Metsätalouden vesistövaikutusten tutkimus ja tulosten vienti käytäntöön - Prof. Leena Finér Metsäntutkimuslaitos, Joensuu
Teemat: Mikä aiheuttaa vesistövaikutuksia? Miten metsätalouden vesistövaikutuksia arvioidaan? Eri toimenpiteiden vaikutukset Vesiensuojelutoimenpidevalikoima ja niiden teho Uudet tuulet
Mikä aiheuttaa vesistövaikutuksia? Veden määrän muutokset Valaistuksen ja lämpötilan muutokset Rehevöittävä ravinnekuorma: typpi (nitraatti, ammonium, orgaaninen), fosfori (fosfaatti, orgaaninen), hiili (humus) Orgaanisen aineen kuorma: - puuaines, humus, hiili Sameuttava ja/tai sedimentoituva kiintoainekuorma: orgaaninen ja epäorgaaninen Myrkyt: raskasmetallit (rauta, nikkeli, kupari, sinkki, arseeni, lyijy), alumiini ja elohopea, torjunta-aineet, öljyt Happamoittava tai neutraloiva ainekuorma: vety, sulfaatti, emäskationit (kalsium, kalium, magnesium)
Miten metsätalouden vesistövaikutuksia arvioidaan? Metsätalous yksi kuormittaja muiden joukossa. Metsätalouden aiheuttamaa kuormitusta voidaan arvioida mittaamalla käsitellyiltä ja käsittelemättömiltä valuma-alueilta tulevia ainevirtoja ja laskemalla niiden erotus.
Ainekuormitusta tutkitaan pienillä latvavalumaalueilla Valuma-alueet pieniä 30-500 ha, metsätalous ainut maankäyttömuoto, seurattava yleensä 3-5 vuotta ennen ja 10 vuotta toimenpiteen jälkeen, vertailualue ja toimenpidealue erikseen Kuva: Metla/ Erkki Oksanen
Tutkimuksen ja seurannan piirissä olevat alueet on esitelty julkaisussa: Finér L., Mattsson T., Tattari S., Joensuu S. & Penttinen J., 2012. Esitys maa- ja metsätalousministeriölle metsätalouden vesistökuormituksen seurannan järjestämisestä. Metlan työraportteja 226 ja tietokannassa: http://www.metla.fi/hanke/7467/index.htm Kuvat: Elina Jaakkola
Metsissä tehtävät kuormittavat toimenpiteet: Hakkuut: päätehakkuut, (harvennukset) Maanmuokkaus: säätöauraus, mätästys, äestys,... Hakkuutähteiden korjuu, kannonnosto Lannoitus Ojitus, (ennallistaminen)
Ominaiskuormitus=kuormituksen lisäys yht. 10 vuodessa toimenpiteiden jälkeen, kg/ha Toimenpide Typpi Fosfori Kiintoaine Metsänuudistaminen kangasmaat 5 0.25 turvemaat 26 0.64 Lannoitus kangasmaat 15 turvemaat 1.35 Kunnostusojitus 0 0.98 973 Taustakuormitus 13 0.5 51 Laskeuma 36-110 0.5-2.4 Lähteet: Finér ym. 2010, Kenttämies & Alatalo 1999
Tutkimusvalumaalueet, joiden perusteella on tuotettu ominaiskuormitusluvut laskelmia varten Kunnostusojitus 41 Päätehakkuu, kivennäismaat 6 Päätehakkuu, turvemaat 3 Lannoitus, kivennäismaat 1 Lannoitus, turvemaat 1 Avoahakkuu Kunnostusojitus Vertailualue - ei toimenpiteitä 19.11.2012 9
Typen ominaiskuormituksen kertymä Vuosi toimenpiteestä Metsänuudistaminen kg ha -1 a -1 Kunnostusojitus kg ha -1 a -1 Lannoitus kg ha -1 a -1 Kangasmaat Turvemaat Kangasmaat Turvemaat 1 0,95 4,30 0 12 0 2 0,82 4,30 0 3 0 3 0,82 4,30 0 0 0 4 0,77 3,70 0 0 0 5 0,62 3,08 0 0 0 6 0,35 2,47 0 0 0 7 0,33 1,85 0 0 0 8 0,20 1,24 0 0 0 9 0,16 0,62 0 0 0 10 0,007 0,007 0 0 0 Yhteensä 5,027 25,867 0 15 0 19.11.2012 10
Fosforin ominaiskuormituksen kertymä Vuosi toimenpiteestä Metsänuudistaminen kg ha -1 a -1 Kunnostusojitus kg ha -1 a -1 Lannoitus kg ha -1 a -1 Kangasmaat Turvemaat Kangasmaat Turvemaat 1 0,056 0,100 0,420 0 0,27 2 0,044 0,100 0,140 0 0,27 3 0,037 0,100 0,112 0 0,27 4 0,038 0,087 0,084 0 0,27 5 0,024 0,074 0,070 0 0,27 6 0,011 0,061 0,056 0 0 7 0,013 0,048 0,042 0 0 8 0,013 0,035 0,028 0 0 9 0,009 0,023 0,014 0 0 10 0,006 0,010 0,007 0 0 Yhteensä 0,251 0,638 0,973 0 1,35 19.11.2012 11
Kiintoaineen ominaiskuormituksen kertymä Vuosi Kunnostusojitus toimenpiteestä kg ha -1 a -1 1 420 2 140 3 112 4 84 5 70 6 56 7 42 8 28 9 14 10 7 Yhteensä 973 19.11.2012 12
Typpikuormitus vuonna 2006 Lähde: Finér ym. 2010, Suomen ympäristö 10/2010
Fosforikuormitus vuonna 2006 Kuormitus (Mg) 350 300 250 200 150 100 50 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Vesienhoitoalue Metsänuudistaminen kivennäismailla Lannoitus turvemailla Kunnostusojitus turvemailla Metsänuudistaminen turvemailla Taustakuorma Suhteessa taustakuormaan (%) 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Lannoitus turvemailla Kunnostusojitus turvemailla Metsänuudistaminen turvemailla Metsänuudistaminen kivennäismailla 1 2 3 4 5 6 7 8 Vesienhoitoalue Lähde: Finér ym. 2010, Suomen ympäristö 10/2010
Kiintoainekuormitus vuonna 2006 60000 100 Kuormitus (Mg) 50000 40000 30000 20000 10000 Kunnostusojitus turvemailla Taustakuorma Suuruus taustakuormaa vastaan (%) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Kunnostusojitus turvemailla 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Vesienhoitoalue 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Vesienhoitoalue Lähde: Finér ym. 2010, Suomen ympäristö 10/2010
Päätehakkuun ja maanmuokkauksen vaikutus vesistöihin -kivennäismaat - Useita tutkimuksia (9 kpl), vanhimpien tulokset eivät vastaa nykyisiä suositusten mukaisia käytäntöjä, uusimmissa (7 kpl) käytetty suojavyöhykkeitä vesistöjen varsilla ja maanmuokkaus tehty suositusten mukaan (Tuija Mattsson) - Valunta, typpi- ja fosforikuormitus ovat lisääntyneet 10-vuoden ajaksi - Myös mm. kaliumin, raudan ja kiintoaineen kuormitus ovat lisääntyneet 5 a) b) 0.2 4 3 Vuotuinen keskiarvo Liukuva keskiarvo 0.15 N kg ha -1 a -1 2 1 P kg ha -1 a -1 0.1 0.05 Uudistamishakkuun aiheuttama kuormituksen lisäys uusimpien tutkimusten mukaan (Finér ym. 2010) 0-1 -2 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Aika toimenpiteestä a 0-0.05-0.1 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Aika toimenpiteestä a
Päätehakkuun ja maanmuokkauksen vaikutus vesistöihin -turvemaat - Tutkittu vain 2:lla alueella Suomessa ja vain kolme kesää, lisäksi Ruotsissa yhdellä alueella typen huuhtoutumista (Mika Nieminen) - Typpi-, fosfori ja hiilikuormitus lisääntyivät, vaikutusten kestosta ei tietoa - Tuloksia ei ole karujen soiden päätehakkuiden vaikutuksista - Uusia tutkimuksia on käynnistetty a) N kg ha -1 a -1 8 6 4 2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Aika toimenpiteestä a Nieminen (2004) Nieminen (2004) Lundin (1999) Lundin (1999) Turvemaat Kivennäismaat b) 0.25 P kg ha -1 a -1 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Aika toimenpiteestä a Nieminen (2004) Nieminen (2004) Turvemaat Kivennäismaat Kuormituksen lisäys turve- ja kivennäismailla tehdyissä hakkuissa (Finér ym. 2010)
Hakkuutähteiden korjuu, kannonnosto Tutkimustuloksia on hakkuutähteiden korjuun pohjavesivaikutuksista, nitraattipitoisuudet nousevat vähemmän kuin pelkässä avohakkuussa (Eero Kubin) Kantojennoston vaikutusta tutkittu vasta 3 vuotta, vähentää nitraatin huuhtoutumista 800 700 NO - N µg/l 3 Hakkuutähteet jää Kontrolli 800 700 NO - N µg/l 3 Hakkuutähteet kerätty Kontrolli 600 600 500 500 400 Avohakkuu: 20.6.1986 400 Avohakkuu: 20.6.1986 300 300 200 200 100 100 0 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 0 Vuosi 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Vuosi Avohakkuun ja avohakkuun ja hakkuutähteiden korjuun vaikutus pohjaveden nitraattipitoisuuteen Kivesvaarassa, Kubin 2012.
Hakkuun vaikutus pohjavesialueilla Juomaveden ylin sallittu nitraattipitoisuus 50 mg/l. Keskimäärin Suomessa 1mg/l. Pohjaveden nitraattipitoisuuden (NO 3 )muutos hakkuiden jälkeen. Vuosikeskiarvot ja vuosimaksimit (F=päätehakkuu, T=harvennus, H=maanmuokkaus). Ylinnä sadeveden nitraattipitoisuus (oikea akseli).(rusanen ym. 2003
Lannoituksen vaikutus vesistöihin -turvemaat Rauta-PK - Ei näyttöä fosforin huuhtoutumisesta jos lannoitetta ei joudu ojiin ja vesistöihin (Mika Nieminen) - Jos ojiin huuhtoutuminen todennäköistä, 3% lannoitteesta Tuhka - Vaikutuksia seurattu 10-11-vuotta laajassa tutkimuksessa (Sirpa Piirainen) - Ei huuhtoudu typpeä, fosforia, hiiltä, booria - Huuhtoutuu rikkiä, kaliumia, magnesiumia - Vaikutukset pitkäaikaisia - Tuhkaa ei levitetty ojiin, jos joutuu todennäköisesti huuhtoutuu
Lannoituksen vaikutus vesistöihin -kivennäismaat - Tutkittu yhdessä tutkimuksessa, 2 valuma-aluetta, metsän NP-lannoitus (Matti Saura) - Typpikuormitus lisääntyi 2 vuodeksi 8%/2% annetusta typestä, fosforikuormitus ei lisääntynyt
Kunnostusojitus Laajasti ja pitkäaikaisesti tutkittu eri puolella Suomea (yli 40 valumaaluetta (Samuli Joensuu) Kiintoainekuormituksen lisääntyminen merkittävin vaikutus Typpi- ja fosforikuormitus ei juuri muutu Happamuus ja hiilen huuhtoutuminen vähenevät, kaliumin, kalsiumin ja magnesiumin huuhtoutuminen lisääntyy samoin raudan ja alumiinin lyhytaikaisesti Vaikutukset ohi 10 vuodessa
Kiintoainekuormituksen lisäys kunnostusojituksen jälkeen Vuosi Kunnostusojitus toimenpiteestä kg ha -1 a -1 1 420 2 140 3 112 4 84 5 70 6 56 7 42 8 28 9 14 10 7 Yhteensä 973 Kiintoainekuormitus kunnostusojituksen jälkeen keskimäärin (oletettu, että laskeutusaltaat pidättävät 30%) Finér, L. ym. 2010. Kiintoaineen pitoisuuden nousu eri tutkimusalueilla kunnostusojituksen jälkeen Joensuu,S. 2002.
Vesiensuojelurakenteiden teho -laskeutusaltaat Laajasti ja pitkäaikaisesti tutkittu kunnostusojituksen vaikutusten yhteydessä (Samuli Joensuu) Keskimäärin 30% kiintoainekuormitusvähennys, mutta vaihtelu suurta ja laskeutusaltaat voivat huonossa tapauksessa lisätä kiintoainekuormitusta Altaat pidättävät parhaiten silttiä ja sitä karkeampia maa-aineksia Mitä suurempi allas ja mitä pienempi ojitusalue sitä tehokkaammin allas toimii Laskeutusaltaat eivät pidätä muita veteen liuenneita aineita Kiintoaineen pitoisuuksien nousu eri tutkimusalueilla kunnostusojituksen jälkeen Joensuu,S. 2002.
Vesiensuojelurakenteiden teho- pintavalutus Useita tutkimuksia (Anu Hynninen, Mika Nieminen) Voi pidättää merkittäviä määriä ( jopa 90%) pintavalutuskentälle tulevasta kiintoaineesta, fosforista ja typestä tai sitten vapauttaa ravinteita enemmän kuin kentälle tulee. Suuri fosforin huuhtoutuminen selittyy liukenemisella maaperästä ja fosforin ja typen vapautumisella kuolleesta puustosta. Hyvä pintavalutuskenttä on 1-3% valuma-alueen pinta-alasta, ei saa olla fosforilannoitettu eikä maaperässä saa olla runsaasti fosforia, puusto ei saa kuolla ja jos riski on olemassa puusto hakkutähteineen on hyvä poistaa. Oikovirtauksia ei saa olla.
Vesiensuojelurakenteiden teho- putkipadot Uusi menetelmä tutkittu yhdellä alueella (Hannu Marttila, Oulun yliopisto) Pienentää tulvahuippuja, vähentää kiintoaine- (86%), typpi- (65%) ja fosforikuormitusta (67%) kolmena vuonna kunnostusojituksen jälkeen. Pitkäaikaisvaikutuksia ei tunneta, pitkäaikainen vettyminen tulee estää Kaavakuva putkipadosta (Jouko Hämäläinen) Kuva putkipadosta Antti Leinonen
Vesiensuojelurakenteiden teho- suojavyöhykkeet Suojavyöhykkeiden tehosta kivennäismaiden avohakkuulta tulevan kuormituksen vähentämiseen on olemassa joitakin tutkimustuloksia (Tuija Mattsson). Suojavyöhykkeet vähentävät kiintoaine-, typpi- ja fosforikuormitusta. Suojavyöhykkeen on oltava sitä leveämpi mitä enemmän ja mitä isommalta toimenpidealueelta vesiä kulkee suojavyöhykkeen kautta, suojavyöhykkeiden pidätyskyky vaihtelee, vettyminen voi lisätä fosforin huuhtoutumista. Erityisesti kaltevilla ja eroosioherkillä mailla tulee estää oikovirtauksia. METLA/Oksanen
Uudet tuulet Todellinen kunnostusojitustarve? Ei tarvetta jos puuston määrä riittävä? Uudet suunnittelutyökalut ja valuma-aluetasoinen suunnittelu KUHA, KALLE, RLGIS Toimenpiteiden tehon seuranta- seurantaverkkoa perustetaan Yhteistyö muiden maankäyttömuotojen kanssa Ilmaston muutos? RLGIS- eroosioherkkyysanalyysi, Antti Leinonen
Kiitos