennut happi on järvissä lähes kaiken elämän edellytys. Vain harvat eliöt tulevat toimeen hapettomissa tai vähähappisissa olosuhteissa. Siksi on syytä tietää ja seurata mikä on järven happitilanne ja miten se kehittyy. Valon, hiilen ja ravinteiden aiheuttama yhteytystoiminta kuluttaa hiilidioksidia ja tuottaa levien lisäksi myös happea. Siksi rehevän järven pintavedessä saattaa päiväsaikaan olla selvää hapen ylikyllästystä (happikyllästys-% yli 100). Vajotessaan levät ja muut orgaaniset partikkelit alkavat hajota ja hajotessaan ne kuluttavat alusveden happea. Kun happi loppuu pohjan läheisistä vesikerroksista niin sedimentistä alkaa liueta veteen sedimenttiin kertynyttä ja sitoutunutta fosforia. Näin pohjalietteeseen varastoitunut fosfori tulee uudelleen perustuotannon käyttöön. Tämä osaltaan kiihdyttää rehevöitymiskehitystä. Lämpötilakerrostuneisuus usein estää tehokkaasti pintaveden happea siirtymästä riittävästi alusveteen pitääkseen alusveden hapellisena. Kerrostuneisuus rikkoutuu keväällä jäiden lähdettyä ja syksyllä kun pintavesi jäähtyy. Silloin pintavedestä happea pääsee alusveteen, mutta mahdollinen pelkistynyt alusvesi voi kuluttaa happea myös pintavedestä. Joskus tästä saattaa seurata jopa kalakuolemia kun happi loppuu lyhyeksi aikaa kaikista vesikerroksista. Kun alusvedestä loppuu happi, niin myös sedimentin pintakerrokset muuttuvat hapettomiksi. Silloin esim. pohjaeläimet eivät pysty elämään hapettomilla pohja-alueilla. Orgaanista ainesta sisältävissä sedimenteissä saattaa muodostua metaanikaasua, jota sieltä sitten vapautuu. Diffuusio kuvaa ainevirtaa väkevämmästä konsentraatiosta laimeampaan konsentraatioon. Rehevässä järvessä voi diffuusion avulla sedimentin hapettomasta kerroksesta hapelliseen kerrokseen tulleiden pelkistyneiden yhdisteiden, kuten metaanin, fosfaatin, ammoniumin, raudan ja sulfidin hapettuminen vastata kirjallisuustietojen mukaan jopa 75 % koko sedimentin hapenkulutuksesta (Sommarlund ym. 1998). Kun järven loppukesällä tai lopputalvella hapellisina pysyneet syvännealueet pohjan pinnan tuntumassa todetaan muuttuneen hapettomiksi, niin se on hälyttävä merkki rehevöitymisestä. Silloin rehevöityminen saattaa olla melko nopea. Mitä laajempi pohjan pinta-ala muuttuu hapettomaksi suhteessa järven alaan ja vesimassaan, sitä tehokkaampaa on ravinteiden vapautuminen sedimentistä veteen ja voimakkaampi järveä rehevöittävä vaikutus, varsinkin jos sedimenttiin on aikojen kuluessa kuormitusten seurauksena varastoitunut runsaasti fosforia. 8

Happitilanteen kehityksessä saattaa olla vuosittaisia eroja, jotka johtuvat jäätymistilanteesta ja avovesiaikana tuulisuudesta. Jos syksyllä kerrostuneisuuden sekoittuminen ei ole täydellistä, ja jäätyminen tapahtuu aikaisin, niin talvella hapen kuluminen jään alla saattaa olla suurempaa. Jääpeite ja lumikerros estävät valon pääsyä ja uutta happea liukenemasta veteen. Myös tyyni pitkä lämmin kesä saattaa kuluttaa syvännealueen happea tehokkaammin kuin tuulinen ja kylmempi avovesiaika. Vesieliöstölle, joka yleensä on vaihtolämpöistä, on merkitystä myös sillä, että lämpimämpi vesi pystyy sitomaan liuennutta happea vähemmän saavuttaakseen täyskyllästyksen kuin kylmempi vesi. Esimerkiksi kalojen hapentarve ja -kulutus kasvavat veden lämmetessä. 3.3 Sedimentoituminen Järveen tuleva ulkoinen kuormitus, kuten orgaaninen ja epäorgaaninen kiintoaines sekä ravinteet, päätyvät lopulta jossain muodossa järven sedimenttiin, mikäli ne eivät poistu järvestä veden ulosvirtauksen tai ravinteet myös kalastuksen kautta saaliiseen sitoutuneelta osalta. Typpeä voi poistua myös ilmaan eikä se sitoudu sedimenttiin fosforin lailla. Järven pohja-alueet voidaan jakaa (1) eroosiopohjiin, joille sedimentoituneet ainekset eivät jää vaan kulkeutuvat virtausten mukana joko (2) transportaatiopohjille, missä ne saattavat viipyä jonkin aikaa, mutta ei pysyvästi, ja (3) sedimentaatiopohjille, jonne sedimentit jäävät olemaan. Järven syvyys- ja tilavuussuhteet on syytä tuntea kunnostuksen lähtötiedoiksi. Järven muiden morfologisten ominaisuuksien lisäksi on myös hyvä tuntea järven pohjan dynaamiset ominaisuudet. Aallokon aiheuttama eroosio rantavyöhykkeellä riippuu ennen kaikkea tuulen suunnasta, nopeudesta ja kestosta sekä rannan avoimuudesta (tuuliala, muoto). Esimerkiksi Ranuan- ja Takajärven sedimentin dynaaminen luokitus on laskettu järven syvyyssuhteiden, avoimuuden ym. ominaisuuksien mukaan (kuva 1). Kuva 1. Ranuan- ja Takajärven pohjien luokittelu eroosio-, transportaatio- ja akkumulaatiopohjiin (Väisänen 2005 viittaa Puro ym. 1999). 9

3.4 Sedimentti Sedimentin tila on tärkeä järven vedenlaatuun vaikuttava tekijä. Sedimenttiin saattaa olla varastoitunut suuri määrä ravinteita, lähinnä fosforia. Ravinteiden kierto veden ja sedimentin välillä osaltaan säätelee järven rehevyyttä. Tätä kutsutaan myös sisäiseksi kuormitukseksi. Ravinteiden vapautumiseen sedimentistä hapettomuuden lisäksi vaikuttavat kalat pohjaa pöyhimällä sekä siirtämällä pohjaravinnon ravinteita ulosteiden mukana vesimassaan, pohjaeläimet, sedimentistä vapautuvat kaasut, ph-arvo ja matalilla alueilla myös tuulten aiheuttama sedimentin sekoittuminen veteen eli resuspensio. Siten ravinteiden vapautuminen sedimentistä vesimassaan voi johtua kemiallisista, fysikaalisista tai biologisista vaikuttajista. Tärkeä alue on sedimentin ja veden rajapinta, sillä siellä tapahtuvat ja sijaitsee: * virtausten, aallokon ja turbulenttisen energian vaimeneminen * aineiden reaktio ja kuljetusprosessit, jotka tuottavat tai kuluttavat hiukkasmaista tai liukoista ainesta (diageneesi) * lämmön, liukoisten ja hiukkasmaisten aineiden vaihto veden ja sedimentin välillä * habitaatti suurelle pohjaeläin-, kasvi- ja mikrobi-lajistolle Rajapinnalla on tärkeä merkitys merien, järvien ja jopa jokien biologiaan, kemiaan, geologiaan ja fysiikkaan. Diffuusio on tärkein aineiden kuljetusmekanismi, koska siitä johtuu: * molekyylien lämpöliikkeestä johtuva toistensa kanssa kosketuksissa olevien aineiden vähittäinen sekoittuminen * molekyylien virta on suuremman väkevyyden puolelta pienemmän väkevyyden puolelle Diffuusioon vaikuttavat lämpötila, konsentraatioero ja sedimentin huokoisuus (Lehtoranta 2005). Vesi ja sedimentin huokosvesi ovat erillisiä kerroksia ja veden siirtyminen (advektio) on heikkoa ja näin vesikerrokset eivät sekoitu keskenään. Sedimentti-vesi rajapinnalla diffuusio on merkittävin liuenneiden aineiden kuljetusmekanismi. Boers ja Hesen (1988) hollantilaisella Loosdrecht-järvellä tekemien tutkimusten mukaan fosfaattifosforin diffuusiokerroin (laskentakaava liite 1) on suuruusluokkaa 0,3 cm 2 /d. Diffuusiokerroin kasvaa lämpötilan kasvaessa, mutta Suomessa tyypillisissä 5 15 0 C lämpötiloissa em. diffuusiokerrointa voidaan käyttää kokonaisvirheen merkittävästi kasvamatta. Sedimentin huokoisuuden (porositeetin) ja huokoisuuden mutkaisuuden (tortuositeetin) arvoina on käytetty Väisäsen (2005) viittaamia Sweertsin (1990) kokoamia arvoja erityyppisille sedimenteille. Rehevien järvien sedimentissä (Gyttja-type eli muta-lieju-tyyppi) on tyypillisesti runsaasti orgaanista ainesta ja niiden porositeetti vaihtelee välillä 0,7 0,9. 10

Tortuositeetin neliö vastaavasti vaihtelee välillä 1,0 1,4 sedimentin laadusta riippuen. Puhtaanveden tortuositeetin neliön arvo on 1. Pohjasedimentti muodostuu hienojakoisesta hiukkasmaisesta aineksesta ja se sisältää orgaanista ainesta. Orgaaninen aines kuluu sedimentissä seuraavasti: Orgaanisen aineksen hajotus (O 2 CO 2 ) bakteerit, pohjaeläimet Pelkistyneiden yhdisteiden hapetus (abioottinen ja bioottinen) NH 4 NO 3 Fe(II) Fe-oksidit [Fe(OH) 3, FeOOH] H 2 S SO 4 CH 4 CO 2 Liukoinen happi sedimentissä toimii terminaalisena elektrodin vastaanottaja-aineena (elektroniakseptorina) ja pelkistyvänä yhdisteenä orgaanisen aineksen hajotuksessa (O 2 CO 2 ). Happi estää anaerobisen hajotuksen, hapettaa pelkistyneitä yhdisteitä ja mahdollistaa pohjaeläinten esiintymisen (Lehtoranta 2005). Sedimentin hapenkulutus on voimakasta. Happi tunkeutuu vain muutaman millimetrin orgaanispitoisessa sedimentissä. Pohjaeläimet tuulettavat happipitoisella vedellä sedimenttiä usean senttimetrin syvyyteen, mikä kuitenkin vaatii pitkäaikaisia hyviä happiolosuhteita. Kun rehevässä järvessä hapetetaan sedimentin yläpuolista vesikerrosta, niin hapettamisen vaikutus sedimentin hapettumiseen on heikko koska veden sulfaattipitoisuus (SO 4 ) on korkea (Lehtoranta 2005). Pohjaan vajonneen eloperäisen aineksen fosfori mineralisoituu useimmiten fosfaattifosforiksi, joka on leville suoraan käyttökelpoinen fosforin muoto. Hapellisessa pohjassa on meidän järvissämme yleensä paljon metallioksideja, etenkin rautaoksideja, joihin fosfaattifosfori tehokkaasti sitoutuu. Hapettomissa oloissa rautaoksidit pelkistyvät, jolloin fosforia alkaa vapautua veteen. On kuitenkin osoittautunut, että prosessi on huomattavasti mutkikkaampi, ja fosforia vapautuu pohjaliejusta myös hapellisissa oloissa: tämä vapautuminen on suurimmaksi osaksi bakteeritoiminnan tulosta. Fosforin vapautumista pohjasta edistävät alhaisen happipitoisuuden ja raudan vähyyden lisäksi myös rikin ja silikaattien runsaus, korkea lämpötila ja korkea ph (Sarvala 2006). Lyhyesti sanottuna järven sedimentin läheisen vesikerroksen pysyminen tai pitäminen hapellisena rajoittaa ravinteiden kemiallista vapautumista sedimentistä veteen ja samalla osaltaan vähentää järven sisäistä kuormitusta ja rehevöitymistä. Mitä laajempi osuus järven pohjan pinta-alasta menee hapettomaksi, sitä suurempaa on kemiallinen ravinteiden liukeneminen alusveteen. 11

3.5 Pohjaeläimet Pohjaeläimet ovat tärkeä lenkki ravintoketjussa ja kalojen ravintona. Toiset lajit sietävät paremmin rehevöitymistä ja vähähappisuutta. Tällaisia ovat eräät surviaissääskien toukat ja harvasukasmadot. Rehevöityneissä vesissä alusveden, profundaalin, lajirunsaus yleensä laskee. Lajirunsautta voidaan mitata yksinkertaisimmillaan ns. lajitiheyden avulla, jossa lajimäärä suhteutetaan pinta-alaan (lajien lkm/m 2 ). Lisäksi lajien välisiä runsaussuhteita voidaan mitata tasaisuusindeksillä, joka arvioi kokonaisyksilömäärän (kpl/m 2 ) jakautumista eri lajien kesken. Pohjaeläinyhteisön taksoni- eli lajikoostumukseen liittyvät muuttujat erottelevat lähes luonnontilaiset ja kuormitetut kohteet varsin hyvin, sillä lajien erilaisista toleransseista johtuen lajikoostumuksen vaste tietyllä gradientilla (esim. happi) on käytännössä lineaarinen. Monimuotoisuuteen liittyvät yleismuuttujat (kuten lajirunsaus) erottelevat usein huonosti luonnontilaiset vertailukohteet kuormitetuista. Monimuotoisuuden vasteet eri häiriöihin ja ympäristötekijöihin ovat vaihtelevia ja vaikeasti ennustettavia (Suomen ympäristö 2006). Järvien ulapalla eläinplanktonia saalistaa kalojen lisäksi selkärangattomat pedot ja yhtenä näistä sulkasääsken toukka (Chaoborus flavicans). Tämä n. 1 cm:n mittainen hyönteistoukka käyttää ravinnokseen pääasiassa vesikirppuja ja toimii siten ravintoverkossa planktonsyöjäkalojen tavoin. Kalat valikoivat ravinnokseen mahdollisimman isokokoista ravintoa, joten sulkasääsken toukka on kaloille suosittu ravintokohde. Sulkasääsken toukka voi olla erityisen menestyksekäs savisameissa ja rehevissä järvissä, jotka ovat riittävän syviä lämpötilakerrostuakseen kesän aikana (Liljendahl-Nurminen 2006). Sulkasääsken toukkia tavattiin runsaana esiintymänä esim. Hiidenveden suurimman selän syvännealueella. Järvien syvännepohjaeläimistön tilaa kuvaavien eräiden monimuuttujien soveltuvuudesta ekologisen tilan luokitteluun on esitetty taulukossa 2 (Suomen ympäristö 2006). Rehevien hapen puutteesta kärsivien järvien syvännealueiden pohjaeläimistö on yleensä lajiköyhää tai eläimistö puutuu ja siellä viihtyvät vain vähähappisuutta kestävät lajit. Sen sijaan litoraalialueiden pohjaeläimistö on lajirikkaampaa ja runsaampaa. 12

Taulukko 2. Järvien syvännepohjaeläimistön monimuuttujia. Muuttuja Taksonomikoostumus ja monipuolisuus Taksonomien lukumäärä Tyypille ominaisten lajien lukumäärä Biomassa BQI-Chironomidae-suhde Oligochaeta/Chironomidae-suhde Runsaus, runsaussuhteet PMA, mallikantaisuusindeksi Yksilömäärä pinta-alayksikköä kohden Indikaattorilajien tiheys (Esim. Limnodrilus, Potamothtix, Chironomus, reliktiäyriäiset) Soveltuvuus ja käyttökelpoisuus Ei erityisen herkkä vähäisemmille muutoksille, toimii parhaiten äärevissä tilanteissa. Järvityypistä riippuen hyvin tai melko käyttökelpoinen muuttuja. Kokonaisbiomassa ei sovellu luokitteluun. Biomassa, josta poistettu sulkasääskien, äyriäisten ja nilviäisten massa, soveltunee paremmin. Vaatii lisäselvityksiä. Hyvä, mikäli syvänteiden syvyys ja muut olosuhteet keskenään vertailukelpoisia. Käyttökelpoisin kirkasvetisissä järvissä. Soveltuvuus yleisesti heikohko. Voi olla käyttökelpoinen tietyissä järvityypeissä. Syvyyden ja pohjanlaadun vaikutus huomioitava. Vaatii lisäselvitystä. Soveltuvuus vaikuttaa hyvältä. Huomioi taksonien väliset runsaussuhteet. Ei sovellu sellaisenaan luokitteluun. Käytetään taustatietona muissa muuttujissa. Periaatteessa soveltuvia tietyissä järvityypeissä, vaatii testausta. 3.6 Vesikasvit Vesikasvustot toimivat kalanpoikasten lisääntymis- ja suojapaikkoina. Ne myös sitovat maalta tulevia ravinteita. Kasvustot hillitsevät tuulten aiheuttamaa resuspensiota. Toisaalta rehevöityminen lisää vesikasvustojen tiheyksiä, mutta vähentää lajistoa. Liialliset kasvustot voivat rajoittaa järven käyttömahdollisuuksia ja liikkumista. Tiheät kasvustot saattavat vähentää myös vesilintujen elinmahdollisuuksia ja rajoittaa kalojen liikkeitä. Vesikasvit voidaan ryhmitellä esiintymisympäristönsä suhteen seuraavasti: Ilmaversoiset Kelluslehtiset Irtokellujat Irtokeijujat Uposlehtiset Pohjaversoiset Vesisammalet Järvikorte, Järviruoko, Järvikaisla, Ratamopalpakko (ja Haarapalpakko), Ratamosarpio, Sarat, Sarjarimpi, Isosorsimo, Kapeaosmankäämi, Leveäosmankäämi, Keltakurjenmiekka Lumme, Kaitapalpakko (ja Siimapalpakko), Uistinvita, Ulpukka, Vesitatar Isolimaska, Pikkulimaska, Kilpukka Karvalehti, Vesiherneet Ahvenvita, Heinävita, Järvisätkin, Rentovihvilä, Tylpälehtivita, Vesirutto, Ärviät Lahnaruohot, Nuottaruohot, Rantaleinikki Vesisammal Vesikasveilla on järven tilaan monia merkityksiä: Rantavyöhykkeen putkilokasvit (makrofyytit) lisäävät vesiekosysteemin energiaa perustuotannon kautta Kasvillisuusvyöhyke on tärkeä monille kalalajeille lisääntymisalueena, poikasten elinympäristönä ja saaliseläinten tuotantoalueena Rantakasvillisuus toimii suodattimena valuma-alueelta tulevalle kuormitukselle 13

Makrofyyttien juuriston kautta kulkee happea sedimenttiin parantaen pohjan tilaa Vesikasvillisuus muodostaa kasvualustan päällysleville ja muille epifyyteille Eräät kasvit tuottavat kasviplanktonlevien kasvua estäviä aineita (kilpailu esim. ravinteista ja valosta) Järven rehevöityminen vaikuttaa vesikasvustoihin litoraalialueilla seuraavasti: osmankäämikasvustot lisääntyvät järviruokokasvustot leviävät ja tihenevät ulpukka- ja lummekasvustot tihenevät ja yksittäisten lehtien koko kasvaa irtokellujat kuten limaskat lisääntyvät pohjaversoiset kasvit (esim. nuottaruoho) häviävät (näkösyvyys pienentynyt, pohja liettynyt) Rehevöitymiskehityksen edetessä järvessä ja vesikasvillisuudessa tapahtuu muutoksia: kasvillisuuden määrä kasvaa, lajisto muuttuu, alussa lajimäärä kasvaa (myöhemmin voi olla yhden lajin monokulttuureita), yksittäisten kasvien koko ja kasvustojen tiheys kasvaa (ravinteita runsaasti) vesikasvillisuuden esiintymisen alaraja nousee eli litoraalivyöhyke supistuu (veden sameus) Järven mataluus lisää rehevöitymiskehitystä. (Hämeen ympäristökeskus 2003, täydennetty: SATAVESI/Lounais-Suomen ympäristökeskus 2005) Ranta- eli litoraaliekosysteemi säätelee osaltaan järven ravinnedynamiikkaa puskuroimalla valuma-alueelta tulevaa kuormitusta sekä kytkeytymällä ulappaekosysteemiin erilaisten siirtomekanismien, esimerkiksi kalojen välityksellä (Vakkilainen 2005). Vesikasvillisuuden kehitys on hyvä ja helposti havaittava järven rehevöitymisen tai rehevyysasteen indikaattori. Litoraalin kasvittumisaste korreloi voimakkaasti järven yleisen rehevyystason kanssa (kuva 2). i Kuva 2. Litoraalin kasvittumisaste suhteessa järvien kokonaisravinnepitoisuuksiin: a) kokonaisfosfori, b) kokonaistyppi. Ravinnepitoisuudet ovat tuotantokauden loppupuolen (1.8.-31.8.) pintaveden mediaaniarvoja (Lema ym. 2003). 14

Suhteellisen korkeissakin ravinnepitoisuuksissa vesikasvit edistävät veden pysymistä kirkkaana erilaisin biologisi, fysikaalisin ja kemiallisin puskurimekanismein. Vesikasvien yksi tärkeimmistä veden laatuun positiivisesti vaikuttavista tekijöistä on sedimentin resuspension ja eroosion ehkäiseminen (Vakkilainen 2002). Esimerkiksi vesirutto, Elodea canadensis, ehkäisi syanobakteerien (sinilevien) kasvua ja myrkkytuotantoa sekä sääteli kasvi- ja eläinplanktonin välisiä vuorovaikutussuhteita. Litoraaliyhteisön rakenteessa, ja siten ravinnekuormituksen vaikutuksissa, havaittiin suurta vuosien välistä vaihtelua, mikä oli paljolti seurausta vallinneista ilmastollisista tekijöistä. Olosuhteiden voimakas vaihtelu litoraalissa voi heijastua ulappa-alueella mm. kalojen lisääntymis- ja ravintokäyttäytymisen kautta (Vakkilainen 2005). 3.7 Planktonlevät Järven rehevöitymisen selvimpiä näkyviä ja usein haitallisimpia merkkejä ovat lisääntyneet leväkukinnat. Ravinteet ja sopivat kasvuolosuhteet lisäävät kasviplanktonin määriä ja saattavat aiheuttaa niiden massaesiintymisiä esim. myrkyllisten sinilevien (syanobakteerit) muodossa. Runsaat leväesiintymät ovat merkki järven rehevyydestä ja siitä, että ravintoketju ei toimi siten kuin sen pitäisi. Ravintoketjultaan tasapainoisessa järvessä on riittävästi kasviplanktonia syöviä eläinplanktoneita, jotka pitävät kasviplanktonin määrät yleensä kohtuullisina ja leväkukinnat ovat harvinaisia. Fosfori on kaikille kasvisoluille välttämätön alkuaine, koska sitä tarvitaan mm. adenosiinitrifosfaatin (ATP) rakenneosiksi. Fosforia on kasvisolujen kuivapainosta yleensä 0,5 2 %. Levät ottavat solun sisään pääasiallisesti liuennutta ortofosfaattia, kunnes sen pitoisuus ympäröivässä vedessä laskee hyvin alhaiseksi (alle 1 mg/m 3 ) (Frisk 1978). Suhteellista levien määrää voidaan mitata lehtivihreän määrää kuvaavan klorofylli-a:n avulla. Lehtivihreän pitoisuuden kasvu vedessä ilmentää levien määrän kasvua. Suomen järvien sekä hoitokalastusjärvien kokonaisfosforipitoisuuksien suhdetta klorofylli-a:n pitoisuuksiin toisaalta järvissä, missä vesikirput olivat pienikokoisia ja toisaalta järvissä, missä vesikirput olivat suurikokoisia eli tehokkaammin kasviplanktonia laiduntavia on esitetty kuvassa 3. Hajonta samalla ravinnetasolla on laajaa, ja hajonta johtuu ravintoverkon rakenteesta (Helminen 2006). 15

Kuva 3. Ravinteiden saatavuus säätelee veden laatua (Sarvala 2000). Sinilevät (syanobakteerit, syanoprokaryootit) viihtyvät ravinteikkaassa, lämpimässä vedessä, mutta niitä tavataan myös vähäravinteisissa vesissä sekä hyvin äärevissäkin oloissa (kuumat lähteet, katakombien seinät ja aavikot). Osa sinilevistä on myrkyllisiä. Sinilevät runsastuvat yleensä loppukesällä. Sinilevät ovat havaittavissa vedessä pieninä kellertävinä tai vihertävinä siitepölymäisinä hippusina. Tyynellä säällä sinilevä muodostaa veden pinnalle harsomaisen vihertävän kalvon. Sinileväesiintymä voi näyttää hyvinkin erilaiselta riippuen paikasta runsaudesta ja "iästä". Runsas sinilevämassa värjää veden vihertäväksi ja muistuttaa vihreää maalia tai kellanvihreää hernerokkaa veden pinnassa tai rannassa. Kuivuessaan sinilevämassa voi muuttua sinivihreäksi tai jopa turkoosiksi, kun sininen fykosyaniini -väriaine vapautuu hajoavista leväsoluista. Sinilevä haisee maamaiselta, homeiselta ja tunkkaiselta. Kokemukset mm. Hollannista osoittavat, että fosforitason lasku ei takaa syanobakteerikukintojen loppumista. Syanobakteerit tulevat toimeen hyvin erilaisillakin hiilifosforisuhteilla (Sarvala 2005 viittaa Hyenstrand ym. 1998), ja matalissa järvissä sedimentin lähes rajattomista ravinnevarastoista voi sopivissa olosuhteissa pumppautua veteen suuria määriä kasviplanktonille käyttökelpoista fosforia. Ilmaston lämpeneminen voi myös nostaa matalilta alueilta tulevan sisäisen kuormituksen tasoa (Sarvala 2005 viittaa Kankaala ym. 2002). Itämerta koskeneen tutkimuksen Fosforin merkitys kukintoja muodostavien ja typpeä sitovien syanobakteerien esiintymistä säätelevänä tekijänä (Vahteri (2007) tulokset kuvaavat ehkä osin myös rehevien järvien tilannetta: Fosforiravinteen oletetaan olevan pääasiallinen syanobakteerien kasvua rajoittava tekijä lämpötilan ja valon ohella. Väitöskirjassa arvioidaan fosforin merkitystä myrkyllisten ja typpeä sitovien syanobakteerien kukintoja säätelevänä tekijänä. Solunsisäisesti varastoidun fosforin todettiin olevan tärkeä fosforin lähde kukintoja muodostaville lajeille (Aphanizomenon sp. ja Nodularia spumigena). Koeolosuhteissa N. spumigena -lajin kasvun todettiin kuitenkin olevan 16

riippumattomampi tutkituista fosforin lähteistä, kun taas Aphanizomenon sp. laji kasvoi paremmin runsasfosforisessa ympäristössä. Kenttäkokeet osoittivat kukintayhteisöjen olevan pääasiallisesti fosforivajeisia. Lisätyn fosfaatti-fosforiravinteen todettiin parantavan Aphanizomenon sp. -lajin fosforiravitsemustilaa. N. spumigena laji ei puolestaan vaikuttanut pystyvän hyötymään tämänkaltaisesta hetkellisestä lisäyksestä. N. spumigena lajilla huomattiin myös pitkäkestoisempaa ja voimakkaampaa fosforivajetta kasvukauden aikana. Sisäisen kuormituksen aiheuttaman korkean liuenneen epäorgaanisen fosforin määrän todettiin olevan pääasiallinen fosforinlähde laajoille avoimella merellä esiintyville kukinnoille. Ulkoisen kuormituksen merkitys fosforin lähteenä kukinnoille todettiin olevan vähäinen. Orgaanisten fosforiyhdisteiden luonnollinen hajoaminen fosfaattifosforiksi syksyisin sekä talvisin tapahtuvan pystysuuntaisen sekoittumisen todettiin olevan tärkeimmät tekijät, jotka asettavat saatavilla olevan fosfaatin määrän perustason seuraavaa kasvukautta varten. Kesällä tapahtuvien kumpuamisten todettiin olevan tärkeä tekijä fosforin kulkeutumisessa pintakerrokseen. Lajille ominaisista piirteistä johtuen, Aphanizomenon sp. laji hyötyy N. spumigena lajia enemmän talven ja kevään korkeista fosfaattifosforipitoisuuksista sekä kumpuamisen kautta tulevasta lisästä. N. spumigena lajin kasvu on fosforivajeisempaa ja sen pääasialliset fosforinlähteet vaikuttavat olevan solunsisäiset varastot sekä orgaaniset fosforiyhdisteet. Itämeren voidaan todeta olevan rehevöitymisen suhteen tilassa josta palautuminen parempaan on estynyt. Tämä johtuu pitkäkestoisesta ulkoisesta ravinteiden kuormituksesta, voimakkaasta fosforin sisäisestä kuormituksesta sekä typpeä sitovien syanobakteerien aiheuttamasta suuresta typpilisästä. Tätä tilaa luonnehditaan eräänlaisena rehevöitymisen aiheuttamana noidankehänä. Nielulevät (Cryptohyta) ovat yksittäin eläviä, kahdella eripituisella siimalla varustettuja soluja. Solut ovat paljaita (jäykkä seinä puuttuu), soikeita ja pisaranmuotoisia. Nielulevät ovat kokonsa, rakenteensa ja ravintoarvonsa takia planktoneläinten herkkuruokaa. Nieluleviä elää sekä makeissa että suolaisissa vesissä. Nieluleviä ryhmänä tavataan monenlaisissa vesissä, mutta ne ovat tyypillisiä etenkin humusvesissä. Osa nielulevistä on miksotrofeja eli ne kykenevät yhteyttämään kasvien lailla, mutta voivat käyttää myös esimerkiksi bakteereita ravintonaan. Niitä on runsaasti vesissä, joissa on paljon orgaanista alkuperää olevaa ainetta ja bakteereja. Panssarisiimalevät (Dinophyta) ovat yksisoluisia ja ne esiintyvät harvoin yhdyskuntina. Niillä on kaksi eripituista ja eri tavoin sijaitsevaa siimaa. Niiden nimi viittaa solun ulkopintaa peittävään, selluloosalevyistä koostuvaan panssariin. Erittäin rehevissä vesissä niitä esiintyy usein runsaasti. Suhteellisen suurikokoisten panssarisiimalevien osuus planktonyhteisöstä on huomattava sekä karuissa että kirkkaissa happamissa järvissä, joiden lajisto on muilta osin pienikokoista. Kultalevissä (Chrysophyta) tavataan kaikki levien kehitysasteet alkeellisista siimallisista muodoista aina rihmamaisiin monisoluisiin muotoihin asti. Kultalevien soluseinät ovat 17

pektiiniä, usein niissä on lisäksi piitä. Värihiukkasissa on klorofylli a:n ja karotenoidien lisäksi ruskehtavia väriaineita, ja sen vuoksi leväsolujen väri on aina jonkin verran ruskeaan vivahtava. Kultalevät ovat tyypillisiä makean veden lajeja. Alkukesällä kultalevät saattavat runsastuessaan aiheuttaa veden samentumista ja kalamaista hajua veteen. Kultalevät muodostavat joskus veden pinnalle harmahtavan, ohuen kalvomaisen massaesiintymän, joka saattaa heijastaa sateenkaaren värejä. Ilmiö voidaan havaita hyvinkin karuissa vesissä, ja sen on tulkittu ilmentävän veden alkavaa rehevöitymistä. Piilevät lisääntyvät suotuisissa oloissa nopeasti jakautumalla jopa muutaman tunnin välein. Niiden määrä voi kasvaa kymmeniin miljooniin leväsoluihin litrassa, jos vedessä on tarpeeksi ravinteita ja liukoista piitä. Runsaana esiintyessään ne voivat aiheuttaa vesilaitosten käyttämään raakaveteen pahaa hajua ja makua, ja kalalaitoksilla niiden on todettu tukkivan kalojen kiduksia. Yleisin haitta on verkkojen limoittuminen keväisin ja syksyisin. Osa piilevistä on myrkyllisiä, mutta Suomesta myrkytystapauksista ei ole varmaa tietoa. Piilevien kuoriosat säilyvät sedimenteissä tunnistettavina. Siten järven sedimenttikerrosten piilevämäärityksin voidaan päätellä järven tila kymmeniä ja jopa satoja vuosia taaksepäin (Paleolimnologia). Silmälevät (Euglenophyta) ovat yksisoluisia leviä, joilla on kaksi eripituista siimaa. Pidempi on näkyvissä ja lyhyt siima näkymättömissä solun sisällä. Autotrofisilla eli kasvien tavoin yhteyttävillä, värillisillä muodoilla on punainen silmätäplä eli stigma, ja ne ovat puhtaan vihreitä. Lisäksi on olemassa runsaasti heterotrofisia, värittömiä silmäleviä. Silmälevien solu jakautuu pitkittäin. Silmäleviin kuuluva Euglena sanguinea saattaa muodostaa runsaita verenpunaisia massaesiintymiä etenkin pienissä, matalissa ojissa ja lammikoissa. Viherleviin (Chlorophyta) kuuluu suunnaton määrä erilaisia ja erimuotoisia leviä yksinkertaisista yksisoluisista muodoista kehittyneisiin, monisoluisiin rihmamaisiin ja pensasmaisiin muotoihin saakka. Suurikokoiset meriviherlevät edustavat levien korkeinta kehitystasoa muistuttaen ulkonäöltään siemenkasveja. Nykyinen luokittelu sijoittaakin viherlevät kasvien ryhmään. 3.8 Samennus Kiintoaineen lisääntyminen vedessä johtaa samennuksen kasvuun eli valon läpäisykyvyn heikkenemiseen. Sameus voi johtua sekä epäorgaanisista tai orgaanisista aineista. Kiintoainetta, kuten savea, voi joutua järveen huuhtoutumien mukana tai sedimentistä resuspensiona. Runsaat leväesiintymät lisäävät veden sameutta. Samentumisella saattaa olla monia vaikutuksia järven tilaan. Valaistun vesikerroksen madaltuessa litoraalipohjien alue supistuu ja vesikasvillisuusalueet pienentyvät. Samoin yhteyttävä vesikerros madaltuu, mikä taas vähentää perustuotantoa. Sameuden vähentyessä eli veden kirkastuessa vaikutukset taas ovat päinvastaisia. Savi ei sinänsä aiheuta rehevöitymistä. Saveen saattaa kuitenkin olla sitoutuneena kasviravinteita, lähinnä fosforia, joka jossain vaiheessa saattaa tulla perustuotannon käyttöön. Esimerkiksi ruoppauksen yhteydessä savi kaappaa fosforia. Eli saven esiintymisellä voi teoriassa ja ilmeisesti käytännössäkin olla jopa fosforia vähentävä vaikutus. Runsastunut 18

leväsamennus, kuten savisamennuskin, taas supistaa perustuotantoa, koska valoa veteen pääsee tunkeutumaan aikaisempaa vähemmän, ja levät vajotessaan ja hajotessaan kuluttavat alusveden happea. Tutkittaessa savisameuden vaikutusta ahveniin ja särkikaloihin todettiin, että savisameus ja myös kasviplanktonsameus voivat selvästi vaikuttaa kalojen jakaumaan. Pienet ahvenet (< 8 cm) voivat usein käyttää sameutta turvapaikkana eli näkösuojana kuten ne käyttävät vesikasvillisuutta. Pinnalla kelluvat vesikasvit todennäköisesti ovat hyvä suoja pikkuahvenille savisameissa järvissä ja tarjoavat kaloille näin varman suojan. Petokalat (predaattorit) ovat tärkeitä ympäristön valinnalle. Tärkeät vedenalaiset kasvustot saattavat vähentyä savisameissa järvissä. Ahven ja särki voivat käyttää levien aiheuttamaa sameutta suojana kun vesikasvit katoavat (Pekcam-Hekim 2007). 3.9 Eläinplankton Eläinplankton koostuu sekä yksisoluisista että monisoluisista eläimistä. Siima- ja ripsieliöt ovat yleisimpiä yksisoluisia planktoneliöitä ja planktonäyriäiset ja rataseläimet yleisimpiä monisoluisia planktoneliöitä. Planktoneläimet käyttää ravintonaan vedestä bakteereita, kasviplanktonia sekä toisiaan. Planktoneläimet ovat tehokkaita planktonlevien laiduntajia. Niukkatuottoisissa vesistöissä ne voivat käyttää ravinnokseen lähes kaiken kasviplanktonin. Ylijäävä ainesosa vajoaa pohjaan, missä osan siitä hajottavat bakteerit ja osa sedimentoituu. Eläinplankton on tärkeä energian ja ravinteiden siirtäjä vesiekosysteemin ravintoverkossa. Eläinplankton syö mm. kasviplanktonia. Eläinplanktonia syövät kalojen nuoruusvaiheet ja useat aikuiset kalat sekä halkoisjalkaäyriäiset. Eläinplankton vapauttaa ravinteita takaisin levien ja bakteereiden käyttöön. Eläinplanktonlajisto ilmentää veden ravinteisuutta, likaantuneisuutta ja suolapitoisuutta. Eläinplanktoniin kuuluu lajeja kolmesta eläinkunnan pääjaksosta: * yksisoluiset alkueläimet (ripsieläimet ja juurijalkaiset ) * niveljalkaisiin kuuluvia äyriäisiä (vesikirput ja hankajalkaiset) * rataseläimet. Vesikirpuilla ja hankajalkaisilla on rehevissä järvissä merkitystä, paisi kalojen tärkeänä ravintona, myös siksi että, ne käyttävät ravintonaan kasviplanktonia, ja runsaina isokokoisina eläinplanktoneina ne pystyvät rajoittamaan kasviplanktonin määriä ja siten estämään kasviplanktonin massaesiintymiä. Vesikirppuja ja hankajalkaisia ravintonaan käyttävien kalanpoikasten ja kalojen runsas esiintyminen ja tehokas laiduntaminen vähentävät näiden suurikokoisten eläinplanktoneiden määriä tai rajoittavat niiden kokoa siten, että vain lähinnä pienikokoisia planktoneita esiintyy. Tästä seuraa kasviplanktonin runsastumista kun niiden lisääntymistä rajoittavia eläinplanktoneita on vähän. Eläinplanktonit ovat siis ravintoketjussa eräiden kalojen ja isompien vesieläinten ravintoa. Jos järvessä on liian runsas eläinplanktoneita syövä kalakanta, niin näiden eläinplanktoneiden tiheys vähenee, ja siitä seuraa edellä kuvattu kasviplanktonmäärien lisääntyminen. 19

Litoraaliekosysteemin vakauteen vaikutti voimakkaasti yhteisön rakenne, ensisijaisesti uposlehtisen vesikasvillisuuden ja kasviplanktonia laiduntavien vesikirppujen määrä. Nämä lisäsivät ekosysteemin kykyä sietää ravinnekuormitusta, mikä näkyi vähäisenä plankton- ja päällyslevästön kasvuna. Suurikokoisten laiduntavien planktonäyriäisten (> 0.5 mm) runsaus selitti kuitenkin varsin hyvin kasviplanktonbiomassan ja ravinteisuuden välisen vaihtelun, paremmin kuin pelkkä ravintoketjun trofiatasojen määrä, ts. planktonia syövien kalojen läsnä- tai poissaolo. Tämä tulos selittynee rantavyöhykkeen monimuotoisuuteen liittyvillä tekijöillä, esimerkiksi uposlehtisten vesikasvien turvapaikan tarjoavalla vaikutuksella (Vakkilainen 2005). 3.10 Kalat Kalat, ja usein myös ravut, ovat järvistä ravintoketjun ihmisen hyödyntämä osa. Järven rehevöityminen yleensä lisää särkikalojen (mm. särki, salakka, lahna, pasuri, sulkava, sorva) osuutta ja määriä kalastossa. Särkikalat käyttävät pääosin ravinnokseen eläinplanktonia ja toisaalta pohjia tonkiessaan siirtävät sedimentistä ravinteita veteen. Siten liian suuri särkikalakanta aiheuttaa ja/tai lisää järvessä ravinnekiertoa ja sisäistä kuormitusta. Vastaavia ominaisuuksia on myös ahvenkaloihin kuuluvilla lajeilla, kiiskellä ja ahvenella. Kalastoa voidaan tarkastella esim. niiden esiintymisalueiden ja ravinnonkäytön tai eri kalakantojen mukaan kuten * pelagiset ulapoilla, rantavesissä tai pohjien tuntumassa parhaiten viihtyvät lajit * petokalat, planktonsyöjät, pohjaeläinsyöjät ja kasvissyöjät sekä kaikkiruokaiset * ahvenkalat, särkikalat ja muut Pelagisetkin kalat viettävät usein poikasvaiheen rantavesissä. Monet kalalajit, kuten esim. hauki, ahven, särki ja lahna, vaeltavat ulapan ja rantavesien suojaisten kasvustoalueiden väliä esim. riippuen elämänvaiheesta tai vuoden- ja vuorokaudenajasta. Petokalat ovat poikasvaiheessa planktonsyöjiä ja muuttuvat tietyn kokoluokan saavutettuaan petokaloiksi. Esimerkiksi ahven siirtyy kalansyöjäksi saavutettuaan noin 15 cm koon, mikäli järven ravinto-olosuhteet sallivat ahventen kasvaa tämän rajakoon yli. Jos ravintotilanne on niukka ja ahventiheys suuri, saattaa kanta jäädä pysyvästi pienikokoiseksi plankton- ja pohjaeläinsyöjäksi. Monet kalalajit käyttävät ravintonaan useita eri ravintolähteitä aina kasveista kaloihin riippuen siitä, mitä ravintoa milloinkin on saatavissa. Esimerkiksi särkikalat voivat käyttää ravinnokseen eläinplanktonia, pohjaeläimiä, kasvinosia ja mahdollisesti mätiä sekä myös kalanpoikasia. Kalojen ravinnonkäyttö ja ravintokilpailu ovatkin yksi merkittävä lajien välisiä suhteita ja kalaston esiintymisiä säätelevä tekijä. Toisten kalojen mäti ja poikaset saattavat myös olla kalojen ravintona. 20