Alueelliset ympäristöjulkaisut 213 Arja Palomäki Sisäinen kuormitus Lappajärven fosforitaseessa VAASA 2001 LÄNSI-SUOMEN YMPÄRISTÖKESKUS

/b16,6820(1 <03b5,67g (6 86 $OXHHOOLVHW \PSlULVW MXONDLVXW $UMD3DORPlNL 6LVlLQHQNXRUPLWXV /DSSDMlUYHQIRVIRULWDVHHVVD

Alueelliset ympäristöjulkaisut 213 Arja Palomäki Sisäinen kuormitus Lappajärven fosforitaseessa VAASA 2001 LÄNSI-SUOMEN YMPÄRISTÖKESKUS

ISBN 952-11-0888-6 ISSN 1238-8610 Kansikuva: Anssi Teppo Taitto: Sari Välikangas Paino: Multiprint, Vaasa Vaasa 2001 2 Alueelliset ympäristöjulkaisut 213

Sisällys 1 Johdanto... 5 2 Sisäisen kuormituksen merkitys... 6 2.1 Perustuotannon minimiravinne... 6 2.2 Sisäinen kuormitus... 6 3 Tutkimuskohde... 8 4 Aineisto ja menetelmät... 10 5 Tulokset... 12 5.1 Ainetase...12 5.2 Ulkoinen kuormitus ja sietorajat... 14 6 Tulosten tarkastelu... 16 7 Johtopäätökset... 20 Kirjallisuus... 21 Kuvailulehdet... 23-25 Alueelliset ympäristöjulkaisut 213 3

4 Alueelliset ympäristöjulkaisut 213

1 Johdanto Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää Lappajärven ulkoisen ja sisäisen fosforikuormituksen suhde fosforin kokonaisainetaseen avulla ja tehdä päätelmät siitä, onko järven kunnostuksessa painotettava ulkoisen vai sisäisen kuormituksen vähentämistä ja arvioida mikä merkitys kuormituksen vähentämisellä todennäköisesti tulee olemaan. Lappajärven tilan parantamiseksi perustettiin LappajärviLife -hanke, jossa on mukana 24 kansallista rahoittajaa ja Euroopan Unionin LifeEnvironment -rahasto. Hankkeen tavoitteena on Lappajärveen soveltuvien kunnostusmenetelmien etsiminen ja uusien kunnostusmenetelmien demonstrointi. LappajärviLife alkoi kesällä 1999 ja päättyy kesällä 2002. Nyt esitettävä tutkimus on osa LappajärviLife - hanketta. Lappajärvi oli vielä 1900-luvun alkupuolella kirkasvetinen ja veden laadultaan niukkaravinteinen järvi. Järven pintaa laskettiin 1830-luvulla ja uudelleen 1900- luvun alussa. Ihmistoiminnan vaikutus järven valuma-alueeseen kasvoi, mikä heikensi järveen tulevien vesien laatua (Meriläinen ym. 2000). Monet tekijät yhdessä saivat aikaan Lappajärven rehevöitymisen, happitilanteen heikkenemisen, vesieliöstön yksipuolistumisen ja järven virkistyskäyttöarvon alenemisen. Lappajärven rehevöitymisen vakavuus paljastui paikallisille asukkaille vuoden 1998 loppukesällä olleen vuosisadan pahimman leväkukinnan jälkeen. Fosfori on yleensä Suomen järvien perustuotannon minimitekijä, joten lisääntyvä fosforikuormitus johtaa järven rehevöitymiseen. Joissakin tapauksissa sisävesissäkin leväkasvua voivat rajoittaa muutkin tekijät, kuten typpi ja tiettyjen leväryhmien osalta muidenkin alkuaineiden esim. hiilen ja piin puute. Normaalisti järvi sitoo fosforia ja muita ravinteita sedimentaation mukana sedimenttiin. Kun järven luontainen sedimentaatioprosessi häiriintyy ja pohjasta liukenee fosforia, puhutaan sisäisestä kuormituksesta. Tarkasti ottaen ravinteita siirtyy sedimentistä veteen muutoinkin. Tällaisia prosesseja ovat tuulen (aallokon) tai kalojen aiheuttama resuspensio ja sedimentin eliötoiminnan aiheuttama bioturbaatio. Alueelliset ympäristöjulkaisut 213 5

Sisäisen kuormituksen merkitys 2 2.1 Perustuotannon minimiravinne Suurimmassa osassa järvistämme fosfori on levätuotantoa rajoittava minimiravinne (ks. esim. Pietiläinen & Kauppi 1993, Pietiläinen & Räike 1999). Minimiravinnetarkastelussa Lappajärvi kuuluu Pietiläisen & Räikkeen (1999) mukaan luokkaan lähinnä fosforirajoitteinen. Tähän luokkaan kuuluvat järvet ovat yleensä fosforirajoitteisia, mutta voivat olla loppukesällä ajoittain myös typpirajoitteisia. Vaikka typpi voikin olla tällaisissa järvissä ajoittain leväkasvua rajoittava minimitekijä, voidaan niissäkin vaikuttaa vesistön tilaan tehokkaimmin fosforikuormituksen selvällä leikkaamisella. Pelkkä typenpoisto saattaisi lisätä sinilevien määrää, koska osa sinilevistä pystyy käyttämään ilmakehän typpeä. Sinileväkukintojen on havaittu esiintyvän järvissä, joiden rehevyystaso ja fosforipitoisuus ovat korkeita (Shapiro 1990). 2.2 Sisäinen kuormitus Järveen tulevan fosforikuorman kasvaessa perustuotanto kasvaa ja vähitellen se ylittää yhä enemmän kulutuksen ja hajotustoiminnan kapasiteetin, jolloin järven sedimenttiin alkaa kertyä entistä enemmän hajoamatonta orgaanista ainetta. Hajotessaan orgaaninen aines kuluttaa happea. Sedimentin lisääntynyt hapenkulutus voi aiheuttaa hapettomuutta, jolloin sedimentoitunut fosfori liukenee kerrostuskausina uudelleen veteen. Tämä on osa sisäistä kuormitusta, mutta sisäinen kuormitus sisältää myös muita komponentteja. Vapautuakseen sedimentistä sitoutuneen fosforin täytyy ensin muuttua liukoiseen muotoon. Nämä prosessit ovat riippuvaisia sedimentin hapetus-pelkistys -tilasta siten, että fosforia sitoutuu aerobisissa prosesseissa ja vapautuu anaerobisissa. Fosfori voi kulkeutua vapaaseen veteen useilla tavoilla, mm. erilaisten virtausten, bioturbaation, ja erittäin rehevissä järvissä kaasukuplien mukana (esim. Boström ym. 1988, Lappalainen 1982, Matinvesi 1995). Sedimentin fosforin vapautuminen takaisin veteen liittyy pintasedimentissä tapahtuvaan bakteerien aikaansaamaan orgaanisen aineksen hajotukseen eli mineralisaatioon. Hapen kuluminen, sulfidien ja metaanin muodostuminen ovat kaikki bakteeritoiminnan aikaansaamia prosesseja (Gasol ym. 1993). Klassisen teorian mukaan anaerobinen fosforin vapautuminen on seuraus raudan kemiallisesta pelkistymisestä, mutta pelkistymisen aikaansaa kuitenkin mikrobiologinen prosessi, ts. bakteeritoiminta. Mikrobien mineralisoidessa orgaanista ainesta alenee redox-potentiaali, jolloin rauta-fosforiyhdisteet muuntuvat liukoiseen muotoon (ks. esim. Boström ym. 1988, Waara ym. 1993, Matinvesi 1995). Boström ym. (1988) toteavat laajassa kirjallisuuskatsauksessaan, että fosforin sitoutumista sedimenttiin ja vapautumista veteen ei voida selittää yhden yleisen mallin tai teorian avulla. Redox-potentiaalin säätelemä fosforin sedimentistä vapautuminen on monimutkaisempi prosessi kuin perinteisesti on kuviteltu. 6 Alueelliset ympäristöjulkaisut 213

Jos sedimenttiin tulevan orgaanisen aineksen määrä on suuri ja vesi lämmintä järven mataluuden vuoksi, mikrobitoiminta sedimentissä kiihtyy. Tällöin matalissa rehevissä järvessä sedimentin pintaan voi muodostua hapeton mikrokerros, jonka seurauksena fosforia vapautuu veteen vaikka itse vesimassan happitilanne olisikin hyvä (Eckerrot & Petterson 1993). Sedimentin resuspensio tarkoittaa tuulen ja kaasukuplien aiheuttamaa pohjasedimentin ja siihen sitoutuneiden ravinteiden uudelleen sekoittumista vesimassaan, ja se on suurinta matalissa, tuulille alttiissa ja rehevissä järvissä. Lappajärvessäkin on tällaisia piirteitä. Pohjaeläinten ja kalojen aiheuttama sedimentin sekoittuminen (bioturbaatio) on yksi sisäisen kuormituksen osatekijä, samoin siihen sisältyy eliöstössä kiertävä fosfori (Lappalainen & Matinvesi 1990). Esimerkiksi kaloihin voi olla sitoutuneena jopa 50-75 % vesimassan fosforivarastosta. Kalamassaan varastoituneet ravinteet palautuvat kiertoon erityksessä ja kuolleiden kalojen hajotessa, ja kalojen eritys voi kattaa merkittävän osan levien fosforintarpeesta. Pienet kalat erittävät massayksikköä kohti paljon enemmän fosforia kuin suuret kalat, siten kalaston rakenteella on suuri merkitys fosforin kierrolle (ks. esim. Sarvala ym. 1995). Rehevissä järvissä kalakanta on usein muuttunut hyvin särkikalavaltaiseksi, ja kalatiheys on erittäin suuri, jolloin ravinnosta tulee puutetta. Särkikalat syövät silloin muun ravinnon puutteessa päällysleviä ja samalla tulevat syöneeksi pohjasedimenttiä. Kalojen aiheuttaman pohjan sekoittumisen takia sekä ulosteiden mukana veteen joutuvan fosforin osuus sisäisestä kuormituksesta voi olla rehevissä järvissä hyvin merkittävä. Tämän lisäksi suuren kalatiheyden vallitessa eläinplanktoniin, erityisesti suuriin vesikirppuihin, kohdistuu voimakas laidunnuspaine, minkä seurauksena eläinplankton ei kykene kontrolloimaan kasviplanktonin määrää. Eläinplanktonissa pienet lajit tulevat vallitseviksi, jolloin ravinteet kiertävät nopeasti ja palautuvat myös nopeasti levien käyttöön. Seurauksena on leväbiomassan kasvu entisestään (esimerkiksi sinileväkukinnat) ja lajiston muuttuminen (ks. esim. Sarvala ym. 1995). Lappajärvessä särkikalojen osuus on selvästi pienempi kuin ylirehevissä järvissä, ja vallitsevia lajeja ovat kuore, ahven sekä kannanvaihteluista riippuen muikku. Särkikalojen merkitys sisäiselle kuormitukselle on siten vähäisempi kuin voimakkaasti sisäkuormitteisissa järvissä. Suurempi merkitys lienee planktonsyöjäkalojen eläinplanktoniin kohdistuvalla laidunnuksella. Järvessä, jossa on laajoja matalia alueita ja päällysveden osuus tilavuudesta on vallitseva, ravinteiden kierto päällysvedessä on kesäaikana tehokasta. Tämä on todettu mm. Pieksäjärvessä, jossa vuoden 1993 mittausten mukaan fosfori kiersi kasviplanktonbiomassan kautta 20 kertaa kasvukauden aikana (Hakkari ym. 1994). Järvissä, joissa alusveden tilavuusosuus on suuri, suurempi osa hajoavasta materiaalista ja samalla fosforista joutuu pois levien ulottuvilta tuottavasta vesikerroksesta. On huomattava, että sisäinen kuormitus kuuluu osana järven luonnolliseen ravinteiden kiertoon ja järviekosysteemin dynamiikkaan. Sisäistä kuormitusta on myös luonnontilaisissa järvissä, mutta sen osuus on pienempi tai samaa suuruusluokkaa kuin ulkoisen kuormituksen. Voimakkaasti sisäkuormitteisissa järvissä sisäinen kuormitus voi olla monikymmenkertainen ulkoiseen kuormitukseen verrattuna. Kasvaneen sisäisen kuormituksenkin alkuperäinen syy on järven siedon ylittänyt ulkoinen kuormitus. Voimakkaasti sisäkuormitteisessa järvessä pelkästään ulkoisen kuorman vähentäminen ei paranna järven tilaa, koska valtaosa fosforikuormituksesta tulee järven pohjasta. Alueelliset ympäristöjulkaisut 213 7

Tutkimuskohde 3 Noin 77 miljoonaa vuotta sitten meteoriittikraateriin syntynyt Lappajärvi on Ähtävänjoen vesistöalueen (valuma-alue nro 47) keskusjärvi (kuva 1). Se on Etelä- Pohjanmaan suurin järvi, ja sen merkitys sekä hyöty- että virkistyskäytölle on suuri vähävesistöisellä alueella. Lappajärvi on suhteellisen matala, kerrostuva järvi, joskin kerrostuneisuus saattaa purkautua kesällä jo suhteellisen aikaisin (taulukko 1). Kuva 1. Lappajärvi, tärkeimmät siihen laskevat joet ja veden laadun havaintoasema P125. 8 Alueelliset ympäristöjulkaisut 213

Taulukko 1. Lappajärven hydrologisia tietoja. Valuma-alue (km 2 ) 1527Keskisyvyys (m) 7.5 Järvisyys (%) 10.9 Tilavuus milj. (m 3 ) 1070 Pinta-ala (km 2 ) 142 Keskivirtaama (m 3 /s) 12.7 Suurin syvyys (m) 38 Teoreettinen viipymä (a) 2.8 Lappajärvessä päällysveden osuus on suuri, noin 92 % koko tilavuudesta. Pieni alusveden tilavuusosuus lisää rehevöitymisestä aiheutuvia alusveden happiongelmia. Toisaalta järven pitkä viipymä nostaa fosforin pidättymisastetta, joka ainetasetutkimusten mukaan on Lappajärvessä noin 80 % (Viitasaari 1990, Aho 1998). Järvi on voimakkaasti rehevöitynyt viime vuosikymmeninä mitattuna kasviplanktonin biomassana tai a-klorofyllipitoisuutena, ja sinileväkukinnat ovat yleisiä (Lepistö & Storberg 1995). Keskimääräinen fosforipitoisuus on kasvanut, ja ravinnepitoisuuksien perusteella järvi voidaan luokitella lähinnä meso-eutrofiseksi (kuva 2). Alusveden happiolot ovat heikentyneet: 1970-luvun loppupuolelta lähtien syvänteiden happikadot ovat toistuneet lähes joka talvi, ja kesälläkin pohjanläheisen vesikerroksen happipitoisuus on painunut hyvin alas. Sedimentissä näkyvät mustat sulfidiraidat sekä syvänteessä elävien surviaissääskitoukkien lajikoostumus kertovat myös huonoista happioloista (Hynynen ym. 1997, Meriläinen ym. 2000). Säännöstelyn aloittaminen 1960-luvun alussa nopeutti happitilanteen heikkenemistä (Granberg ym. 1989, 1993)..RN3Ã JÃ3O DNORUÃ JÃO Kuva 2. Lappajärven havaintoaseman P 125 keskimääräinen fosforipitoisuus (ylempi kaavio) 1966-1998 ja a-klorofyllipitoisuus vuosina 1977-1999 (alempi kaavio). Alueelliset ympäristöjulkaisut 213 9

Aineisto ja menetelmät 4 Fosforin kokonaisainetase Fosforin kokonaisainetaseessa otetaan huomioon ulkoisten kuormituslähteiden, järvestä lähtevän kuorman sekä veden ainesisällön muutoksen lisäksi bruttosedimentaatio sekä sisäinen kuormitus, joka lasketaan muiden edellä mainittujen tekijöiden jäännöksenä. Fosforin bruttosedimentaatio tarkoittaa kiintoaineen mukana sedimentoituvaa fosforia, ja se voidaan mitata keräysastioiden avulla. Kiintoaineen bruttosedimentaatioon sisältyy kuollut ja hajoava, järvessä tuotettu materiaali (lähinnä levät), eläinten ulosteet, järven ulkopuolelta tullut kiintoaine sekä pohjasta resuspentoitunut aines. Järven rehevöityessä bruttosedimentaatio kasvaa, mikä johtuu mm. sedimentoituvan planktonmassan kasvusta. Kokonaisainetaseen yhtälö on seuraava (Lappalainen & Varis 1987, ks. myös Lappalainen & Matinvesi 1990, Saarijärvi & Lappalainen 1999): UK + SK = LP + BS + dp/dt jossa: UK = kaikki ulkoinen kuormitus SK = sisäinen kuormitus (liukeneminen, resuspensio, pohjaeläinten bioturbaatio, kalojen pohjasta veteen siirtämä fosfori) BS = bruttosedimentaatio dp/dt = vesimassan fosforivaraston muutosnopeus (jos <0, niin vesi luovuttaa fosforia eli veden fosforipitoisuus pienenee; jos >0, niin vesi varastoi fosforia eli veden fosforipitoisuus kasvaa). Vesimassan fosforisisällön muutos (kg P/d) voidaan laskea esimerkiksi kesäajalle seuraavasti: (pitoisuus elokuun lopussa - pit. kesäkuun alussa) x vesimassan tilavuus/aika vrk. Yhtälön menopuoli (järvestä poistuva, bruttosedimentaatio sekä veden ainesisällön muutos) on katettava tuloilla, ulkoisella ja sisäisellä kuormituksella. Se, mitä ulkoinen kuormitus ei riitä kattamaan, on oltava sisäistä kuormitusta. Sisäisen kuormituksen laskentayhtälöksi saadaan näin ollen: SK = LP + BS + dp/dt - UK Nettosedimentaatio voidaan laskea bruttosedimentaation ja sisäisen kuormituksen erotuksena. Vuodenaikaisessa vaihtelussa sisäisen kuormituksen pääpaino on kesäajalla, jolloin tapahtuu pääosa järven perustuotannosta ja eliötoiminta on aktiivisimmillaan. Kesällä sisäinen kuormitus voi olla moninkertaista muihin vuodenaikoihin verrattuna. Syksyllä tuotanto samoin kuin bruttosedimentaatio vähenee, täyskierto täydentää alusveden happivajauksen, ja samalla fosforia sitoutuu sedimenttiin. Veden fosforivarasto pienenee, ja sisäisen kuormituksen arvo voi tulla jopa nega- 10 Alueelliset ympäristöjulkaisut 213

tiiviseksi. Talvella sisäinen kuormitus on pienimmillään, ja syksyllä varastoitunut fosfori pysyy järvessä. Keväällä ulkoinen kuormitus on suurimmillaan, mutta sisäinen kuormitus on vielä melko pientä. Tulevana ja lähtevänä fosforivirtaamana ainetaselaskelmissa käytettiin vuosien 1988 ja 1997 ainetasetutkimuksista saatuja arvoja (Viitasaari 1989, Aho 1998). Fosforin bruttosedimentaatio laskettiin käyttäen Lappajärvellä vuosina 1988 ja 1991 tehtyjen sedimentaatiomittausten tuloksia (Malve ym. 1992). Keräysastiat oli sijoitettu useisiin pisteisiin eri puolille järveä, ja keräysaika vaihteli yleensä 2-3 viikkoon. Vedenlaatuaineistona käytettiin ympäristöhallinnon Vetrek-rekisterin tietoja. Kalasaaliin mukana poistuva fosfori on arvioitu vuosien 1989-1993 (Raitaniemi ym. 1995), 1996 (Kalliolinna 1997) ja 1997 (Pohjanmaan Tutkimuspalvelu Oy 1998) saalistietojen perusteella siten, että kalan on oletettu sisältävän tuorepainostaan fosforia 0.4 %. Lappajärven fosforikuormituksen kehitystä vuosina 1966-1998 arvioitiin laskemalla järveen tuleva fosforikuorma Friskin (1979) esittämällä mallilla, jossa tulevaa fosforikuormitusta arvioidaan järven fosforipitoisuuden, viipymän ja keskivirtaaman perusteella. Friskin (1978) esittämällä mallilla arvioitiin järven veden fosforipitoisuutta järveen tulevan fosforipitoisuuden (fosforikuormitus/keskivirtaama) ja järven viipymän perusteella. Järven kuormitussieto Järven fosforikuormituksen sietoa voidaan arvioida kirjallisuudessa esitettyjen mallien avulla. Vollenweiderin ja Dillonin (1974) esittämän mallin avulla arvioitu alempi sietoraja P A edustaa kuormitusta, joka ylitettäessä järvi muuttuu lievästi reheväksi, ja ylempi sietoraja P D kuormitusta, joka saa aikaan järven rehevöitymisen. Näitä rajoja määritettäessä ei oteta lainkaan huomioon järven hoitoa, jolla voidaan siirtää ylempää sietorajaa ylemmäs, ts. hoidettu järvi kestää enemmän kuormitusta kuin hoitamaton (ks. Lappalainen 1990). Alueelliset ympäristöjulkaisut 213 11

Tulokset 5 5.1 Ainetase Kokonaisainetase laskettiin vuosille 1988 ja 1997, jolloin Lappajärveen eri lähteistä tuleva ja sieltä lähtevä fosforivirtaama on määritetty (Viitasaari 1989, Aho 1998) (taulukko 2). Suuri osa kuormasta tulee järveen kevättulvan aikaan; esimerkiksi vuonna 1997 toukokuun fosforikuorma oli 48 % koko vuoden kuormasta. Kesäelokuussa 1997 fosforikuorma oli 59 kg P/d (54 % vuoden keskimääräisestä kuormasta 110 kg P/d). Talviajan (joulu-maaliskuu) kuorma oli 47 kg P/d (43 % keskimääräisestä kuormasta). Samoja osuuksia käytettiin myös vuodelle 1988. Tulvavuoden 1988 fosforin vuosikuorma oli huomattavasti suurempi verrattuna vuoteen 1997, jolloin virtaamat olivat pieniä. Taulukko 2. Lappajärveen tuleva ja sieltä lähtevä fosforikuorma vuosina 1988 ja 1997. Järveen kg P/a kg P/d pidättyy % 1988 Tuleva kuorma 67184 184 78 Lähtevä kuorma 14700 40 1997 Tuleva kuorma 40252 110 85 Lähtevä kuorma 6080 16.7 Lappajärvellä kalasaaliin mukana poistuva fosfori on esitetty taulukossa 3. Vuosina 1988 ja 1991 fosforin sedimentaatio kesäaikana keräysastioihin vaihteli vuonna 1988 noin 5-45 mg P/m 2 /d (kesäkuu) ja vuonna 1991 noin 5-35 mg P/m 2 /d (kesäelokuu, Malve ym. 1992). Laskelmissa jätettiin huomiotta suurimmat sedimentaatioarvot, jotka mitattiin syvänteistä pohjan läheisyydestä, koska niiden voi olettaa sisältävän sedimentoituvaa ainesta laajemmalta alueelta kuin vain yläpuolisesta vesimassasta. Keskimääräiseksi bruttosedimentaatioksi saatiin siten 10,8 mg P/m 2 /d vuonna 1988 ja 11,3 mg P/m 2 /d vuonna 1991. Talviaikana sedimentaatio oli erittäin pientä verrattuna kesäaikaan, ja maalis-huhtikuussa 1991 fosforin bruttosedimentaatioksi mitattiin noin 0,7 mg P/m 2 /d. Taulukko 3. Lappajärven kokonaiskalasaalis sekä kalasaaliin sisältämä fosfori vuosina 1989-1993 ja 1996-1997. kg/a kg/ha kg P/a 1989 137400 9.67550 1990 149100 10.5 595 1991 107100 7.54 430 1992 113300 7.98 455 1993 107300 7.56 430 1996 347000 24.4 1390 1997448500 31.6 1795 12 Alueelliset ympäristöjulkaisut 213

Kesäajan bruttosedimentaatiolaskelmissa lähdettiin liikkeelle keskimääräisestä arvosta 11 mg P/m 2 /d. Malve ym. 1992 tutkivat fosforin eri fraktioiden osuutta vuoden 1988 sedimentaationäytteistä ja totesivat, että rauta-alumiini-yhdisteisiin sitoutuneen ja kalsiumiin sitoutuneen fosforin osuus oli noin 64 % ja orgaaniseen aineeseen sitoutuneen fosforin osuus noin 36 % fosforin kokonaismäärästä. Edelleen Malven ym. (1992) tutkimuksessa todettiin, että sedimentti sisälsi erittäin vähän leville käyttökelpoista fosforia ja että resuspendoituvalla aineksella ei ollut merkittävää vaikutusta järven rehevyydelle. Ainetaselaskelmissa kesäajan bruttosedimentaation arvoista vähennettiin 60 % tarkoituksena jättää huomiotta pohjasta tuulen ja virtausten vaikutuksesta irtoavan aineksen osuus sedimentoituvasta fosforista ja korostaa järven perustuotannosta peräisin olevaa osuutta. Talviselle bruttosedimentaatiolle ei tehty aliarvostusta, koska resuspendoitumista ei silloin juurikaan tapahdu. Kesäajalle käytettiin bruttosedimentaation arvoa 4,4 mg P/m 2 /d ja talviajalle arvoa 0,7 mg P/m 2 /d. Resuspension osuutta bruttosedimentaatiosta ei voida arvioida tarkkaan, vaan näin saatua lukuarvoa on pidettävä likimääräisenä. Tuloksiin aiheuttaa virhelähdettä myös se, että tuoreimmat sedimentaatiomittaukset ovat vuodelta 1991, joten viime vuosien mahdollisia muutoksia ei ole voitu ottaa huomioon ainetaselaskelmissa. Vesimassan sisältämän fosforimäärän muutoksen laskemisessa käytettiin eteläisen syvänteen havaintoaseman P 125 vedenlaatutuloksia. Ulapalla sijaitsevan syvännehavaintopaikan voi olettaa edustavan keskimääräistä veden laatua, jossa ranta-alueilla tapahtuvat nopeat veden laadun muutokset eivät näy välittömästi. Kevättulvan mukana tulevan fosforin merkitys on Pohjanmaan vesistöissä erittäin suuri, jopa noin puolet vuotuisesta kuormasta. Vuosien 1982-1990 ja 1995 aineistosta laskettu keskimääräinen päällysveden fosforipitoisuus oli Lappajärvessä kesäkuussa lähes kaksinkertainen (30 µg/l) verrattuna maaliskuun arvoihin (18 µg/l) ja pieneni jonkin verran kesän mittaan (heinäkuussa 27 µg/l ja elokuussa 24 µg/l) (kuva 3). Vuonna 1988 fosforipitoisuus pieneni kesäkuun arvosta 29 µg/l elokuun 21 µg/l:aan, ja vuonna 1991 vastaavasti 22 µg/l:sta 21 µg/l:aan. Näiden pitoisuuksien avulla laskettiin vesimassan fosforisisällön muutos. Ainetase voitiin laskea vain kesä- ja talviajalle, jolloin sedimentaatiomittauksia on tehty. Tilanne kuvaa lähinnä kesä- ja talvikerrostuskausia, ja kevät- ja syystäyskierto jäivät tarkastelun ulkopuolelle. Näin ollen ympärivuotista kuvaa fosforin dynamiikasta ei voida muodostaa. J3O PDDOLV NHVl KHLQl HOR Kuva 3. Lappajärven päällysveden fosforipitoisuus maalis-, kesä-, heinä- ja elokuussa vuosina 1982-1990 ja 1995. Alueelliset ympäristöjulkaisut 213 13

Sisäinen kuormitus kesäaikana vuonna 1988 oli lähes viisinkertainen ja vuonna 1997 lähes kymmenkertainen verrattuna ulkoiseen kuormitukseen (taulukko 4). Talvella 1997 sisäinen kuormitus sai negatiivisen arvon, mikä tarkoittaa sitä, että fosforia sitoutui sedimenttiin vedestä. Tulosten perusteella Lappajärvi on nykyisin selvästi sisäkuormitteinen järvi. Taulukko 4. Lappajärven kokonaisfosforitase vuosina 1988 ja 1997. Kesä-elokuu Talvi 1988 19971988 1997 Tulot kg P/d Ulkoinen kuorma 99 59 80 47 Sisäinen kuorma 480 569 70-15 YHTEENSÄ 579 628 150 32 Menot kg P/d Vesimassa sitoo/luovuttaa* -93-23 8.8-88 Bruttosedimentaatio 630 630 100 100 Luusuasta poistuva 40 1740 17 Kalasaalis 2 4 2 4 YHTEENSÄ 579 628 150 32 Nettosedimentaatio 151 62 29 114 * Positiivinen lukuarvo = vesimassan fosforisisältö (pitoisuus) kasvaa, negatiivinen = fosforisisältö pienenee 5.2 Ulkoinen kuormitus ja sietorajat Friskin (1979) esittämällä mallilla arvioiden 1960-luvulla kuormitus oli luokkaa 60 kg P/d (vastaava pitoisuus noin 12 µg/l), 1970-luvulla se kasvoi keskimäärin 100 kg:aan P/d (pitoisuus noin 16 µg/) ja 1980- ja 1990-luvulla se on ollut noin NJÃ3G Kuva 4. Lappajärven laskettu fosforikuorma vuosina 1966-1998. Vaakaviivat kuvaavat arvioituja fosforikuormituksen sietorajoja (alempi ja ylempi sietoraja, Vollenweider & Dillon 1974). 14 Alueelliset ympäristöjulkaisut 213

160-170 kg P/d (pitoisuus noin 22 µg/l) (kuva 4). Havaittu ulkoinen kuorma oli vuonna 1997 110 kg P/d ja vuonna 1988 184 kg P/d (taulukko 5). Havaittu ja laskennallinen fosforipitoisuus vastasivat kohtalaisen hyvin toisiaan näinä vuosina. Taulukko 5. Fosforikuorma ja sitä vastaava laskennallinen keskimääräinen järven fosforipitoisuus (laskettu Friskin, 1978, mukaan) sekä vuosien 1988 ja 1997 havaittua kuormaa vastaava havaittu keskimääräinen fosforipitoisuus asemalla P 125. P-kuorma Lask. P-pit. Hav. P-pit. kg P/d µg P/l µg P/l Alempi sietoraja 40 10 1960-luvun kuormitustaso 60 12 1970-luvun kuormitustaso 100 16 Ylempi sietoraja (Vollenweider & Dillon 1994), havaittu kuorma 1997110 1716 Ylempi sietoraja (Frisk 1978) 140 20 1980-90-luvun kuormitustaso 160 22 Havaittu kuorma 1988 184 26 30 Keskivirtaamalla laskettu alempi fosforikuormituksen sietoraja (sallittava kuormitus, P A, Vollenweider & Dillon 1974) on Lappajärvellä 41 kg P/d, joka vastaa noin 10 µg P/l keskimääräistä fosforipitoisuutta. Ylempi sietoraja (P D ) on Vollenweiderin ja Dillonin mukaan laskettuna 110 kg P/d. Friskin (1978) fosforimallilla laskettuna ylemmäksi sietorajaksi, jolla järvessä vallitsee 20 µg/l keskimääräinen fosforipitoisuus, saadaan 140 kg P/d. Alueelliset ympäristöjulkaisut 213 15

Tulosten tarkastelu 6 Ainetase Lappajärven sisäinen fosforikuormitus oli vuosien 1988 ja 1997 kesäaikaan 5- ja 10- kertainen ulkoiseen kuormitukseen verrattuna. Lappalaisen (1994) tekemässä Lappajärven hapetuksen yleissuunnitelmassa laskettu kesäajan sisäinen kuorma oli samaa suuruusluokkaa (11-kertainen ulkoiseen kuormaan verattuna) kuin nyt laskettu vuoden 1988 sisäinen kuorma. Suurissa, vain vähän rehevöityneissä reittivesissä, kuten esim. Päijänteellä sisäinen kuormitus alittaa ulkoisen kuorman. Ylirehevissä järvissä (esim Vihdin Kirkkojärvi, Vesijärven Enonselkä ennen kunnostusta) sisäinen kuormitus voi olla monikymmenkertainen ulkopuoliseen kuormitukseen verrattuna (taulukko 6). Taulukko 6. Sisäisen ja ulkoisen (S/U) fosforikuormituksen suhde kesäaikana eräissä Suomen järvissä. (Lappalainen & Matinvesi 1990, Hakkari ym. 1994) Järvi S/U Järvi S/U Pohjois-Päijänne 0.7Kirkkojärvi (Vihti) 14 Etelä-Päijänne 0.9 Pieksäjärvi 20 Pyhäjärvi (Artjärvi) 3 Enäjärvi 24 Haapajärvi 6.2 Tuusulanjärvi 30 Tuomiojärvi (Jyväskylä) 10 Vesijärvi 90 Lappajärvessä sisäinen kuormitus ei ole yhtä hallitseva kuin ylirehevissä järvissä, mutta se on kuitenkin nykyisin selvästi ulkoista kuormitusta suurempi. Voidaan ennustaa, että myös Lappajärvessä sisäiset prosessit tulevat kokonaiskuormituksen kannalta yhä merkittävämmiksi, ellei sekä ulkoiseen että sisäiseen kuormitukseen puututa. Sedimentistä vapautuva fosfori Kuten aiemmin todettiin, sisäinen kuormitus sisältää useita komponentteja: liukeneminen, resuspensio, pohjaeläinten bioturbaatio sekä kalojen pohjasta veteen siirtämä fosfori. Vuonna 1982 talvinen fosforin liukenemisnopeus oli 1.9 mg P/m 2 /d, ja pohjasta liukeneva fosforikuorma 3.7 kg P/d. Vastaavat arvot kesällä 1982 olivat 2.7 mg P/m 2 /d ja 5.2 kg P/d (Granberg 1993). Alusveden hapettomuuden aikana pohjasta liukenevan fosforin määräksi laskettiin 5 mg/m 2 /d vuonna 1991 (Malve ym. 1991), mikä olisi 20 metrin alapuoliselta pohjalta, jolle hapettomuus yltää (Sevola 1993), yhteensä 9.4 kg P/d (Granberg ym. 1993). Tämä on kesäaikana noin 2 % koko lasketusta sisäisestä kuormasta. Mainittu 20 metrin alapuolinen pohjan ala on vain 1.88 km 2 eli 1.3 % järven koko pinta-alasta, joten hapettomista syvänteistä liukenevan fosforin osuus sisäisestä kuormituksesta ei voikaan tällä hetkellä olla merkittävin sisäisen kuormituksen lähde. Se on kuitenkin kasvanut vuodesta 1982 vuoteen 1991, ja happiolosuhteiden heiketessä kasvaa edelleen. On tärkeää pitää huolta siitä, ettei sedimentin tila pääse huonontumaan ja hapettoman vesikerroksen paksuus edelleen kasvamaan. Sedimentin tila ja hapetuksen tarve on kuvattu tarkemmin Lappalaisen (1994) hapetuksen yleissuunnitelmassa. 16 Alueelliset ympäristöjulkaisut 213

Ulkoinen kuormitus ja sietorajat Sietorajoja voidaan etsiä myös kuormituksen kasvun vesistössä aiheuttamien muutosten avulla. Järven paleolimnologisen historian tutkimuksen perusteella ihmistoiminnan vaikutus järven tilaan oli 1930-luvulle saakka varsin vähäistä, ja vielä vuoteen 1960 saakka se pysyi kohtuullisella tasolla. Huomattavat muutokset järven eliöyhteisöissä alkoivat 1960-luvulla järven säännöstelyn sekä kuormituksen voimakkaan kasvun vaikutuksesta (Heinonen 1980, Meriläinen ym. 2000). Leväkukinnat ovat alkaneet järvellä 1970-luvulla (Lepistö & Storberg 1995), joten on ilmeistä, että kuormitus oli tuolloin jo haitallisen korkealla tasolla. Alusveden happikadot alkoivat 1970-luvun loppupuolella, mikä osoittaa kuormituksen saavuttaneen tason, jolla tuotanto ylitti hajotuskapasiteetin. Tämän perusteella ylemmän sietorajan voidaan päätellä olevan tasolla 100 kg P/d, jonka Lappajärven nykyinen ulkoinen fosforikuormitus selvästi ylittää. Tämä on sietoraja, jota korkeampaa kuormitusta järvi ei kestä ilman jatkuvaa hoitoa. Malve ym. (1992) ovat laskeneet, että parhaalla mahdollisella vesiensuojelutekniikalla järven fosforikuormaa voidaan vähentää 44 %, mikä tarkoittaa kaikista kuormituslähteistä tulevaa fosforikuormaa. Tuolloisella (1988 mitatulla) kuormituksella se merkitsisi keskivirtaamaan suhteutettuna noin 100 kg P/d kuormaa, joka on ylemmän sietorajan tuntumassa (taulukko 5). Malven ym. mukaan klorofyllipitoisuus olisi silloin 1970-luvun tasolla. Keskimääräinen fosforipitoisuus olisi noin 16 µg P/l; tämän korkeammalle kuormituksen vähentämistavoitetta tuskin on realistista asettaa, kun otetaan huomioon, että pääosa kuormituksesta on nykyisin hajakuormitusta, jonka vähentäminen on huomattavasti vaikeampaa kuin pistekuormituksen alentaminen. Lappajärven kokonaisfosfori- ja a-klorofyllipitoisuudet Sisäisen kuormituksen merkitystä voidaan tarkastella myös järven tuottavuuden avulla. Suuri fosforipitoisuus mahdollistaa voimakkaan levätuotannon. Klorofyllipitoisuutta käytetään yleisesti levätuotannon ja rehevyystason mittarina. Sama veden fosforipitoisuus voi tuottaa järvestä riippuen eri klorofyllipitoisuuden jopa 3-4 -kertaisella vaihteluvälillä. Hajonta johtuu osaksi mm. kalaston, levien ja eläinplanktonin välisistä suhteista. Lappajärven havaintoaseman P 125 keskimääräinen a-klorofyllipitoisuus on vaihdellut noin 6-18 µg/l vuosina 1977-1999. Alueelliset ympäristöjulkaisut 213 17

O J Ã L O \ I U R O N D.RN 3Ã JO Kuva 5. Fosforipitoisuuden ja a-klorofyllipitoisuuden välinen riippuvuussuhde Lappajärvessä (heinä-elokuu, vuodet 1977-1999) ( = yksittäinen havainto; paksu viiva = aineistolle laskettu regressiosuora, r=0.450, p<0.01). Ohuet viivat ovat fosforipitoisuuden ja klorofyllin välistä suhteen ylä- ja alaraja pohjoismaisessa järviaineistossa (Ryding 1980). Kuvassa 5 on esitetty fosforipitoisuuden ja a-klorofyllin suhteen vaihteluväli Lappajärvessä 1977-1999. Pohjoismaiseen aineistoon perustuen Ryding (1980) esitti laskennallisen fosforipitoisuuden ja a-klorofyllipitoisuuden välisen riippuvuussuhteen. Rydingin esittämän vaihteluvälin alarajan voidaan ajatella kuvaavan hyväkuntoisia järviä, jossa pääpaino on ulkoisella kuormituksella ja ylärajan huonokuntoisia, sisäkuormitteisia järviä. Lappajärven a-klorofyllipitoisuuksista laskettu regressiosuora sijoittuu vaihteluvälin ylärajan tuntumaan, mikä kuvastaa sisäisen kuormituksen merkitystä järven rehevyystasolle. Näin ollen vuosien 1977-1999 klorofylliaineistonkin perusteella tarkasteltuna Lappajärvi on selvästi sisäkuormitteinen järvi. Samankaltaiseen johtopäätökseen tullaan verrattaessa Lappajärven havaintoja Mazumderin (1994) kuvaamiin fosfori- ja a-klorofyllipitoisuuksien välisiin suhteisiin planktoneläimistöltään ja kalastoltaan erilaisissa kerrostumattomissa järvissä (kuva 6). Kuvan alempi katkoviiva esittää tilannetta järvissä, joissa suuret O J Ã L O \ I U R O N D.RN 3Ã JO Kuva 6. Fosforipitoisuuden ja a-klorofyllin suhde järvissä, joissa suuret vesikirput ovat vallitsevia (alempi katkoviiva), järvissä, joissa pienet vesikirput ovat vallitsevia (ylempi katkoviiva) sekä Lappajärven heinä-elokuun fosfori- ja a-klorofyllipitoisuudet vuosilta 1977-1999 ( = yksittäiset havainnot; paksu viiva = regressiosuora, r=0.450, p<0.01). 18 Alueelliset ympäristöjulkaisut 213

vesikirput olivat vallitsevia eläinplanktonissa ja ylempi katkoviiva järviä, joissa pienet vesikirput olivat vallitsevia. Lappajärven havainnot painottuvat lähemmäksi ylempää regressiosuoraa. Hajonta on melko suurta, mikä kertonee kalaston ja eläinplanktonlajiston vaihtelusta vuosien välillä. Esimerkiksi fosforipitoisuudella 20 µg/l a-klorofyllipitoisuus on vaihdellut välillä 6-22 µg/l. a-klorofyllin ja fosforipitoisuuden suhde on ollut suurimmillaan 1980-luvun lopussa ja 1990-luvun alussa (kuva 7). Ã 3 N R O L Ã N \ I R U O R N D Kuva 7. a-klorofyllipitoisuuden (µg/l) ja kokonaisfosforipitoisuuden (µg/l) suhde Lappajärvessä vuosina 1977-1999. Kalaston rakenteella on todettu olevan erittäin merkittävä vaikutus Säkylän Pyhäjärven veden laatuun (Sarvala ym. 1997). Vaikka Pyhäjärven fosforipitoisuus on hitaasti noussut viime vuosikymmenten aikana, klorofyllitaso pysyi alhaisena siihen saakka, kunnes 1990-luvun alkupuolella kalayhteisössä tapahtui merkittävä muutos, eli planktonsyöjäkalojen määrä kasvoi. Tehokkaiksi kasviplanktonin laiduntajiksi tiedettyjen suurten vesikirppujen määrä oli tutkimusjaksolla käänteisesti riippuvainen planktonsyöjäkalojen määrästä, ja klorofyllitaso taas riippui sekä veden fosforipitoisuudesta että vesikirppujen biomassasta. Tehokas kalastus on pitänyt Pyhäjärven rehevöitymiskehitystä kurissa suurehkosta ulkoisesta kuormituksesta (Salmela & Kirkkala 1997) huolimatta. Pyhäjärvellä runsaan muikkukannan aikana järven puskurikyky ravinnepulssien suhteen on ollut parempi kuin muikkukannan ollessa heikko. Myös Lappajärvellä todettu kasvanut sisäinen kuormitus johtuu epäilemättä suurelta osin eliöstön toiminnasta sekä vinoutuneesta kalaston rakenteesta. Muikkukannat ja -saaliit romahtivat 1990-luvun alkupuolella, mutta ovat nyt jälleen kasvussa. Järvessä on ollut meneillään vajaasti hyödynnettyjen kalakantojen pyynnin ja käytön tehostamishanke (Ikonen 1999), joka on varmasti oikeansuuntainen toimenpide järven tilan paranemisen kannalta. Sisäisen kuormituksen alentamiseksi tehtävät toimenpiteet jäävät kuitenkin tehottomiksi, ellei järven ulkoista kuormitusta saada alennettua olennaisesti. Alueelliset ympäristöjulkaisut 213 19

7 Johtopäätökset Lappajärven ulkoinen fosforikuormitus on 1980- ja 1990-luvuilla ylittänyt noin 50 %:lla ylemmän kuormituksen sietorajan (110 kg P/d), mikä tässä tarkoittaa rajaa, jonka ylityttyä järven kunto pysyy heikkona ilman sisäisiä hoitotoimenpiteitä. Järven kunnostukseen ryhdytään yleensä silloin kun vesialueen yleinen tai käyttömuotokohtainen (esim. kalastus, virkistys tai vedenhankinta) arvo laskee. Näin on käynyt Lappajärvellä. Järvien kunnostuksen keskeinen toimenpide on ulkoisen kuormituksen vähentäminen. Muutoin mitkään kunnostusmenetelmät eivät tuo pitempiaikaista helpotusta. Ulkoista kuormitusta voidaan vähentää erilaisilla käsittelymenetelmillä, jotka voivat kohdistua joko suoraan jätevesiin (jätevesien käsittely) tai jätevesien (kuormituksen) syntypaikkaan, jolloin pyritään tehokkaasti estämään jätevesien syntyä tai niiden pääsyä vesistöihin. Vesistön sisäisiin kunnostusmenetelmiin ei yleensä kannata ryhtyä ennen kuin ulkoista kuormitusta voidaan pienentää. Kaikissa järven sisäisissä kunnostusmenetelmissä pyritään lopulta vaikuttamaan fosforin kiertoon, vähentämään liukoisen fosforin määrää ja tervehdyttämään sedimenttiä niin, että se toimisi fosforin nieluna. Järven kunnostuksessa on samanaikaisesti sekä vähennettävä ulkoista kuormitusta että tervehdytettävä järven sisäisiä prosesseja. Ulkoinen kuormitus on saatava alenemaan ylemmän sietorajan tuntumaan tai mieluummin sen alle. Ellei näin tapahdu, ei myöskään ekosysteemin rakenteeseen vaikuttavilla toimenpiteillä tule olemaan pysyvää vaikutusta. Jos kuormitus ylittää ylemmän sietorajan, on järveä hoidettava jatkuvasti. Hoitotoimia on joka tapauksessa jatkettava useita vuosia, sillä vuosikymmenien kuluessa vinoutunut ekosysteemi ei palaudu kovin nopeasti. Samoin ulkoisen kuormituksen vähentämisen vaikutukset tulevat erottumaan veden laadun taustavaihtelusta vasta useiden vuosien kuluttua. Ulkoisen kuormituksen vähentämisellä ei ole toivottua vaikutusta rehevyystasoon, ellei rehevöitymisen vaikutuksesta muuttunutta ekosysteemin rakennetta, lähinnä kalastoa ja sen myötä eläinplanktonin koostumusta, saada palautetuksi lähemmäs luontaisesti vallinnutta tilaa. Kokonaisfosforin ja a-klorofyllin suhdetta on saatava pienennetyksi, ts. muuttaa Lappajärveä sisäisiltä prosesseiltaan terveen järven suuntaan. On syytä selvittää kalastotutkimuksin, onko varsinainen tehokalastus tarpeen ja taloudellisesti mahdollista, vai riittääkö kevyemmän hoitokalastuksen jatkaminen. Veden laadun paranemisen jälkeen tehokas kaikkiin kalalajeihin kohdistuva kalastus, joka on jatkuvaa, pitää yllä veden laadun kannalta edullista kalaston rakennetta. Hapettomuuden takia pohjasta liukenevan fosforikuorman vähentäminen huonokuntoista sedimenttiä tervehdyttämällä nopeuttaa järven tilan paranemista. Hapettoman pohjan alan kasvu pysähtyy, sedimentin hapenkulutuspotentiaali pienenee, ja vähitellen alusveden happitilanne paranee. Ilman sedimentin hoitoa huonokuntoinen sedimentti aiheuttaa pitkään ongelmia alusveden happipitoisuudelle, vaikka järven tuotannon taso saataisiinkin laskemaan muilla kunnostustoimilla. 20 Alueelliset ympäristöjulkaisut 213

Kirjallisuus Aho 1998. Ähtävänjoen vesistön kuormitusselvitys vuonna 1997. Käsikirjoitus, Pohjanmaan vesiensuojeluyhdistys. Boström, B, Andersen, J., Fleischner, S & Jansson M. 1988: Exchange of phosphorus across the sediment-water interface. Hydrobiologia 170: 229-244. Eckerrot, A. & Petterson K. 1993: Pore water phosphorus and iron concentrations in shallow, eutrophic lake - indications of bacterial regulations. Hydrobiologia 253:165-177. Frisk, T. 1978. Järvien fosforimallit. Vesihallituksen tiedotus nro 146: 1-114. Frisk, T. 1979: Järven fosforinsiedon arvioimisesta tilastollisten fosfori- ja happimallien avulla. Vesitalous 3:22-25. Gasol, J., Sander, B. & Schallenberg, M. 1993: Production of bacteria in freshwater sediment: Comparison of different cell-specific measurements to mineralisation rates. Verh. Int. Verein. Limnol. 25:325-330. Granberg, K., Anttila, M., Hakkari, L., Hyvärinen, J., Kolari, I., Kurttila, I. & Virkki, L. 1989. Säännöstelyn vaikutuksista Lappajärven, Evijärven, Välijoen ja Ähtävänjoen limnologiaan, kalastoon ja kalatalouteen. Ympäristöntutkimuskeskuksen tiedonantoja 134: 1-179. Granberg, K., Hynynen, J., Eskonen, K. & Meriläinen J.J. 1993. Lappajärven paleolimnologinen historia - rehevöitymiseen johtanut kehitys. Jyväskylän yliopisto, ympäristöntutkimuskeskus. Moniste 45 s. Hakkari, L., Bibiceanu, S., Granberg, K., Hynynen, J., Kaunismaa, P., Lappalainen, K.M., Meriläinen, J.J., Palomäki, A. & Salo, H. 1994. Pieksäjärven kunnostusmahdollisuudet. Jyväskylän yliopisto, ympäristöntutkimuskeskus. Moniste 53 s. Heinonen, P. 1980. Quantity and compositon of phytoplankton in Finnish inland waters. Vesientutkimuslaitoksen julkaisuja 37. Helsinki. 91 s. Hynynen, J., Teppo, A., Palomäki, A., Meriläinen, J.J., Granberg, K. & Reinikainen, P. 1997. Lappajärven paleolimnologinen historia: rehevöitymiseen johtanut kehitys. Ympäristöntutkimuskeskuksen tiedonantoja 148: 1-32. Ikonen, O. 1999. Vajaasti hyödynnettyjen kalakantojen pyynnin ja käytön tehostamishankkeen väliraportti 1998. Alajärven, Lappajärven ja Vimpelin kalastusalue. Moniste 3 s. Kalliolinna, M. 1997. Ähtävänjoen, Kruunupyynjoen ja Purmonjoen vesistötarkkailu 1996. Vaasan läänin vesiensuojeluyhdistys. Moniste 31 s. Lappalainen, K. M. 1982. Convection in bottom sediments and its role in material exchange between water and sediment. Hydrobiologia 86: 105-108. Lappalainen, K.M. 1990. Rehevöityminen seurausilmiöineen. Teoksessa: Ilmavirta, V. (toim.), Järvien kunnostuksen ja hoidon perusteet, s. 108-133. Helsinki, Yliopistopaino. Lappalainen, K.M. 1994. Lappajärven hapetuksen yleissuunnitelma. Vesi-Eko Oy. Raportti 12 s. Lappalainen, K.M. & Varis, O. 1987. Haja- ja sisäkuormitus - häiriköt järvelle, tutkimukselle ja hallinnolle. Vesi- ja ympäristöhallinnon monistesarja 22: 75-84. Lappalainen, K.M. & Matinvesi, J. 1990. Järven fysikaalis-kemialliset prosessit ja ainetaseet. Teoksessa: Ilmavirta, V. (toim.), Järvien kunnostuksen ja hoidon perusteet, s. 54-84. Helsinki, Yliopistopaino. Lepistö, L. & Storberg, K.-E. 1995. Lappajärven rehevöityminen vuosina 1963-1993. Vesitalous 1/1995: 8-11. Malve, O., Huttula, T. & Lehtinen, K. 1991. Modelling of eutrophication and oxygen depletion in the Lake Lappajärvi. Julkaisussa: First Int. Conference on Water Pollution, Southampton Sept. 3-5, 1991, s. 111-124. ISBN 1-85166-697-4. Malve, O., Huttula, T., Lehtinen, K. & Krogerus, K. 1992. Ähtävänjoen vesistön rehevyystasoon vaikuttavat tekijät. Vesi- ja ympäristöhallituksen monistesarja 419: 1-84. Matinvesi, J. 1995. Microbiological gas formation altering top sediment composition and it s relation to the internal nutrient load in eutrophic lakes. Dissertation for the degree of Doctor of Technology. Helsinki University of Technology. Laboratory of Environmental Protection Technology. Mazumder, A. 1994. Phosphorus-chlorophyll relationships under contrasting herbivory and thermal stratification: predictions and patterns. Can. J. Fish. Aquat. Sci. 51: 390-400. Alueelliset ympäristöjulkaisut 213 21

Meriläinen, J.J., Hynynen, J., Teppo, A., Palomäki, A., Granberg, K. & Reinikainen, P. 2000. Importance of diffuse loading and lake level changes to the eutrofication of an originally oligotrophic boreal lake: a palaeolimnological diatom and chironomid analysis. - J. Paleolimnol. 24: 251-270. Pietiläinen, O-P. & Kauppi, L. 1993: Suomen sisävesistöjen typpi/fosfori -suhteista - käyttökelpoista tietoa vesiensuojelun kannalta? Vesitalous 6: 1-7. Pietiläinen, O-P. & Räike, A. 1999: Typpi ja fosfori Suomen sisävesien minimiravinteina. Suomen ympäristö 313:1-64. Pohjanmaan Tutkimuspalvelu Oy 1998. Ähtävän-, Kruunupyyn- ja Purmonjoen vesistötarkkailu vuonna 1997. Moniste. Raitaniemi, J., Heikinheimo, O. & Miinalainen, M. 1995. Siika- ja järvitaimenistutusten tuloksellisuus ja ehdotus velvoitehoidon kehittämiseksi Lappajärvessä ja Evijärvessä. Velvoiteistutusten tarkkailututkimuksen loppuraportti. Kala- ja riistaraportteja 39. Ryding, S-O. 1980. Monitoring of Inland Waters, OECD Eutrophication Programme, The Nordic Project. Nordforsk publication 1980/2, 207 s. Saarijärvi, E. & Lappalainen, K.M. 1999. Ravinnetaseiden käyttö vesistöjen tilan arvioinnissa. Osa 2: Käytännön esimerkki. Vesitalous 2/1999: 28-31. Salmela, K. & Kirkkala, T. 1997. Pyhäjärveen laskevien jokien ja ojien veden laatu ja kuormitus. Vesitalous 3/1997: 9-14. Sarvala, J., Helminen, H. & Hirvonen, A. 1995. Ravintoketjukunnostuksen ekologiset perusteet. Vesitalous 3/1995: 1-4. Sarvala, J., Helminen, H. & Kirkkala, T. 1997. Pyhäjärven veden laatu ja sitä säätelevät tekijät. Vesitalous 3/1997: 15-20. Sevola, P. 1993. Ähtävänjoen vesistön tila - Menneisyys tavoitteena. Vaasan vesi- ja ympäristöpiiri. Moniste 7 s. Shapiro, J. 1990: Current beliefs regarding dominance by blue-greens: The case for the importance of CO2 and ph. Verh. Int. Verein. Limnol. 24:38-54. Viitasaari, S. 1989: Ähtävänjoen vesistön kuormitusselvitys. Käsikirjoitus, Kokkolan vesi- ja ympäristöpiiri. Vollenweider, R.A. & Dillon, P.J. 1974. The application of the phosphorus loading concept to eutrophication research. NRC Associate Committee on Scientific Criteria for Environmental Quality. 42pp. Waara, T., Jansson, M & Petterson, K. 1993: Phosphorus composition and release on sediment bacteria of genus Pseudomonas during aerobic and anaerobic conditions. Hydrobiologia 253: 131-140. 22 Alueelliset ympäristöjulkaisut 213

Kuvailulehti Julkaisija Länsi-Suomen ympäristökeskus Julkaisuaika huhtikuu 2001 Tekijä(t) Julkaisun nimi Arja Palomäki Sisäinen kuormitus Lappajärven fosforitaseessa Julkaisun osat/ muut saman projektin tuottamat julkaisut Tiivistelmä Lappajärvi on Etelä-Pohjanmaan suurin järvi, ja sen merkitys sekä hyöty- että virkistyskäytölle on suuri vähävesistöisellä alueella. Järvi on voimakkaasti rehevöitynyt viime vuosikymmeninä, ja sinileväkukinnat ovat yleisiä. Alusveden happiolot ovat heikentyneet: 1970-luvun loppupuolelta lähtien syvänteiden happikadot ovat toistuneet lähes joka talvi. Lappajärven tilan parantamiseksi aloitettiin kesällä 1999 LappajärviLife -hanke, jossa on mukana 22 kansallista rahoittajaa ja Euroopan Unionin LifeEnvironment -rahasto. Hankkeen tavoitteena on Lappajärveen soveltuvien kunnostusmenetelmien etsiminen ja uusien kunnostusmenetelmien demonstrointi. Nyt esitettävä tutkimus on osa LappajärviLife -hanketta. Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää Lappajärven ulkoisen ja sisäisen fosforikuormituksen suhde fosforin kokonaisainetaseen avulla ja tehdä päätelmät siitä, onko järven kunnostuksessa painotettava ulkoisen vai sisäisen kuormituksen vähentämistä ja arvioida mikä merkitys kuormituksen vähentämisellä todennäköisesti tulee olemaan. Lappajärven sisäinen kuormitus on noin 5-10 -kertainen verrattuna ulkoiseen kuormitukseen. Lappajärvi on nykyisin selvästi sisäkuormitteinen järvi. Asiasanat Kunnostuksessa on samanaikaisesti sekä vähennettävä ulkoista kuormitusta että tervehdytettävä järven sisäisiä prosesseja. Ulkoinen kuormitus on saatava pienenemään sellaiselle tasolle, jonka järvi kestää ilman jatkuvaa hoitoa. Ulkoisen kuormituksen vähentämisellä ei kuitenkaan ole toivottua vaikutusta rehevyystasoon, ellei rehevöitymisen vaikutuksesta muuttunutta ekosysteemin rakennetta saada hoitotoimin palautetuksi lähemmäs luontaisesti vallinnutta tilaa. Lappajärvi, LappajärviLife, sisäinen kuormitus, kunnostus Julkaisusarjan nimi ja numero Alueelliset ympäristöjulkaisut 213 Julkaisun teema Projektihankkeen nimi ja projektinumero Rahoittaja/ toimeksiantaja LappajärviLife Länsi-Suomen ympäristökeskus Projektiryhmään kuuluvat organisaatiot Julkaisun myynti/ jakaja Julkaisun kustantaja Painopaikka ja -aika ISSN ISBN 1238-8610 952-11-0888-6 Sivuja Kieli 25 Suomi Luottamuksellisuus Julkinen Hinta 30 mk (sis.alv 8 %) Länsi-Suomen ympäristökeskus puh. (06) 367 5211, faksi (06) 367 5251 Oy Edita Ab, julkaisumyynti puh. (09) 566 0266, faksi (09) 566 0380 Länsi-Suomen ympäristökeskus Multiprint, Vaasa 2001 Alueelliset ympäristöjulkaisut 213 23

Presentationsblad Utgivare Västra Finlands miljöcentral Datum april 2001 Författare Publikationens titel Arja Palomäki Den inre belastningen i Lappajärvis fosforbalans Publikationens delar/ andra publikationer inom samma projekt Sammandrag Lappajärvi är den största sjön i Österbotten och sjöns betydelse både för nyttoanvändningen och rekreationen är stor i det sjöfattiga området. Under de senaste decennierna har sjön kraftigt eutrofierats och blågröna algblomningar är vanliga. Syreförhållandet i den bottennära vattenmassan har blivit sämre: sedan slutet av 1970-talet har syrebristen i djuphöljorna upprepats nästan varje vinter. Sommaren 1999 inleddes projektet Lappajärvi Life i syfte att förbättra tillståndet i Lappajärvi. I projektet deltar 22 nationella finansiärer och Europeiska Unionens fond Life Environment. Projektets mål är att hitta restaureringsmetoder som passar för Lappajärvi och att förevisa de nya metoderna. Denna undersökning är en del av projektet Lappajärvi Life. Avsikten med undersökningen var att utreda den yttre och inre fosforbelastningens förhållande med hjälp av fosforns totala ämnesbalans och att dra slutsatser om restaureringen av sjön skall inriktas på att minska den yttre eller den inre belastningen. Ytterligare har det uppskattats vilken betydelse belastningsminskningen sannolikt kommer att ha. Den inre belastningen i Lappajärvi är ca 5-10 gånger större jämfört med den yttre belastningen. Lappajärvi är idag helt uppenbart en internt belastad sjö. Restaureringen måste samtidigt både minska den yttre belastningen och återställa de inre processerna. Den yttre belastningen måste reduceras till en sådan nivå att sjön kan klara sig utan ständig vård. Minskningen av den yttre belastningen har dock inte önskad effekt på eutrofieringsgraden om inte ekosystemets struktur kan återställas närmare det naturliga tillståndet med vårdåtgärder. Nyckelord Lappajärvi, Lappajärvi Life, inre belastning, restaurering Publikationsserie och nummer Regionala miljöpublikationer 213 Publikationens tema Projektets namn och nummer Finansiär/ uppdragsgivare LappajärviLife Västra Finlands miljöcentral Organisationer i projektgruppen Beställningar/ distribution Förläggare Tryckeri/ tryckningsort och -år ISSN ISBN 1238-8610 952-11-0888-6 Sidantal 25 Språk Finsk Offentlighet Pris Offentlig 30 mk Västra Finlands miljöcentral, tel. +358-6-367 5211, fax +358-6-367 5251 Oy Edita Ab, tel. +358-9-566 0266, fax +358-9-566 0380 Västra Finlands miljöcentral Multiprint, Vasa 2001 24 Alueelliset ympäristöjulkaisut 213

$OXHHOOLVHW \PSlULVW MXONDLVXW 6LVlLQHQNXRUPLWXV /DSSDMlUYHQIRVIRULWDVHHVVD /DSSDMlUYHQVLVlLVHQNXRUPLWXNVHQDUYLRLQWLRQRVDYXRQQDNl\QQLVW\Q\WWl /DSSDMlUYL/LIHKDQNHWWD7DUNRLWXNVHQDROLVHOYLWWll/DSSDMlUYHQXONRLVHQMD VLVlLVHQIRVIRULNXRUPLWXNVHQVXKGHIRVIRULQNRNRQDLVDLQHWDVHHQDYXOODMDWHKGl SllWHOPlWVLLWlRQNRMlUYHQNXQQRVWXNVHVVDSDLQRWHWWDYDXONRLVHQYDLVLVlLVHQ NXRUPLWXNVHQYlKHQWlPLVWlMDDUYLRLGDPLNlPHUNLW\VNXRUPLWXNVHQYlKHQWl PLVHOOlWRGHQQlN LVHVWLWXOHHROHPDDQ /DSSDMlUYLROLYLHOlOXYXQDONXSXROHOODNLUNDVYHWLQHQMDQLXNNDUDYLQWHLQHQ MlUYL0RQHWWHNLMlW\KGHVVlVDLYDWDLNDDQ/DSSDMlUYHQUHKHY LW\PLVHQMDMlUYHQ YLUNLVW\VNl\WW DUYRQDOHQHPLVHQ/DSSDMlUYHQVLVlLQHQNXRUPLWXVRQQ\N\LVLQ VHOYlVWLXONRLVWDNXRUPLWXVWDVXXUHPSLYDLNNDNDDQVHHLROH\KWlKDOOLWVHYDNXLQ MRLVVDNLQHULWWlLQUHKHYLVVlVXRPDODLVLVVDMlUYLVVl -luyhqnxqqrvwxnvhvvdrqvdpdqdlndlvhvwlvhnlylkhqqhwwlylxonrlvwdnxrupl WXVWDHWWlWHUYHKG\WHWWlYlMlUYHQVLVlLVLlSURVHVVHMD8ONRLQHQNXRUPLWXVRQ VDDWDYDDOHQHPDDQ\OHPPlQVLHWRUDMDQWXQWXPDDQWDLPLHOXXPPLQVHQDOOH 6DPDOODUHKHY LW\PLVHQYDLNXWXNVHVWDPXXWWXQXWHNRV\VWHHPLQUDNHQQHRQ VDDWDYDKRLWRWRLPLQSDODXWHWXNVLOlKHPPlVOXRQWDLVHVWLYDOOLQQXWWDWLODD,6%1,661 0\\QWL /lqvl6xrphq\pslulvw NHVNXV3/9DDVD 3XKID[ 2\(GLWD$EMXONDLVXP\\QWL+HOVLQNL 3XKID[ /b16,6820(1 3/

Documentation page Publisher West Finland Regional Environment Centre Date April 2001 Author(s) Title of publication Arja Palomäki Internal loading in the phosphorous balance of Lake Lappajärvi Parts of publication/ other project publications Abstract Lake Lappajärvi is the largest lake in South Ostrobothnia and its importance for both general use and recreation is significant in this area lacking in water bodies. During the last decades the lake has been strongly eutrophied and blue-green algae blooms are common. The oxygen content in the hypolimnion has decreased: from the end of the 1970s the oxygen depletion in the profuldal has recurred almost every winter. In summer 1999 the project Lappajärvi Life was initiated in order to improve the state of the lake. The project is financed by 22 national sponsors and the European Union Life Environment Fund. The aim of the project is to find restoration methods suitable for the lake and to demonstrate new restoration methods. This investigation is a part of the project Lappajärvi Life. The aim of the study was to define the relation between external and internal loading in Lake Lappajärvi by means of phosphorous total balance and to decide if the restoration should be focused on reducing either external or internal loading. Additionally the probable consequences of reduced loading was evaluated. Internal loading in Lake Lappajärvi is approx. 5-10 times higher compared to external loading. At present the lake is clearly internally loaded. Keywords The restoration activities must include concurrent reducing of external loading and recovering the internal processes of the lake. External loading must be reduced to such a level that the lake can manage without continuous treatment. The reducing of external loading does not have desired effects on the trophic state unless the structure of the ecosystem can be recovered to a more natural state. Lake Lappajärvi, Lappajärvi Life, internal loading, restoration Publication series and number Regional Environment Publications 213 Theme of publication Project name and number, if any Financier/ commissioner LappajärviLife West Finland Regional Environment Centre Project organization For sale at/ distributor Financier of publication Printing place and year ISSN ISBN 1238-8610 952-11-0886-x No. of pages 25 Language Finnish Restrictions Public Price 30 mk West Finland Regional Environment Centre, telephone +358-6-367 5211, fax +358-6-367 5251 Oy Edita Ab, telephone +358-9-566 0266, fax +358-9-566 0380 West Finland Regional Environment Centre Multiprint, Vaasa 2001 Alueelliset ympäristöjulkaisut 213 25