Ravintoketjukunnostus vesistön tilan kohentajana Pia HögmanderH BIOP104 Limnologian perusteet luento 10.3.2010
Sisält ltö Teoriaa ja käsitteitk sitteitä Ravintoketjukunnostus (mitä?? missä?? milloin?) Esimerkkitapauksia Toimiiko? Kustannukset ja vaihtoehdot
Ravintoketju petokala PEDOT planktonsyöjäkala KASVISSYÖJÄT eläinplankton PERUSTUOTTAJAT kasviplankton
Ravintoverkko
Ravintopyramidi PEDOT KASVISSYÖJÄT PERUSTUOTTAJAT
Ravintoketjuteoria (Food chain theory, Hairston et al. 1960 Am.Nat.. 94: 421-424) P Predators Consumers C R Reproducers
Trophic cascade (Carpenter et al. 1985. Bioscience 35: 634-638) 638) ravintoketjun yläpää äässä tapahtuva muutos kulkeutuu läpi l ketjun
Ravintoketjussa parillinen määrä tasoja vesiekosysteemeissä usein 4 perustuotanto voi olla kuluttajien sääs äätelemä kuluttajasää äätely = top-down Ravintoketjussa pariton määrä tasoja perustuotanto on resurssien (tila, valo, ravinteet) säätelemää resurssisää äätely = bottom-up
Kuluttajasää äätely = Top down esimerkiksi kalat sääs äätelevät saalistuksellaan eläinplanktonia, jotka säätelevät t kasviplanktonia eliöiden iden ravinnon tai ravinteiden hankinta ja kulutus sääs äätelee sekä eri tuotantotasojen koostumusta että biomassaa
Resurssisää äätely = Bottom up esimerkiksi eläinplanktonin määm äärää säätelee tarjolla oleva ravinto eli kasviplanktonin määm äärä vesistön n tuottavuus ja siis ravinteiden määrä säätelee sekä eri tuotantotasojen koostumusta että biomassaa
Resurssisää äätely Fosforin määrä vs. järven levätuotanto Dillon & Rigler (1974)
Resurssisäätely Kalojen määrä vs. järven tuottavuus Helminen et al. 2000. Verh. Internat.Verein.Limnol. 27:194-199
Kuluttajasää äätely planktonsyöjäkalojen vaikutus Säkylän Pyhäjärvi 1980-1996 Säkylän Pyhäjärvi 1980-1996 Biomassa (x1000 kg) 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 Biomassa (x1000 kg) 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 100 200 300 400 500 Planktonsyöjäkaloja (x1000 kg) 0 100 200 300 400 500 Planktonsyöjäkaloja (x1000 kg) Kalojen ravinnonkulutus Eläinplankton Kasviplankton Sarvala et al. 1998. Hydrobiologia 363: 81-95.
Kaksi tasapainotilaa (two eqilibria, Scheffer et al. 1993. ) Oligotrofinen (vähärävinteinen) Hypereutrofia (rehevä) Ravinteet Sameus Scheffer, M., Hosper, S. H., Meijer, M.-L., Moss, B., and Jeppesen, E. 1993.Alternative equilibria in shallow lakes. Tree 8, 275-279.
Ravintoketjuteoria & kaksi tasapainotilaa P 2 P 1 C 1 R Torpström & Lappalainen 1992
Rehevöitynyt järvij veden korkea fosfori ja a-klorofyllipitoisuus levähaittoja runsas särkikalavaltainen kalasto sameus uposkasvien vähyys happikatoja
Rehevöityminen Ravinnekuormitus (fosfori) kasvattaa järven j perustuotantoa ja varastoi ravinteita pohjasedimenttiin Ravinteiden saatavuus leville lisää ääntyy Särkikalojen määm äärä kasvaa ja petokalojen osuus pienenee Eläinplanktonin laidunnus heikkenee Vaikka ulkoinen ravinnekuormitus loppuisikin, niin järven j sisäinen inen kuormitus voi ylläpit pitää rehevyyttä (kalaston suorat ja epäsuorat vaikutukset)
Sisäinen inen kuormitus Pohjanläheinen happikato, leväkukintoihin liittyvä veden ph-tason nousu sekä pohjalla ruokailevat särki- ja lahnaparvet kiihdyttävät ravinteiden vapautumista sedimentistä veteen Leville käyttökelpoisten ravinteiden määrä kasvaa myös kalojen ulosteiden mukana
Rehevöityminen www.ymparisto.fi
RAVINTOKETJUKUNNOSTUS eli BIOMANIPULAATIO Shapiro et al. 1975 (biomanipulation, food web management) Kairesalo ym. 1990, Helminen ym. 1995 (ravintoketjukunnostus) eliöstöön kohdistuvat toimet, joilla pyritään parantamaan rehevöityneiden vesistöjen veden laatua
Ravintoketjukunnostuksen toteutus Toimenpiteet kohdistuvat ravintoketjujen yläpäähän (kaloihin) Tehokalastus (poistopyynti) Saalistavoite rehevyystasosta Riippuen 50 150 kg/ha/v Petokalojen istuttaminen Tuetaan tehokalastuksen vaikutuksia Hoitokalastus Pyritään ylläpitämään hyvää tilannetta tehokalastuksen jälkeen
Ravintoketjukunnostus Kalojen määrän vähentämisellä pyritään: 1) Vähentämään kalojen saalistusta planktoneläimiin (suuret vesikirput), jotka osaltaan säätelevät ravintonsa eli levien esiintymistä Levät eivät pysty lisääntymään tehokkaasti niihin kohdistuvan laidunnuksen takia
ENNEN Ravintoketjukunnostus
JÄLKEEN Ravintoketjukunnostus
Kalojen määm äärän n vähentv hentämisellä pyritää ään: 2) Vähentämään pohjasta ravintoaan etsivien kalojen sedimentin pöllyttämistä ja ravinteiden kierrätystä 3) Poistamaan kaloihin sitoutuneita ravinteita etenkin fosforia 4) Hidastamaan ravinteiden kiertoa sedimentistä veteen kalojen ulosteiden muodossa ja happitilanteeseen vaikuttamalla Biomanipulaatio vaatii tuekseen ulkoisen ravinnekuormituksen vähentämisen
Tehokalastuksen vaikutukset? www.ymparisto.fi
Esimerkkitapauksia Näkinpartaislevän runsastuminen ravintoketjukunnostuksen jälkeen Hollantilaisessa järvessä 1979 ulkoinen kuormitus laski puoleen entisestä 1993 tehokalastus Noordhuis & Hosper 2001. SIL conference Melbourne, Australia
Esimerkkitapauksia Vesijärven Enonselkä ravinnekuormitus väheni 1976 tehokalastus 1989 1993 särki väheni 80% kuore väheni 84% näkösyvyys parani 1.5 => 3.5 m totp laski 60 => 30 µg/l EI kuitenkaan vaikutuksia eläinplanktonissa -> kalojen poistolla on siis muitakin vaikutusreittejä kuin planktonketjumekanismi (Horppila et al. 1998. Ecological Restoration 6: 20-28.)
Jyväsj sjärvi ravinnekuormitus 200 150 100 50 0 Salonen et al. 2005. 1935 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 kg P d -1 1975 1980 1985 1990 1995 2000 Esimerkkitapauksia Asumajätevedet Teollisuus Hajakuorma 20 10 0
Esimerkkitapauksia Jyväsj sjärvi kasviplanktonin määrä 100 75 50 25 0 1975 1980 1985 1990 1995 2000 a-klorofylli mg m -3 Keränen 2001. Jyväskylän yliopisto, Bio- ja ympäristötieteiden laitos.
Esimerkkitapauksia Jyväsj sjärvi kokonaisfosfori vs. a-klorofylli a-klorofylli mg m -3 100 10 1 0,1 1 10 100 1000 kokonaisfosfori mg m -3 Pienet herbivorit SH-kerrostunut Suuret herbivorit LH-kerrostunut 1970-luku 1980-luku 1990-luku 2000-luku ennen kalastusta Salonen et al. 2005.
Esimerkkitapauksia Jyväsj sjärvi TEHOKALASTUKSEN TOTEUTUS 2004 2005 2006 54 tn (160 kg/ha) 28 tn (84 kg/ha) 22 tn (65 kg/ha) YHTEENSÄ 104 tn -> 309 kg/ha
Esimerkkitapauksia Jyväsj sjärvi Särkikanta, biomassa kg kg 25000 20000 15000 10000 5000 0 2004 alku 2004 loppu 2005 alku 2005 loppu 2006 alku 2006 loppu 1992-- 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 kg/ha 63 30 42 11 20 6
Esimerkkitapauksia Jyväsj sjärvi Ahvenkanta, biomassa kg 30000 kg 25000 20000 15000 10000 5000 1999-- 2000 2001 2002 2003 2004 2005 0 2004 alku 2004 loppu 2005 alku 2005 loppu 2006 alku 2006 loppu kg/ha 81 30 45 12 58 7
Esimerkkitapauksia Jyväsj sjärvi a-klorofyllin ja fosforipitoisuuden suhde 100 SH-kerrostunut Pienet herbivorit a-klorofylli mg m -3 10 1 0,1 Tavoitetta ei saavutettu LH-kerrostunut Suuret herbivorit 1970-luku 1980-luku 1990-luku 2000-luku ennen kalastusta 2000-luku jälkeen kalastuksen 1 10 100 1000 kokonaisfosfori mg m -3 SH ja LH-yhteisöjen rajaviivat Mazumder 1994 CJFAS 51: 390-400 mukaan.
Esimerkkitapauksia Jyväsj sjärvi Eläinplanktonyhteisöt: SH vs. LH Pienet herbivorit Suuret herbivorit -- Biomanipulaation vaikutukset eläinplanktonyhteisöön jäivät vähäisiksi. Kriteerit Mazumder 1994 CJFAS 51: 390-400 mukaan.
Miten usein kunnostus onnistuu? Meijer ym.. (1999): 18 biomanipulaatioprojektia Hollannissa 8 tapauksessa vesi kirkastui selvästi 8 muussa vähän 2 ei lainkaan 6 kirkastuneista järvistä neljässä tapauksessa vesi sameni uudelleen
Miten usein kunnostus onnistuu? HOKA-projekti (RKTL, ympäristökeskukset, TE-keskukset): 1997 2001, 14 järveä tai järviallasta leväbiomassa aleni ja näkösyvyys kasvoi 7 tapauksessa (Olin 2005)
Miten usein kunnostus onnistuu? Mehner et al. (2002): Ravintoketjukunnostusten keskimää ääräinen onnistumisaste on n. 60%
Miksi ei aina onnistukaan? kalastus on ollut alitehoista ei löydykään toista tasapainotilaa järvien ravintoverkot ovat paljon monimutkaisempia kuin teoria olettaa lajien väliset vuorovaikutukset, omnivoria, mikrobit Lajistoerot
Miksi ei aina onnistukaan? syvissä järvissä vaikutukset usein heikompia (anaerobinen fosforin vapautuminen pohjalietteestä) ulkoa tuleva häiriö, ravinnekuormitus suuri (kriittinen raja-arvo 0.5-1.0 g P/m 2 /a, Benndorf 1987) palautuminen on nopeaa Chaoborus-sulkasääsken predaatio
Kunnostuksen onnistumiseen vaikuttavia tekijöit itä Ekosysteemin tilan pysyvyys (stability) kuinka pysyvä tasapainotila on yleensä systeemin kompleksisuus ylläpitää stabiiliutta Ekosysteemin palautumiskyky (resilience) kuinka nopeasti systeemi palautuu tasapainoon häiriön jälkeen Ekosysteemin vastustuskyky (resistance) kuinka hyvin kykenee vastustamaan häiriötä
Esimerkkitapauksia kalaston palautumisesta biomanipulaation jälkeen Bleiswijkse Zwemlust Noorddiep tehokalastus tehokalastus tehokalastus Meijer, M.-L et al. 1995.. Neth. J. Aquat. Ecol. 29: 91-101.
Selkärangattomat pedot Selkärangattomat pedot kuten Chaoborussulkasääsken toukat ja Leptodora petovesikirput ovat kalojen suosimaa ravintoa. Kun kalabiomassa vähenee, niin selkärangattomat pedot voivat lisääntyä ja rajoittaa leviä syövien eläinplanktonlajien runsastumista.
Selkärangattomat pedot Ennen biomanipulaatiota Vähän leviä syövää eläinplanktonia Paljon planktonia ja selkärangaton petoja syöviä kaloja Paljon kasviplanktonia
Selkärangattomat pedot Biomanipulaation jälkeenj Edelleen vähän leviä syövää eläinplanktonia Vähän planktonia ja selkärangaton petoja syöviä kaloja Selkärangattomat pedot pääsevät runsastumaan Edelleen paljon kasviplanktonia -> kunnostuksen tavoitteita ei saavutettu
Selkärangattomat pedot 80 70 60 1999 2000 Cladoceran production Consumption by C. flavicans 2001 µg C l -1 d -1 50 40 30 20 10 0 MJ J A SO MJ JASO M J J A SO
Kustannukset 0.2 2.5 /kg Vesitalous 2004 0.4 1.2 /kg Järvien kunnostus-kirja 2005 Vaikuttavia tekijöitä mm. järven ominaispiirteet ja käytettävät kalastusmenetelmät Verrattava hyötyihin (virkistyskäytön paraneminen, arvokalojen osuuden nousu kalansaaliissa, maan arvon nousu rannoilla)
Kustannukset Pohjalampi Köyliöjärvi Vesijärvi (Enonselkä) Toteutusaika 1992-1997 1992-2000 1989-1994 Järven pinta-ala (ha) Kokonaissaalis (kg) Hehtaarisaalis (kg/ha) Kalastuksen kustannukset (mk) Kalastuksen kustannukset ( /kg) (mk/kg) Kalastuksen kesto (vuotta) Kok. P -pitoisuus kesällä 61 1226 2600 14 000 626 000 1 100 000 229 500 423 35 000 n. 1 126 000 3 410 000 6000 189 000 528 000 2,50 n. 1,80 3,10 0.42 0.30 0.52 3 9 6 29 120 50
Muut rehevöitymishaittoja vähentävät kunnostusvaihtoehdot Järven ilmastus, veden kierrätys Fosforin kemiallinen saostus järvessä Alusveden poistaminen Ruoppaus Kipsaus, savipeitto Pohjasedimentin pöyhintä Vesikasvillisuuden poistaminen
Miksi ei aina onnistukaan? Ravintoverkon kompleksisuus (Food Web Theory)