Kysy tarjousta! ilmoitus.vesitalous@mvtt.fi Tuomo Häyrynen 050 585 7996. Toista tai vaihda ilmoitusta numeroittain. Palstan leveys liikehakemistossa 80 mm, kaksi palstaa 170 mm. Vesitalous liikehakemisto Vesitalous 1/1 LIIKEHAKEMISTO VESITALOUS-LEHDEN Valitse osastosi ja nosta yrityksesi tunnettavuutta
Antti Räike, Ahti Lepistö, Laura H. Vesitalous 6/2022 ilmestyy 2.12. LXIII JULKAISIJA Ympäristöviestintä YVT Oy Annankatu 29 A 18, 00100 Helsinki Puhelin (09) 694 0622 KUSTANTAJA Ympäristöviestintä YVT Oy Tuomo Häyrynen e-mail: tuomo.hayrynen@vesitalous.fi Yhteistyössä Suomen Vesiyhdistys ry ILMOITUKSET Tuomo Häyrynen Puhelin 050 5857996 e-mail: ilmoitus.vesitalous@mvtt.fi PÄÄTOIMITTAJA Minna Maasilta Maaja vesitekniikan tuki ry Annankatu 29 A 18, 00100 Helsinki e-mail: minna.maasilta@mvtt.fi TOIMITUSSIHTEERI Tuomo Häyrynen Uuhenkuja 4, 80140 Joensuu Puhelin 050 585 7996 e-mail: tuomo.hayrynen@vesitalous.fi TILAUKSET JA OSOITTEENMUUTOKSET Taina Hihkiö Maaja vesitekniikan tuki ry Puhelin (09) 694 0622 e-mail: vesitalous@mvtt.fi ULKOASU JA TAITTO Taittopalvelu Jarkko Narvanne, PAINOPAIKKA Forssa Print | ISSN 0505-3838 Asiantuntijat ovat tarkastaneet lehden artikkelit. 4 Tummuminen haastaa vesiensuojelun vaikuttavuuden – toimenpiteitä tarvitaan Antton Keto ja Laura Härkönen HIILI VESISTÖISSÄ 5 Eteneekö Suomen vesistöjen tummuminen. Elina Peltomaa, Jenni Miettinen, Mari Könönen ja Kari Hyytiäinen 36 VEMALA TOC: Kohti täsmällisempiä, orgaanisen hiilen valtakunnallisia huuhtoutumisestimaatteja Inese Huttunen ja Kimmo Kahilainen 39 Vesien tummuminen – mitä lisäarvoa saadaan satelliittihavainnoista. Härkönen, Antti Taskinen ja Pirkko Kortelainen 10 Uusia mittareita humuskuormituksen seurantaan Satu Estlander, Salla Rajala ja Jukka Horppila 13 Hiilen prosessoituminen vesistöissä ja vesistöjen kasvihuonekaasut Anne Ojala, Heli Miettinen ja Jukka Pumpanen 17 Ruskistuminen uhkaa virtavesien ravintoverkkoja ja monimuotoisuutta Jussi Jyväsjärvi ja Timo Muotka 21 Järvien tummumisen vaikutus kasviplanktonyhteisöön Kristiina Vuorio, Sami Taipale ja Marko Järvinen 24 Järvien tummuminen ja kalat Kimmo Kahilainen, Sami Taipale, Mikko Olin, Ossi Keva, Jukka Ruuhijärvi ja Martti Rask 27 Vesistöjen tummumisen hillintä edellyttää systeemistä muutosta turvemaiden metsätalouden toimintatavoissa Laura H. Ilmoitusvaraukset 24.10. Tämän numeron kokosi Laura Härkönen e-mail: laura.harkonen@syke.fi Kansikuva: Sisältö 5/2022 Vesitalous 1/1 LIIKEHAKEMISTO VESITALOUS-LEHDEN Valitse osastosi ja nosta yrityksesi tunnettavuutta. Jenni Attila, Eeva Bruun, Hanna Alasalmi ja Sampsa Koponen MUUT AIHEET 42 Vesija ympäristötekniikan alalla tarvitaan elämänlaajuista oppimista: esittelyssä Lifewide WAT -hanke Meeri Karvinen, Osama El Asri, Suvi Ojala ja Marko Keskinen 45 Ajankohtaista 47 Vesialan opinnäytetyöt 48 Liikehakemisto 50 Abstracts 51 Vieraskynä Heli Härkki VESITALOUS www.vesitalous.fi VOL. Kysy tarjousta! ilmoitus.vesitalous@mvtt.fi Tuomo Häyrynen 050 585 7996. Härkönen, Ahti Lepistö, Sakari Sarkkola, Pirkko Kortelainen ja Antti Räike 32 Mikä on veden tummumisen hinta. Seuraavassa numerossa teemana on Freshabit LIFE kokemuksia ja tuloksia. Palstan leveys liikehakemistossa 80 mm, kaksi palstaa 170 mm. Toista tai vaihda ilmoitusta numeroittain. TOIMITUSKUNTA Harri Koivusalo, tekn.tri., teknisen vesitalouden professori, Aalto-yliopisto, Insinööritieteiden korkeakoulu Riina Liikanen, tekn.tri., vesiasiain päällikkö, Suomen Vesilaitosyhdistys ry Jyrki Laitinen, fil.tri., ryhmäpäällikkö, Suomen ympäristökeskus Anna Mikola, tekn.tri., apulaisprofessori, Aalto-yliopisto, Insinööritieteiden korkeakoulu Pekka Rossi, tekn.tri., apulaisprofessori, Oulun yliopisto, vesija ympäristötekniikka Maija Taka, fil.tri., akateeminen koordinaattori, Aalto-yliopisto, Insinööritieteiden korkeakoulu Annina Takala, dipl.ins., Suomen Vesiyhdistys ry Saijariina Toivikko, dipl.ins., vesiasian päällikkö, Suomen Vesilaitosyhdistys ry Erkki Vuori, lääket.kir.tri., professori, emeritus, Helsingin yliopisto, oikeuslääketieteen osasto Lehti ilmestyy kuusi kertaa vuodessa. Vuosikerran hinta on printtilehtenä 65 € ja digilehtenä 50 €. mennessä
LAURA HÄRKÖNEN erikoistutkija, Suomen ympäristökeskus laura.harkonen@syke.fi 4 www.vesitalous.fi PÄÄKIRJOITUS. Turvemaiden metsätalouden vaikutuksiin on herätty vasta viimeisten vuosien aikana. Tummumisen aiheuttamat muutokset vesistöjen ekologias sa eivät kuitenkaan aina ilmene luokituksen mukaisen vesistöjen ekologisen tilan heikkenemisenä, sillä vesienhoidon suunnittelussa veden väri lukeutuu tilaluokittelun perustana oleviin tyypittelymuuttujiin. Monipuolisten metsänkäsittelytapojen ja valuma-alueen vedenpidätyskykyä parantavien kokonaisuuksien edistäminen tukee paitsi ilmastotavoitteita myös vesiensuojelua. Vesiensuojelun vaikuttavuuden vahvistaminen edellyttää tutkimustiedon siirtymistä käytännön toimenpiteisiin. Tämä teemanumero tarjoaa kattavan läpileikkauksen siihen, mitä tummumisen mekanismeista, merkityksestä ja vähentämismahdollisuuksista toistaiseksi tiedetään. Vesistökuormitus, luonnon monimuotoisuus ja parempi kyky sopeutua ilmastonmuutokseen on otettava huomioon päivittyvissä metsänhoidon suosituksissa, sertifikaateissa ja kannustejärjestelmässä. Noin puolet turvemaistamme ojitettiin pääosin 1950– 1980-lukujen aikana. Tummumista kiihdyttävät ilmastonmuutoksen myötä runsastuvat sateet ja roudattomien ajanjaksojen lisääntyminen, sekä happaman laskeuman väheneminen. Ekologisten vaikutusten lisäksi tummumisella on vaikutuksia myös vesistöjen kasvihuonekaasutaseisiin, raakaveden käsittelykustannuksiin ja ekosysteemipalvelui hin. Turvemaiden kuivattamisella on kuitenkin haittavaikutuksia ilmastolle, luonnon monimuotoisuudelle ja vesistöille. Tavataan Kuopiossa! Tummuminen haastaa vesiensuojelun vaikuttavuuden – toimenpiteitä tarvitaan ANTTON KETO ohjelmapäällikkö, ympäristöministeriö antton.keto@gov.fi Kirjoittajat kuuluvat Suomen vesiyhdistyksessä toimivan limnologian jaoston työvaliokuntaan. Vaikutukset heijastuvat kaikille trofiatasoille kasviplanktonista eläinplanktoniin, pohjaeläimiin, kaloihin, lintuihin ja jopa ihmisiin saakka. Niiden pitäisi lähtökohtaisesti olla pysyviä muuttujia, jotka eivät reagoisi ihmistoiminnan aiheuttamiin muutoksiin. Tarve suomaan tuottavan käytön lisäämiseksi oli suuri 1950-luvulla, sillä sodan jälkeen puuta tarvittiin jälleenrakennukseen ja sotakorvauksiin. Kuivatustoiminnan seurauksena noin 25 % puuston kasvusta tulee tällä hetkellä ojitusalueilta. Haitallisia muutoksia aiheutuu kuitenkin myös ennestään tummissa vesistöissä. Veden värin pitäminen pysyvänä muuttujana johtaa kuitenkin harhaan. Veden värin voimistuminen näkyy jopa satelliittikuvissa. S uomaa Suomi on maailman soistuneimpia maita. Vesistöjen tummumisella on useita haittavaikutuksia niin järvikuin virtavesiympäristöissä. Tutkijat ja kansalaiset ovat jo vuosia havainneet, että aiemmin kirkkaat järvet ja virtavedet tummuvat Suomessa kiihtyvällä tahdilla. Taustalla ovat paitsi happaman laskeuman väheneminen, myös turvemaiden ojitukset, jotka ovat lisänneet turpeen maatumista ja hiilen huuhtou tumista. Tummumisella on hintalappu, jonka alentaminen edellyttää kansallisella tasolla uusien toimintatapojen käyttöön ottoa erityisesti turvemaiden metsätaloudessa. Sen vaikutukset voivat kestää vuosikymmeniä. Huoli metsien riittävyydestä kasvoi ja ratkaisua ongelmaan haettiin suolta. Tummuminen muuttaa vesistön valaistusja lämpöolosuhteita, jolloin tuottavan kerroksen paksuus ja kerrostuneisuusolot voivat muuttua. Luontotyyppien uhanalaisuusarvioinnissa erityisesti kirkkaat vesistöt on arvioitu herkiksi tummumisen aiheuttamille muutoksille. Harvalla metsänomistajalla oli rahaa ojittamiseen, mutta valtio tuki sitä aktiivisesti. Metsätalous kehittyi nopeasti ja ojituksella onnistuttiin parantamaan metsänkasvatuksen puuntuotannollista ja taloudellista tulosta huomattavasti. Aiheen parissa jatketaan 3.-4.11.2022 Kuopiossa, kun Vesiyhdistyksen limnologian jaosto järjestää vesistö jen tummumisen syihin ja seurauksiin keskittyneen Carbon cycle in surface waters teemasession osana Itä-Suomen yliopiston tutkimusyhteisöjen järjestämää 2nd International Conference for Sustainable Resource Society: Seizing a sustainable future -konferenssia. Tummuminen on nostettava näkyvämmin esille vesistöjen tilaa heikentävänä tekijänä. Soita ja turvemaita on Suomessa nykyisin noin 9 miljoonaa hehtaaria, noin 30 % maamme pinta-alasta. Tummumista, eli veden värin voimistumista, on havaittu viimeisten vuosikymmenien aikana kaikissa vesistö tyypeissä järvistä virtavesiin ja rannikolle saakka. Tummumisella, tai ruskistumisella, tarkoitetaan veden orgaanisen hiilen ja raudan pitoisuuksien nousua
Vaikka tummumista on tutkittu pitkään yksittäisissä vesistöissä, erityyppisten vesistöjen valtakunnallinen tummumiskehitys ei ole kattavasti selvillä. Lisääntyneen humuskuormituksen johdosta vesistömme ovat tummuneet. Tässä artikkelissa kerrotaan tarkastelun alustavista tuloksista. 2009, Fleming-Lehtinen ym. 2016). Ilmastonmuutoksen hillinnän lisäksi tulisikin pyrkiä vaikuttamaan myös maankäytön, kuten metsätalouden aiheuttamaan lisätummumiseen (Finér ym. Viimeisten vuosien aikana on kiinnitetty enenevissä määrin huomioita maankäytön merkitykseen lisääntyvän humuskuormituksen aiheuttajana. Sisältää muokattua Copenicus-dataa @SYKE. SysteemiHiili-hankkeen yhtenä tavoitteena on tarkastella maantieteellisesti mahdollisimman laaja-alaisesti erityyppisten vesistöjen tummumista käsittäen pienet ja suuret järvet, latvapurot, reittivesistöt, suuret joet sekä rannikkovedet (Kuva 1 ). Osana hanketta tuotetaan lisätietoa maankäytön vaikutuksesta valumaalueen ja vastaanottavien vesistöjen hiilivirtoihin. Miltä tummumistilanne Suomen vesistöissä näyttää. Kuva 1. Sarkkola ym. Ratkaisuja tähän etsitään MMM:n Hiilestä kiinni -ohjelmaan kuuluvassa SysteemiHiili-hankkeessa. HÄRKÖNEN erikoistutkija, Suomen ympäristökeskus ANTTI TASKINEN hydrologi, Suomen ympäristökeskus PIRKKO KORTELAINEN johtava tutkija, Suomen ympäristökeskus Eteneekö Suomen vesistöjen tummuminen. Käynnissä olevan Systeemi Hiilihankkeen yhtenä tavoitteena on ilmiön ja sen syiden tarkempi selvittäminen. 2021), tietyn kuormituslähteen, kuten metsätalouden vaikutuksiin (esim. 2016). Entä kuinka laajapohjaisesta ja merkittävästä muutoksesta on kysymys. ANTTI RÄIKE vanhempi tutkija, Suomen ympäristökeskus antti.raike@syke.fi AHTI LEPISTÖ erikoistutkija, Suomen ympäristökeskus LAURA H. S uomen vesistöt ovat viimeisten kahden vuosikymmenen aikana tummuneet laaja-alaisesti aina latvavesiltä Perämeren rannikkovesiin asti (esim. Tummumisen aiheuttaa pääasiallisesti turvemailta tuleva humuskuormituksen sisältämä orgaaninen hiili, mutta myös rauta on merkittävä tummumiseen vaikuttava tekijä (Xiao ym. Ne ovat enimmäkseen kohdistuneet joko pieniin valumaalueisiin tai järviin (esim. Finér ym. Lisäksi etsitään ratkaisuja, jotka hillitsevät niin maankäytön ilmastovaikutuksia kuin vesien tummumista. 2014, Räike ym. Tummumista on havaittu myös rannikolle laskevissa joissa. 5 Vesitalous 5/2022 HIILI VESISTÖISSÄ. 2015). 2009, Lepistö ym. Räike ym. 2021). SysteemiHiili-hankkeen päätavoitteena on kehittää menetelmällisiä valmiuksia maankäytön muutosten vaikutuksista sekä tukea ilmastoviisaiden ja moniarvoisten ratkaisujen käyttöönottoa valuma-aluetasolla. Tummuminen on yhdistetty moniin eri taustatekijöihin, joista useat linkittyvät happaman laskeuman vähenemiseen ja ilmastonmuutokseen. Kyrönjoelta ja sen edustalta. Sentinel-2 satelliitin havainto 8.8. Sarkkola ym. Tarkoituksena on lisäksi saada kattava kuva eri maankäyttömuotojen aiheuttamasta hiilikuormituksesta, unohtamatta pistekuormituksen merkitystä. Suomessa on tehty useita tummumiseen liittyviä tutkimuksia. 2021) tai suurten jokien kuljettamaan hiilivirtaan (esim
Järvikohteita oli mukana 279 ja rannikkovesien seuranta-asemia 50 (Kuva 2 ). Aineisto käsitti kaikkiaan 746 asemaa, joista virtavesikohteita oli eniten (417 kpl). Tutkimuksen myöhemmässä vaiheessa on tarkoitus lisäksi analysoida aikasarjoissa mahdolliset olevat taitekohdat ja epälineaariset trendit. Selkeimmin pitoisuudet kasvoivat järvissä ja rannikkovesissä, aika voimakkaasti myös jokivesissä, mutta yllättävästi vähiten puroissa (Kuva 3 ). 2022). Suomen rannikkovesistä etenkin Suomenlahti ja Saaristomeri, mutta viimeisen vuosikymmenen aikana myös Selkämeri, ovat kärsineet rehevöitymisestä. Näin asemien erityispiirteet tulivat huomioitua laskennassa. Näytemäärä oli yhteensä yli 130 000 TOC/COD-näytettä. 2021). 2021). Järvistä ja rannikkovesistä tarkastelussa olivat mukana vain päällysvedestä (0?1 m) otetut näytteet. Uusimpien tutkimustulosten mukaan metsätaloudesta peräisin oleva kuormitus on huomattavasti aiemmin arvioitua suurempaa (Finér ym. 2021, Finer ym. Orgaanisen hiilen (TOC) aikasarjoja täydennettiin vesistötyyppija asemakohtaisella regressiomallilla, jossa TOC laskettiin käyttämällä selittäjänä kemiallista hapenkulutusta (COD Mn ). Vastaavasti hapan laskeuma on vähentynyt, mikä on laskenut maaveden ioniväkevyyttä. 6 www.vesitalous.fi HIILI VESISTÖISSÄ. 2021). TOC-pitoisuuksien muutos Suomessa jaksolla 1990?2020 Vuoden 1990 jälkeen TOC-pitoisuus kasvoi suurimmalla osalla seurantakohteista (67 %, 500) ja vain harvoilla kohteilla (3 %, 20) havaittiin pitoisuuden laskua (Taulukko 1 ). Orgaanisen hiilen osalta erityisesti turvemaiden metsätalous on Suomessa noussut huomion keskipisteeksi, sillä orgaanista ainesta kulkeutuu vesistöihin etenkin metsätalouskäyttöön ojitetuilta alueilta. Vedenlaatutietokannasta poimittiin kaikki vedenlaadun seurantapaikat, joilta oli aikasarja-analyysin kannalta riittävä määrä (> 50 kpl) vedenlaatuhavaintoja koko ajanjaksolle 1990?2020. Ojituksen jälkeen turpeen hajoaminen ja huuhtoutuminen kiihtyy: sen arvioidaan vaikuttavan kuormitusta nostavasti jopa vuosikymmeniä, mutta vaikutuksia ja niiden kestoa ei tarkasti tunneta (Nieminen ym. Yli-Halla ym. Toisaalta samaan aikaan kevättulvien merkitys todennäköisesti vähenee. Myöhäiseen syksyyn ja alkutalveen ajoittuvien voimakkaiden sateiden rooli orgaanisen aineksen kuormituksessa lisääntyy edelleen etenkin eteläisessä Suomessa. Maataloudella on myös oma merkityksensä kasvaviin orgaanisen hiilen huuhtoutumiseen, sillä erityisesti länsirannikon turvepelloilta voi huuhtoutua huomattavia määriä sekä hiiltä että ravinteita (esim. Tutkimuksessa mukana olleiden seurantakohteiden lukumäärä vesistötyypeittäin. 2007). 2020), mutta puustotekijöiden osaltakin tarvitaan lisätutkimusta eri tekijöiden vuorovaikutuksista. METVEja MESUVE-tutkimusohjelmissa. Ennusteiden mukaan leudot, vähäroutaiset/vähälumiset talvet tulevat lisääntymään, mikä saattaa yhdessä voimakkaiden sateiden kanssa johtaa aiempaa suurempiin kuormitushuippuihin. Orgaanisen aineen huuhtoutumisen kasvuun vaikuttavia tekijöitä Teollisuuden ja energiantuotannon päästöt ovat pienentyneet. Tummumiskehityksen pitkäaikaismuutosten analysointi tehtiin Mann-Kendall-testillä vuotuisista keskipitoisuuksista, jonka avulla voitiin määrittää monotonisen trendin suuruus ja sen tilastollinen merkitsevyys. Lisätutkimusten myötä selviää, mikä on rehevöitymisen ja mikä jokien rannikolle tuoman humuskuorman osuus rannikon TOC-pitoisuuksien Kuva 2. Orgaanisen hiilen muutokset erityyppisissä vesissä Trenditarkasteluun kerättiin ympäristöhallinnon avoimista tietokannoista mahdollisimman kattava aineisto sekä maantieteellisesti että vesistötyypeittäin. Maankäytön lisäksi puuston määrän ja havupuuvaltaisuuden ja karikkeen lisäyksen on arveltu vaikuttavan vesistöjen hiilipitoisuuksiin (Houle ym. Näytteenottotiheys vaihteli huomattavasti vesistötyypeittäin: keskimääräinen toteutunut seurantanäytemäärä oli virtavesissä 7,4, järvissä 3,5, ja rannikkovesissä 4,3 näytettä/vuosi. Kun laskeumamuutoksen vaikutus on vähentynyt, on ilmastonmuutoksen merkitys puolestaan kasvanut ja ilmastonmuutokseen kytkeytyneet lämpötilan kohoaminen, sekä sadannan ja valunnan äärevöityminen ovat lisänneet huuhtoutuvan hiilen määrää (Lepistö ym. Tämä on puolestaan kasvattanut maaperän orgaanisen kokonaishiilen (TOC) huuhtoutumista ja lisännyt vesistöjen TOC-pitoisuuksia (Monteith ym. Metsätalouden vaikutusta vesistökuormitukseen on Suomessa tutkittu 1990-luvulta lähtien mm
2016). TOC-pitoisuuksien tilastollisesti merkitsevät muutokset. Myöskään Kyrönjoen-Lapuanjoen valuma-alueilla ei nousevia pitoisuuksia juurikaan havaittu, vaikka kummankin joen jokisuulla nousu oli selkeä. Ainakin Perämerellä nousu johtuu jokien kasvaneista TOC-virtaamista (Räike ym. TOC-pitoisuuksien nousu ei rajoittunut pelkästään kaikista turvevaltaisimmille alueille, vaan pitoisuuksien nousua oli havaittavissa myös eteläisen Suomen maatalousvaltaisilla valuma-alueilla. Kuva 4. TOC-pitoisuuksien prosentuaaliset, tilastollisesti merkitsevät (Mann-Kendall, p<0,05), muutokset vesistötyypeittäin ja seuranta-asemien lukumäärä. / yhteensä 2.7 20 30.1 226 66.7 500 746 Taulukko 1. Järvien ja rannikon arvot kuvaavat päällysveden pitoisuuksia. Laskeva (%) N Ei trendiä (%) N Nouseva (%) N Yhteensä Järvi 3.6 10 23.7 66 72.8 203 279 Puro 11.9 7 44.1 26 44.1 26 59 Joki 0.8 3 33.8 121 65.4 234 358 Rannikko 0.0 26.0 13 74.0 37 50 ka. Vuoden keskimääräisten TOC-pitoisuuksien muutos vesistötyypeittäin jaksolla 1990?2020. 7 Vesitalous 5/2022 HIILI VESISTÖISSÄ. noususta. Nousevia TOC-pitoisuuksia havaittiin kaikkialla Suomessa, mutta Lapissa niitä oli selkeästi muuta maata vähemmän (Kuva 4 ). Reittivesistöistä tummuminen näkyi mm. Monilla isoilla järvillä tummumisen lisääntyminen oli havaittavissa: Saimaa (monet eri alueet), Pielinen, Päijänne, Näsijärvi ja Oulujärvi. Kuva 3. Iisalmen, Saarijärven ja Rautalammin reiteillä
8 www.vesitalous.fi HIILI VESISTÖISSÄ. -1 ) onkin mitattu Kiiminkijoella syystulvien yhteydessä, elo-marraskuussa. Kiiminkijoella, kuten muuallakin Suomessa, lämpötilat ovat nousseet lämpimimpien vuosien painottuessa voimakkaasti vuoden 2010 jälkeiseen ajanjaksoon (Kuva 5b ). TOC-pitoisuus Kiiminkijoella (a), vuoden keskilämpötila (b), sekä keskivirtaama (c) ajanjaksolla 1990?2020. Hydrometeorologisista taustamuuttujista tarkasteltiin virtaamaa ja lämpötilaa, joiden osalta Kiiminkijoen aineisto saatiin ympäristöhallinnon tietokannoista ja Ilmatieteen laitoksen avoimesta data-aineistosta. Korkeimmat TOC-pitoisuudet (>20 mg . Tämä oli havaittavissa myös virtaamissa, sillä korkein vuosivirtaama mitattiin vuonna 2020 ja toiseksi korkein vuonna 2015 (Kuva 5c ). -1 korkeampia kuin jakson alussa (1990?1995), mutta hajontaa on paljon (Kuva 6 ). 2020). Pitoisuuksien nousu samansuuruisilla virtaamilla viittaa humuksen hajoamisprosessien voimistumiseen, mikä on lisännyt huuhtoutumiselle alttiin hiilen määrää. Kiiminkijoen vesistöalueella turvemaita on paljon (40 %), ja niistä valtaosa on ojitettu, mikä näyttää kasvavien hiilivirtojen ohella vaikuttavan merkittävästi myös jokien rannikkovesiin kuljettaman typpikuormituksen lisääntymiseen (Räike et al. Kiiminkijoella TOC-pitoisuuden ja vuorokausivirtaaman suhde on muuttunut viimeisten kolmenkymmenen vuoden aikana: jakson lopulla (2015?2020) pitoisuudet olivat kaikilla virtaamatasoilla, alivirtaamista ylivirtaamiin, 3-4 mg . Kiiminkijoella TOC-pitoisuuksien Kuva 5. TOC-Pitoisuusmuutosten taustalla olevat hydrometeorologiset tekijät – esimerkkinä Kiiminkijoki Kiiminkijoen TOC-pitoisuus kasvoi 1990?2000 luvuilla (Kuva 5a ), minkä jälkeen 2010-luvulla kasvu on tasaantunut. Toisaalta sekä tutkimusjakson kylmin vuosi 2010 (?1,8 °C) että lämpimin vuosi 2020 (2,1 °C) ajoittuivat tutkimusjakson loppukolmannekselle antaen viitteitä sääolosuhteiden äärevöitymisestä. Syystulvien arvioidaan yleistyvän ilmastonmuutoksen edetessä ja lisäävän hiilikuormitusta vesistöihin
Kuva 6. & Ukonmaanaho, L. 2022. H., Räike, A., Hartikainen, H. 2022). SysteemiHiili-hankkeen jatkotutkimuksissa pyrimme selvittämään näiden tekijöiden merkitystä valtakunnallisesti. T., Stoddard, J. Härkönen, L.H., Lepistö, A., Sarkkola, S., Kortelainen, P. Science of the Total Environment 536: 914–923. Part 1, 150499. Science of the Total Environment 10 (747):141539. ja Vesely, J. N. L., Jeffries, D. Vesistöjen tummumisen hillintä edellyttää systeemistä muutosta turvemaiden metsätalouden toimintatavoissa. Trends in hydrometeorological conditions and stream water organic carbon in boreal forested catchments. Monteith, D. Science of the Total Environment 408(1): 92–101. Influence of hydromorphologic variables of forested catchments on the increase in DOC concentration in 36 temperate lakes of eastern Canada. Lämpenevä ilmasto, syysja talviaikaisten vesisateiden ja tulvien lisääntyminen ja roudan väheneminen ovat tekijöitä, jotka tulevat pitämään humuskuormituksen tulevaisuudessakin korkealla tasolla. Xiao, Y. 2014. ja Finér, L. Kansallisella tasolla tarvitaan paikallisia, erityisesti turvemaiden metsätalouden toimintatapoihin liittyviä muutoksia ja vesiensuojelutoimenpiteiden tehostamista (Härkönen ym. Ambio 49(2): 460–474. D., de Wit, H. Hankkeen seuraavassa vaiheessa tullaan tarkastelemaan valumaalueen maankäytön ja puustotekijöiden vaikutusta havaittuun tummumiskehitykseen. Aquatic Sciences 78(3): 505–523. N. Long-term trends (1975-2014) in the concentrations and export of carbon from Finnish rivers to the Baltic Sea: organic and inorganic components compared. ‘ Thickness of peat influences the leaching of substances and greenhouse gas emissions from a cultivated organic soil ‘, The Science of the Total Environment, vol. Orgaanisen hiilen muodostumiseen, liukenemiseen maaperästä ja huuhtoutumiseen vesistöihin vaikuttavat monet samanaikaiset tekijät, joiden merkitys vaihtelee maantieteellisesti. L., Evans, C. Increases in organic carbon and nitrogen concentrations in boreal forested catchments — Changes driven by climate and deposition. Räike, A., Kortelainen, P., Mattsson, T. Nature 450: (7169). V. Toisaalta on mahdollista, että maankäyttö vaikuttaa eri suuntaan kuin ilmasto: vähemmän intensiivisen maankäytön positiivinen vaikutus alkaa näkyä Kiiminkijoen aikasarjassa 2010-luvun lopulla (Kuva 5a ). TOC-pitoisuuden riippuvuus virtaamasta tutkimusjakson alussa (1990?1995) ja lopussa (2015?2020). 2021. Peatland drainage a missing link behind increasing TOC concentrations in waters from high latitude forest catchments. Johtopäätöksiä Suomen vesistöjen tummuminen ilmentyy laajamittaisesti kaikissa vesistötyypeissä, mutta esimerkiksi Kiiminkijoella voimakkaimman tummumisen vaihe näyttäisi tasaantuneen. Sarkkola, S., Koivusalo, H., Laurén, A., Kortelainen, P., Mattsson, T., Palviainen, M., … Finér, L. Vesitalous 5/2022. Dissolved organic carbon trends resulting from changes in atmospheric deposition chemistry. Yli-Halla, M, Lötjönen, T, Kekkonen, J, Virtanen, S, Marttila, H, Liimatainen, M, Saari, M, Mikkola, J, Suomela, R & Joki-Tokola, E. 2020. 2007. Drainage for forestry increases N, P and TOC export to boreal surface waters. Science of the Total Environment: 762. Nutrient export from Finnish rivers into the Baltic Sea has not decreased despite water protection measures. Estuaries and Coasts 38(2): 466–481. Näin ollen tummumisen voimakas väheneminen ei vaikuta todennäköiseltä ilman voimakkaita, globaaleja ilmastonmuutoksen torjuntaan tähtääviä toimenpiteitä. Iron as a source of color in river waters. Lepistö, A., Räike, A., Sallantaus, T. Houle, D., Khadra, M., Marty, C., & Couture, S. ja Thomas, D. Virtaama (m³/s) TO Cpi to isu us (m g/ l) 30,0 20,0 10,0 0,0 1000,0 100,0 10,0 1,0 2015-2020 1990-1995 y = 10,66x 0,1076 R² = 0,2877 y = 8,2703x 0,1102 R² = 0,3548 Kirjallisuus Finér, L., Lepistö, A., Karlsson, K., Räike, A., Härkönen, L., Huttunen, M., Joensuu, S., Kortelainen, P., Mattsson, T., Piirainen, S., Sallantaus, T., Sarkkola, S., Tattari, S. Science of the Total Environment 774: 145150. A., Forsius, M., Høgåsen, T., Wilander, A., Skjelkvåle, B. Fleming-Lehtinen, V., Räike, A., Kortelainen, P., Kauppila, P. & Räike, A. 2021. 2022. Science of The Total Environment 780: 146627. 2020. ja Thomas, D. 2021. 2016. 806, no. M., & Laudon, H. muutokset näyttäisivät siten noudattavan ennusteita ilmastomuutoksen vaikutuksesta humuskuormitukseen. S., Vuorenmaa, J., Keller, B., Kopécek, J. Organic Carbon Concentration in the Northern Coastal Baltic Sea between 1975 and 2011. Räike, A., Taskinen, A., & Knuuttila, S. ja Vähätalo, A. 2009. 2015. Virtaama (m³/s) TO Cpi to isu us (m g/ l) 30,0 20,0 10,0 0,0 1000,0 100,0 10,0 1,0 2015-2020 1990-1995 y = 10,66x 0,1076 R² = 0,2877 y = 8,2703x 0,1102 R² = 0,3548 9 Vesitalous 5/2022 HIILI VESISTÖISSÄ. Nieminen, M., Sarkkola, S., Sallantaus, T., Hasselquist, E
Humusjärvien tummuminen muuttaa koko vesiekosysteemiä Kirkkaan järven tummuminen muuttaa vesipatsaan valaistusta ja näkösyvyyttä absoluuttisesti enemmän kuin järven, jonka väriluku on jo lähtötilanteessa korkea (Kuva 1 ). Esimerkiksi turvetuotannon ympäristöluvissa ei pääsääntöisesti ole lupamääräyksiä tummentavaa kuormitusta koskien. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 Sy vy ys (m ) Veden väri (mg Pt/l) 100 200 300 400 500 600 700 800 900 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 Nä kö yv yy s (c m ) Veden väri (mg Pt/l) 10 www.vesitalous.fi HIILI VESISTÖISSÄ. Vesien ekologinen luokittelu on suunniteltu erityisesti rehevöitymistä ajatellen, eivätkä siinä käytetyt mittarit kaikilta osin kuvaa tummenemisen aiheuttamia muutoksia kovinkaan hyvin. Näitä tekijöitä ovat ilmastonmuutos ja happaman laskeuman väheneminen, sekä monilla alueilla myös valuma-alueiden maankäyttö, kuten ojitukset ja turvetuotanto (Asmala ym. 2016). 2021). V esien tummuminen on vakava ympäristöongelma niin Suomessa kuin maailmanlaajuisestikin (Weyhenmeyer ym. Siksi vesistöjen humuskuormituksen seurantaan on kehitettävä uusia menetelmiä. Koska humuskuormituksen vaikutuksia ei tunneta hyvin, tummenemisen vaikutuksia ei aina pidetä merkittävinä, mikäli vastaanottava vesistö on luonnostaan tummavetinen. 2020). HUMI-projektin aineistoa. SATU ESTLANDER dosentti, Helsingin yliopisto satu.estlander@helsinki.fi SALLA RAJALA FM, Helsingin yliopisto, salla.rajala@helsinki.fi JUKKA HORPPILA professori, Helsingin yliopisto jukka.horppila@helsinki.fi Järvien tummuminen on vakava ympäristöongelma, joka johtuu pääasiassa lisääntyneestä humuskuormituksesta. Uusia mittareita humuskuormituksen seurantaan Kuva 1. 2019, Estlander ym. Voimistuneen kuormituksen taustalla on lukuisia tekijöitä, joiden merkitys vaihtelee alueellisesti. Siksi vesiensuojelussa tummumiseen onkin kiinnitetty vähemmän huomiota kuin rehevöitymiseen. Veden värin vaikutus tuottavan kerroksen paksuuteen (yläkuva) ja näkösyvyyteen (alakuva) Eteläja Keski-Suomen järvissä (n = 67). Laajasti käytössä olevat BAT-tekniikkaa edustavat pintavalutuskentät ovat tässä suhteessa tehottomia ja usein jopa lisäävät humuskuormitusta (Karppinen & Postila 2015). Tummuminen jää vähälle huomiolle vedenlaadun seurannoissa, sillä seurantamenetelmät perustuvat pääosin järvien rehevöitymistä kuvaaviin muuttujiin, jotka eivät monilta osin kuvaa tummenemisen aiheuttamia muutoksia. Tummuminen aiheutuu pääosin lisääntyneestä humuksesta, jota mitataan usein liuenneena orgaanisena hiilenä (DOC), sekä raudan kuormituksesta vesistöihin (Kritzberg ym. Merkittävä syy tälle on, että suurelta osin liuenneista aineista aiheutuvan tummentavan kuormituksen hallitseminen on hyvin haasteellista
Pääsääntöisesti rehevöitymislähtöinen tulkinta on kuitenkin se, että kasvava kalabiomassa kuvaa tilan huononemista. Kelly ym. Kuten aiemmin todettiin, kehityskulku voi kuitenkin olla toisenlainen, kun häiriötekijänä onkin tummuminen. Siksi ekologisessa luokittelussa pitäisi ottaa huomioon, että kasviplanktonbiomassan aleneminen voi merkitä järven tilan heikkenemistä. Parkanon Harjulampi kesällä 2020. Kuva: Kari Sainio. Ulpukan klorofyllisisältö on lupaava tummumisen indikaattori. Kuva: Miia Nurmesniemi. Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että järven DOC-pitoisuuden ylittäessä tietyn tason, ekosysteemi voi muuttua ravinnerajoitteisesta valorajoitteiseksi ja DOC-pitoisuuden noustessa edelleen tuottavuus tavallisesti laskee. 2021, kuva 1). 2018). Tämä ei sovi yhteen tummumisen vaikutuksien Kuva 2. DOC-arvot 10-15 mg vastaavat värilukuja noin 66-130 mg Pt/. Siten tummavetisen järven pienikin väriluvun nousu voi vaikuttaa merkitsevästi kalojen kasvunopeuteen. Heinäkuussa 2020 veden DOC-pitoisuus oli 26 mg/. Tämä ei kuitenkaan pidä paikkaansa. Tummavetisissä järvissä pienetkin muutokset veden laadussa voivat aiheuttaa merkittäviä muutoksia eliöiden toiminnoissa, koska elinolosuhteet ovat jo lähtökohtaisesti haastavat. aiheuttaa näkösyvyydessä vain noin 10 cm aleneman (Estlander ym. 2015, Kelly ym. Kuva 3. Esimerkiksi kaikkien ekologisten järvityyppien kaikissa tilaluokissa kasviplanktonbiomassan aleneminen osoittaa siirtymistä kohti parempaa ekologista tilaa eli lähemmäs luonnontilaa. ja väriluku 255 mg Pt/?. Kuva: Miia Nurmesniemi. Kirkkaissa järvissä humuskuormitus ja siihen usein liittyvä fosforija typpikuormitus voivat aluksi lisätä järven tuottavuutta, mutta ekosysteemin muuttuessa valorajoitteiseksi tuotanto kääntyy laskuun, mikäli DOC-pitoisuus nousee edelleen (esim. Tästä voi syntyä mielikuva, että tummavetisen järven väriluvun nousu ei aiheuta ekosysteemissä merkittäviä muutoksia. ja esimerkiksi väriluvun muutos 100:sta 120:een mg Pt/. Esimerkiksi ahvenen kyky havaita saalis heikkenee tietyn valaistuksen muutoksen vuoksi voimakkaammin alhaisissa kuin korkeissa valotasoissa. Tällaisen muutoksen tapahtumiselle DOC-pitoisuuden raja-arvojen on useissa tutkimuksissa ehdotettu olevan tasolla 10-15 mg/. (esim. 11 Vesitalous 5/2022 HIILI VESISTÖISSÄ. 2018). Ekologinen luokittelu kuvaa lähinnä rehevöitymistä Vesien ekologisen tilan seuranta ja ekologinen luokittelu on laadittu pääsääntöisesti rehevöitymistä ajatellen. Ojitukset kuormittavat Kihniön Paskolampea. Muutokset ekosysteemin toiminnassa voivat kuitenkin olla voimakkaita, esimerkiksi jos ekosysteemi muuttuu valorajoitteiseksi. Rehevöitymisen ja tummumisen vaikutukset ovat osittain saman tyyppisiä, mutta monelta osin kuitenkin erilaisia. Kalastossa on käytössä kaksisuuntainen luokittelu, jossa sekä verkkoyksikkösaaliin kasvaminen että aleneminen voivat indikoida vesistön tilan huononemista. Solomon ym. Kuva 4
A framework for understanding variation in pelagic gross primary production of Lake Ecosystems. 2022). Lisäksi menetelmään liittyvä näytteenotto ja laboratorioanalyysit ovat yksinkertaisia. C., Buffam, I., Fork, M. Solomon, C. Projektin tavoitteena on kehittää järvien humuskuormituksen ilmentäjinä toimivia mittareita. Helsingin yliopiston HUMI-projekti (2018-2027) tutkii parhaillaan tummumisen aiheuttamia muutoksia järviekosysteemeissä. & Huss, M. Kelly, P. Global Change Biology 25: 1395-1408. (2022). (2021). Kritzberg, E.S., Hasselquist, E.M., Škerlep, M., Löfgren, S., Olsson, O., Stadmark, J., Valinia, S., Hansson, L.-A., Laudon, H. (2022). ISBN 978-952-11-4502-5. Siten esimerkiksi maankäytön aiheuttama järvien tummuminen ei nykyistä luokittelua käytettäessä välttämättä heijastu niiden ekologiseen tilaan, vaikka ekosysteemissä aiheutuvat poikkeamat luonnontilasta ovat selkeitä. Sensitivity of freshwaters to browning in response to future climate change. M., Gårdmark, A., Svanbäck, R., Beier, U., Weyhenmeyer, G. C., Arzel, C., Davranche, A., Kahilainen, K.K., Secondi, J., Taipale, S., Lindberg, 695 H., Loehr, J., Manninen-Johansen, S., Sundell, J., Maanan, M., Nummi, P. Karppinen, A. A., Müller, R. Kirjallisuus Asmala, E., Karstensen, J., Räike, A. SulKa – hankkeen loppuraportti. Effects of water colour on pigment content of a floatingleaved macrophyte – implications of lake brownification. (2020). Lisätietoa Hankkeen Facebook -sivut: https://www.facebook.com/HUMIhanke/ Helsingin yliopiston HUMI-hankkeen ja tutkimusryhmän sivut https://www.helsinki.fi/en/researchgroups/?ake-ecosystemdynamics/research/disturbances-in-lake-ecosystems/brownification 12 www.vesitalous.fi HIILI VESISTÖISSÄ. (2018). & Postila, H. 2018). Projektin tutkimukset ovat esimerkiksi osoittaneet, että ulpukan (Nuphar lutea) klorofylli a:b suhde alenee merkitsevästi kun järven veden väri nousee (Horppila ym. & Saros J. (2015). Science of the Total Environment 812: 152420. Tätä puoltaa myös se, että ulpukka on hyvin laajasti erilaisissa vesissä esiintyvä laji. Horppila, J., Pippingsköld, E. Multiple anthropogenic drivers behind upward trends in organic carbon concentrations in boreal rivers. Weyhenmeyer, G. (2019). (2015). A., Norman, M. Ecosystems 18: 376-389. Warmer and browner waters decrease fish biomass production. Monien osa-alueiden kohdalla tämä vaatii uusia aineistoja, mutta jo olemassa olevia aineistoja tulisi lisäksi analysoida tässä tarkoituksessa. Browning of freshwaters: consequences to ecosystem services, underlying drivers, and potential mitigation measures. 2022). Blanchet, C. Turvetuotannon vesistökuormituksen muodostuminen ja sen hallintamahdollisuuksia. A. (2016). Blanchet ym. Artificial ditching of catchments and brownification-connected water quality parameters of lakes. E., Weidel, B. Water Research 205:117674. J. T., Read, J. (2019). Tummenemiseen liittyvää tutkimusta tulisi kaiken kaikkiaan laajentaa, sillä monet tummumisen vaikutukset ovat hyvin vähän tutkittuja (esim. Ecosystems 21: 1364-1376. T., Solomon, C. & Estlander, S. kanssa, sillä tummuminen johtaa usein kalabiomassan alenemiseen (van Dorst ym. HUMI-projekti kehittää humuskuormituksen mittareita Ekologisen tilan luokittelua tulisi kehittää niin, että se ottaa nykyistä paremmin huomioon tummumisen vaikutukset. Projektin tutkimusten perusteella vesikasvien klorofyllisisältö, tietyt eläinplanktonsuvut ja siimallisten kasviplanktonlajien osuus kasviplanktonyhteisössä ovat osoittautuneet lupaaviksi tummumisen indikaattoreiksi. & Tranvik. S., Sadro, S. Ecology and extent of freshwater browning – What we know and what should be studied next in the context of global change. Estlander, S., Pippingsköld, E., Horppila, J. Ambio 49, 375-390. T, Zwart, J.A, Jones, S.E. Environmental Research Letters 14: 124018. Ecosystem consequences of changing inputs of terrestrial dissolved organic matter to lakes: current knowledge and future challenges. Suomen Ympäristökeskuksen raportteja 23. Van Dorst, R. T., Jones, S. Tutkimuksia ollaan parhaillaan tarkentamassa klorofyllipitoisuuksien ajallisen ja paikallisen vaihtelun osalta, mutta ulpukan klorofyllisisällön käyttö tummumisen indikaattorina vaikuttaa lupaavalta. L. L., Karlsson, J., Larsen, S., Lennon, J. Climate Change 134:225-239. Aquatic Botany 181: 103540
Nettoheterotrofisessa vesiekosysteemissä kaikki prosessoitava orgaaninen hiili ja siihen sitoutunut energia ei ole peräisin systeemin omasta fotosynteesistä, vaan tulee osittain vesiekosysteemin ulkopuolelta. alloktoninen hiili: maaekosysteemien fototosynteettisten organismien fotosynteesissään sitoma hiili, joka kulkeutuu vesiekosysteemiin . heterotrofinen: toisenvarainen. Tämän seurauksena tutkimuksen volyymi on kasvanut, tutkimusmenetelmät ovat kehittyneet ja tutkimus muuttunut yhä monitieteisemmäksi. Vesistöjen hiilenkierron tutkimus on näin muuttunut globaaliksi ja liittyy tavoitteeseen ymmärtää paremmin maapallon ilmastosysteemiä. Ilmakehätieteiden keskuksen (INAR) toimintaan. Tutkimukset osoittavat, että vesistöt prosessoivat hiiltä tehokkaasti ja vapauttavat valtaosan valumaalueelta niihin tulevasta hiilestä takaisin ilmakehään. Hiilen prosessoituminen vesistöissä ja vesistöjen kasvihuonekaasut Terminologiaa . Jo termit ’kasvihuonekaasut’, ’hiilinielu’ ja ’hiilenlähde’ kertovat, että vesistöjenkin tutkimus liittyy ilmakehän ja ekosysteemien välisten vuorovaikutusten selvittämiseen. Ihmistoiminnan aiheuttamiin muutoksiin vesistöjen hiilenkierrossa ollaan viimeinkin havahtumassa. Autotrofinen vesiekosysteemi pystyy tuottamaan fotosynteesissään kaikki tarvitsemansa energiapitoiset orgaaniset yhdisteet . Järvemme ja jokemme ovat osa maailmanlaajuista hiilen prosessoinnin ja kuljetuksen jatkumoa, jota ihmistoiminta jatkuvasti muokkaa. autotrofinen: omavarainen. hiilidioksidipitoisuuksista. ANNE OJALA PhD, ryhmäpäällikkö, Luonnonvarakeskus anne.ojala@luke.fi Kirjoittaja on tutkinut järvien hiilenkiertoa noin 30 vuoden ajan ja työskennellyt myös pitkään Helsingin yliopistossa osallistuen mm. . JUKKA PUMPANEN mikrobiologisen biogeokemian professori, Itä-Suomen yliopisto jukka.pumpanen@uef.fi Kirjoittaja on tutkinut erityisesti metsämaan prosesseja ja kasvihuonekaasupäästöjä sekä maaperäja vesiekosysteemien välisiä hiilivirtoja. Väitteli hiilen lateraalisesta kulkeumasta Helsingin yliopistossa vuonna 2020. HELI MIETTINEN FT, tutkija, Luonnonvarakeskus heli.miettinen@luke.fi Kirjoittaja työskentelee metsien, soiden ja vesistöjen hiilenkiertoon liittyvien kysymysten parissa. Pikaisesti arvioiden näyttäisi siltä, että akvaattinen, ilmastonmuutokseen liittyvä tutkimus niin kotimaassa kuin kansainvälisestikin olisi alkanut noin 20 vuotta sitten ja kiihtynyt entisestään, kun kiinnostuksen kohteisiin liitettiin kasvihuonekaasujen lisäksi käsitteet ’hiilinielu’ ja ’hiilenlähde’. Lähestymistavassa tärkeät tunnettavat komponentit ovat järven omien biologisten prosessien ja kaasuemissioiden ohella valuma-alueelta tuleva hiilikuorma, hiilen pitkäaikainen varastoituminen pohjasedimentteihin sekä luusuan kautta poistuva hiili. pyörrekovarianssitekniikka: mikrometeorologinen, turbulenssiin perustuva ilmakehän rajakerroksessa käytettävä menetelmä kaasuvoiden mittaamiseen. Vuon määritystä varten tehdään ajallisesti hyvin tiheästi mittauksia niin ilman virtauksista kuin esim. 13 Vesitalous 5/2022 HIILI VESISTÖISSÄ. autoktoninen hiili: vesiekosysteemin perustuottajien fotosynteesissään sitoma hiili . I lmastonmuutokseen herääminen on lisännyt ekosysteemien hiilenkierron tutkimusta lähes räjähdyksenomaisesti
Pääjärviprojekti, joka nimensä mukaisesti keskittyi KantaHämeessä sijaitsevan Pääjärven tutkimukseen. Näillä menetelmillä saatiin yleiskuva tutkittavasta ilmiöstä, mutta tieto ekosysteemien dynamiikasta jäi vajavaiseksi. Jo aiemmin oli mm. Aina 2000-luvulle asti tutkimukset yleisesti perustuivat hetkellisiin näytteisiin, jolloin laajoissa, useita järviä kattavissa tutkimuksissa näytteitä otettiin vuodessa muutamia kertoja näytteenoton ajoittuessa limnologisesti tärkeisiin ajankohtiin, ja intensiivissäkin tutkimuksissa järvillä saatettiin käydä vain kerran viikossa. kasvihuonekaasujen lähteinä; heterotrofiset ekosysteemit tuottavat hajotusprosessien kautta enemmän hiilidioksidia kuin kuluttavat sitä fotosynteesissään, jolloin pintaveteen muodostuu ilmakehäpäästöihin vaadittava hiilidioksidin ylikyllästys. Tutkimuksen historia ja tulevaisuuden näkymiä Suomessa on kansainvälisestikin vertaillen pitkät perinteet vesistöjen hiilenkierron tutkimuksessa. Tutkimuksen määrälliseen kasvuun liittyy myös menetelmien nopea kehittyminen. Muistettakoon esim. Kenttätyöskentelyssä ollaankin nopeasti siirtymässä jatkuvatoimisiin mittauksiin, jolloin tietoa kerätään vuorokaudet ja vuodet ympäriinsä ja tutkijan rooli muuttuu aineiston kerääjästä sen analysoijaksi. Jo vuosikymmeniä sitten suomalaiset tutkijat mm. Suomalaiset ovat olleet pioneereja esimerkiksi mikrometeorologisen pyörrekovarianssitekniikan käyttöönotossa yhdessä ilmakehäfyysikoiden kanssa. Kierroissa vapautuu niin hiilidioksidia kuin metaaniakin, mutta vaikka metaanin lämmitysvaikutus ilmakeKuva 1. Varsinkin pioneerivaiheessa uudet menetelmät vaatinevat uudentyyppistä, tieteen raja-aidat ylittävää yhteistyötä. 1970-luvun alkupuolella toteutettu ns. Heterotrofialla ja autotrofialla on kiinteä yhteys vesistöjen rooliin esim. Järvien hiilidioksidipäästöt Kasvihuonekaasujen päästöjen kannalta kriittisimmät ajankohdat ovat kevään täyskierto, jolloin talven aikana jään alle kerääntyneet, hajotustoiminnan metaboliakaasut vapautuvat ilmakehään. Kevään ohella tärkeä ajankohta on syystäyskierto, jolloin kesäkerrostuneisuuden vallitessa alusveteen kerääntyneet kaasut pääsevät ilmakehään. Vaikka sen aikaiset tutkimusmenetelmät rajoittivatkin hiilenkierron prosessien tutkimusta, painottuivat tutkimuksessa usein orgaanisen hiilen hajotus. selvittivät metsien ja soiden ympäröimien järvien hiilenkiertoa ja totesivat järvien prosessoivan valuma-alueeltaan tulevaa alloktonista hiiltä sen lisäksi, että niiden omat fotosynteettiset organismit tuottavat uutta autoktonista orgaanista hiiltä. 14 www.vesitalous.fi HIILI VESISTÖISSÄ. Seisommekin tukevasti edeltäjiemme harteilla jatkaessamme hiilen prosessoitumisen ja kaasuemissioiden tutkimista suomalaisissa vesistöissä. Helsingin yliopiston Hyytiälän metsäaseman läheisen Kuivajärven mittauslautta pyörrekovarianssilaitteistoineen. Työn tuloksena on saatu yksityiskohtaista tietoa metsäja suovaltaisten valuma-alueidemme tyyppijärvien kasvihuonekaasupäästöjen ajallisesta dynamiikasta. limnologian professori Ryhänen tutkinut Suomelle tyypillisiä metsäja suovaikutteisia humusjärviä. Niinpä nykyisin laajasti hyväksytty käsitys järvistä nettoheterotrofisina systeemeinä on ollut suomalaisille tutkijoille selvää jo pitkään. Pääjärviprojekti toi vesistötutkimukseen tuoreiden tutkijavoimien ohella uusia tutkimusmenetelmiä ja ekosysteemiekologista ajattelua
(2007) laskivat järvien vuotuiseksi hiilidioksidin kokonaisemissioksi 0,11 P g hiiltä (C). Vaikka tulokset ovatkin linjassa järvien heterotrofiaolettaman kanssa, paljastivat jatkuvatoimiset mittaukset niin Valkea-Kotisesta kuin Kuivajärvestäkin keskikesällä säännöllisen ajanjakson, jolloin hiilen vuo on kääntynyt järveen päin eli järvet toimivat lyhytaikaisesti hiilennieluna. Talousmetsien ympäröimällä, tuulille alttiimmalla suuremmalla Hyytiälän Kuivajärvellä kevään ja syksyn täyskiertojen osuudet vuosiemissiosta ovat noin 28 % ja 43 %. hässä on moninkertainen hiilidioksidiin verrattuna, on sen merkitys hiilen kierrossa vähäinen. Ainoastaan Valkea-Kotisesta on selvitettävissä, mikä on pitkäaikaiskertymän suhde kasvihuonekaasupäästöihin, so. Kuivajärvi ja sen metsäinen valuma-alue. Vuositasolla Valkea-Kotisen ilmakehään vapauttaman hiilen määrä on 35,1 g C m -2 eikä vuosiemissio vaihdellut 6-vuotisen mittausjakson aikana. 2022). Myös Vanajaveden vuoden mittainen pyörrekovarianssimittaus antoi vastaavan tuloksen. Mittausmenetelmien kehittyessä ja vesialueiden kokonaispinta-alan arvion tarkentuessa ovat globaalit arviot kasvaneet. Päästöjen takana ovat niin hiilensidonnan kuin hajotuksenkin prosessit. 2018). 2011). Vertailun vuoksi – koko maailmassa on yhteensä yhdeksän järveä ja neljä tekoallasta, joista on tehty kattavia mittauksia. Lammin Evolla Kotisten aarnialueen keskellä sijaitseva Valkea-Kotinen kertoo meille luonnontilaisen, metsän ympäröimän järven toiminnasta. vapaan veden menetelmiä, jotka aiempaa paremmin huomioivat mm. Virtavesien osalta globaali arvio vuosittaiKuva 2. Suomessa on neljä kasvihuonekaasujen osalta pyörrekovarianssitekniikalla intensiivisesti tutkittua järveä. ilmiöiden takana olevat fysikaaliset prosessit (Provenzale ym. jääkauden jälkeinen holoseeni, on selvää, että järviemme pohjasedimenteissä on suuri hiilen varasto. Globaali näkökulma Ensimmäinen varteenotettava globaali estimaatti järvien hiilipäästöistä julkaistiin noin 15 vuotta sitten, jolloin Cole ym. Kuivajärvessä päästö on ollut 3-vuotisen mittausjakson aikana noin kaksinkertainen eli 76,9 g m -2 , ja vuosien väliset erot ovat olleet huomattavia (Golub ym. Kun tarkastelujakso on riittävän pitkä, esim. kuinka intensiivisesti järvet prosessoivat hiiltä. Fotosynteesin ja siitä vastaavan kasviplanktonin merkitys järviemme ilmastonmuutoksen ja tummumisen muuttamalle hiilenkierrolle ja kasvihuonekaasujen päästöille vaatinee jatkossa perinteisistä mittausmenetelmistä poikkeavia jatkuvatoimisia ns. Tranvik ym. julkaisivat vuonna 2009 hiilidioksidin vuosiarvion 0,53 P g C ja vuonna 2016 Holgerson ja Raymond päätyivät lukuarvoon 0,485 P g C. Kevättäyskierroltaan epätäydellisellä Valkea-Kotisella keväisen hiilidioksidiemission merkitys on vuositasolla vain noin 13 % ja syksyn täyskierron vastaavasti 77 % (Huotari ym. ValkeaKotisen hiilidioksidiemissio on 10–30-kertainen suhteessa sedimentin hiilen pitkäaikaiskertymään eli järvi prosessoi suurimman osan sinne saapuneesta ja siellä tuotetusta orgaanisesta hiilestä. Hiilinielu kertoo fotosynteesiaktiivisuudesta, joka keskikesällä on tarpeeksi voimakasta kääntämään hiilidioksidivuon ilmakehästä järveen. 15 Vesitalous 5/2022 HIILI VESISTÖISSÄ
https://doi.org/10.1007/s10021006-9013-8. 2006. Pilla ym. 2019). Suorissa vuonmäärityksissä käytetäänkin edelleen usein manuaalisia pienen mittakaavan kammiomittauksia, minkä lisäksi arvioinnissa usein turvaudutaan pintaveden kaasupitoisuutta hyödyntäviin malleihin. flux measurements over a boreal lake: Five years of eddy covariance data. Lakes and reservoirs as regulators of carbon cycling and climate. concentration measurements. 2019. 2022. https://doi.org/10.1002/essoar.10511763.1 Holgerson, M. 2018. & Vesala, T. Earth and Space Science Open Archive. http://doi.org/10.1038/ngeo2654 Huotari, J., Ojala, A., Peltomaa, E., Nordbo, A., Launiainen, S., Pumpanen, J., Rasilo, T., Hari, P. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences 119, 1861-1878. High-frequency productivity estimates for a lake from freewater CO. Ecosystems 10, 172-185. R., Maher, D. Eli on mahdollista, että ValkeaKotisen ja Kuivajärven välinen vuosiemission ero selittyy ihmistoiminnalla, mutta varmuutta tästä ei vielä ole. Valuma-alueen nettohiilitase Erityisesti orgaanisen liuenneen hiilen kulkeutuminen vesistöihin voidaan yhdistää maaekosysteemeihin ja niiden tuottavuuteen (Pumpanen ym. 2007. & Raymond, P. & Weyhenmeyer, G. Nature Geoscience 9, 222-226. 2014). Biogeosciences, 15, 2021-2032. Tutkimuksen edetessä luvut vielä tarkentunevat, vaikka itse hiilidioksidivoiden mittaukseen ei toistaiseksi olekaan olemassa standardisoitua menetelmää. https://doi.org/10.5194/bg-15-2021-2018 Regnier, P., Resplandy, L., Najjar, R. J., Striegl, R. T. 2022. J. Plumbing the global carbon cycle: Integrating inland waters into the terrestrial carbon budget. https://doi.org/10.1038/ s41586-021-04339-9 Tranvik, L. 2022. Valtaosa tästä hiilestä vapautuu vesistöjen hiilen prosessoinnin kautta takaisin ilmakehään. Nature 603, 401-410. F., McDowell, W. & Melack, J. 2016. Suoraan, pinta-alaintegroivaan vuonmittaukseen soveltuvan pyörrekovarianssimenetelmän laajamittaisen käytön esteenä mm. & Ciais, P. Anthropogenically driven climate and landscape change effects on inland water carbon dynamics: What have we learned and where are we going. Webb, J. A., Middelburg, J. Geophysical Research Letters 38, L18401, https://doi:10.1029/2011GL048753 Pilla, R. 2014. and CH. 2011. Limnology and Oceanography 54, 2298-2314. & Shi, X. 2022). G., Duarte, C. Global Change Biology 2022, http://10.1111/gcb.16324 Pumpanen, J., Lindén, A., Miettinen, H., Kolari, P., Ilvesniemi, H., Mammarella, I., Hari, P., Nikinmaa, E., Heinonsalo, J., Bäck, J., Ojala, A., Berninger, F., Vesala, T. Precipitation and net ecosystem exchange are the most important drivers of DOC flux in upland boreal catchments. The importance of carbon fluxes in net ecosystem carbon budgets: A catchment-scale review. monitorointitutkimuksessa ovat teknistieteellisten haasteiden ohella laitteistojen korkea hinta. 2022). selle hiilidioksidipäästölle on 3,56 P g C (kts. J., Downing, J. B., ……. Esimerkiksi lauhkean ja boreaalisen vyöhykkeen metsäisiltä valuma-alueilta on tehty vain 12 nettohiilitasetarkastelua, joiden mukaan metsien nettotuotannosta noin 9 % poistuu akvaattisiin ekosysteemeihin (Webb ym. emissions from very small ponds. M. T., Caraco, N. Tutkimuksista ei vielä selviä, kuinka suuri osa vesistöjen kautta poistuvasta hiilivuosta on pohjoisilla alueilla ihmistoiminnan perua, mutta viimeaikaisten globaalien arvioiden mukaan vesistöihin kulkeutuu ihmistoiminnan seurauksena nykyään noin 20 % enemmän hiiltä kuin ennen teollistumista (Regnier ym. Long-term direct CO. G. M., Kortelainen, P., Downing, J. A. Diel to interannual variation in carbon dioxide emissions from lakes and reservoirs. & Finlay, K. http://doi:10.1002/2014JG002705 Provenzale, M., Ojala, A., Heiskanen, J., Erkkilä, K-M., Mammarella, I., Hari, P., & Vesala, T. J., Prairie, Y. R. A. H., Tranvik, L. https://doi.org/10.1007/s10021-018-0284-7 16 www.vesitalous.fi HIILI VESISTÖISSÄ. Tutkittavaa siis vielä riittää. Varsinaisia ekosysteemien nettohiilitaseita, joissa kriittinen komponentti on usein lateraalinen eli maaekosysteemeistä vesistöihin kulkeutuva hiilivuo, on kuitenkin toistaiseksi julkaistu vähän. Kirjallisuus Cole, J. Samoin kuin ilmakehän ja vesistöjen välisiä vuorovaikutuksia tutkittaessa myös tässä tarvitaan tieteidenvälistä yhteistyötä eli vesitutkijoilla pitää olla yhteinen kieli ja tutkimusmenetelmät maaekosysteemien tutkijoiden kanssa. Kaikissa menetelmissä tulosten skaalaaminen laajempaan alueelliseen mittakaavaan on haaste, ja esim. Turvemaavaltaisilla valuma-alueilla 40 % nettohiilenvaihdosta saattaa siirtyä vesiekosysteemeihin. pintaveden kaasupitoisuuksien käyttö mallitarkasteluissa vaatii kaasunvaihtokertoimen keskeisen roolin vuoksi järvifysiikan tuntemusta. Golub, M., Koupaei-Abyazani, N., Vesala, T., ……. A. The land-to-ocean loops of the global carbon cycle. M., Griffiths, M. A., Gu, L., Kao, S., McManamay, R., Ricciuto, D. & Desai, A. A., Cotner, J. Ecosystems 22, 508-527. R., Santos, I. Large contribution to inland water CO
Oulun yliopiston virtavesiekologian tutkimusryhmä on viime vuosina selvittänyt ruskistumisen vaikutuksia virtavesiekosysteemien monimuotoisuuteen, toimintoihin ja ravintoverkkomuutoksiin niin manipulatiivisen kokeellisen tutkimuksen keinoin kuin kattavien maastoaineistojen avulla. Koillismaan alueella sijaitsevien tutkimuspurojen DOC-pitoisuuden havaittiin selittyvän ensisijaisesti (R²=0.20) valuma-alueen turvemaaosuudella, mikä korostaa valumaalueen luontaisten ominaisuuksien merkitystä vesiemme humuspitoisuuden säätelyssä. Ruskistumisen vaikutuksista virtavesien monimuotoisuuteen ja toimintaan tiedetään kuitenkin verrattain vähän. Vaikka metsien uudisojitus kiellettiin jo lähes 30 vuotta sitten ja vanhojen ja heikosti turvemaata kuivattavien ojien kunnostusojitusta tehdään nykyään yhä enenevissä määrin harkiten, ovat ojituksen tehovuosien (1960– 1980) jäljet jättäneet pitkään vuotavat haavat maaperäämme. Vesien tummuus onkin siis luontainen ilmiö suomalaisissa virtavesissä, ja niiden eliöyhteisöt ovat osin jo sopeutuneet tähän. Metsätaloustoimenpiteistä turvemaiden ojitus on kuitenkin aiheuttanut Suomessa viime vuosina eniten keskustelua niin tutkijapiireissä kuin kansan keskuudessakin ja on eittämättä vahvin yksittäinen vesiemme ruskistumista kiihdyttävä maanmuokkaustoimenpide (ks. veden rautapitoisuuden muutokset, maaperän toipuminen happamoitumisesta) suhteellinen merkitys on edelleen epäselvä, on ilmeistä, että ruskistumisella on merkittäviä vaikutuksia veden laatuun, vesieliöyhteisöjen rakenteeseen ja toimintaan ja sitä kautta moninaisiin vesistöjen tarjoamiin ekosysteemipalveluihin (Solomon ym., 2015). jäännösvaihtelu) oli epälineaarisesti yhteydessä valuma-alueen turvemaiden ojitusintensiteettiin. Ruskistuminen uhkaa virtavesien ravintoverkkoja ja monimuotoisuutta 17 Vesitalous 5/2022 HIILI VESISTÖISSÄ. Uudet tutkimustuloksemme osoittavat, että ruskistuminen heikentää merkittävästi virtavesien ravintoresurssien määrää ja laatua sekä köyhdyttää virtavesilajiston monimuotoisuutta. Sen sijaan se liuenneen orgaanisen hiilen määrän vaihtelu, mitä regressiomalli ei selitä (ns. Asmala ym., 2019; Estlander ym., 2021; Nieminen ym., 2021). Tämä taas on seurausta havupuuja turvemaavaltaisten alueiden suuresta osuudesta valuma-alueella (Kortelainen, 1993). TIMO MUOTKA FT, professori Oulun yliopisto, Ekologian ja genetiikan tutkimusyksikkö timo.muotka@oulu.fi Virtavesien nykytila on sekä Suomessa että globaalisti huolestuttava, ja kiihtyvä ruskistuminen varjostaa niiden tulevaisuutta entisestään. Metsien päätehakkuut ja niiden yhteydessä tehtävät maanmuokkaustoimenpiteet kiihdyttävät paikallisesti liuenneen orgaanisen hiilen (DOC) kulkeutumista vesistöihin (mm. V arhaisimmat havainnot vesistöjen ruskistumisesta olivat valtaosin suurten pohjoisten järvien aikasarjahavaintoja, mutta sittemmin aiheeseen liittyvät tutkimukset ovat osoittaneet, että ruskistumista tapahtuu myös pienissä latvapuroissa (Fork ym., 2020) ja sen vaikutukset ulottuvat aina rannikkovesiekosysteemeihin asti (Andersson ym., 2015). Vaikka ruskistumisilmiön taustalla olevien mekanismien (mm. Laudon ym., 2009). Suomen vesistöille on tyypillistä korkeasta humuspitoisuudesta johtuva veden tumma väri. Vaikka pohjoisten vesistöjen ruskistuminen on seurausta useista yhtäaikaisista ympäristömuutoksista, on kiistatonta, että metsätalouden toimenpiteet ovat voimistaneet ruskistumiskehitystä Suomessa merkittävästi. Puroveden DOC-pitoisuus suhteessa regressiomallin ennusteeseen kasvoi merkittävästi valumaalueen ojitusintensiteetin ylittäessä noin 20 %, mikä kuvastaa intensiivisen metsäojituksen merkitystä virtavesien humuskuorJUSSI JYVÄSJÄRVI FT, dos, tutkijatohtori Oulun yliopisto, Ekologian ja genetiikan tutkimusyksikkö jussi.jyvasjarvi@oulu.fi Kirjoittaja on vesiekologi, jonka tutkimus liittyy eri ympäristöhäiriöiden vaikutuksiin vesiekosysteemien monimuotoisuudessa, rakenteessa ja toiminnassa
Katkoviiva kuvaa paikallisen polynomiregressiomallin (LOESS) sovitetta. Kokeellinen tutkimus tarjoaa mahdollisuuden luontaisesta ympäristövaihtelusta johtuvan ”hälinän” vähentämiseen, mahdollistaen esimerkiksi ruskistumisen ja muiden yhtäaikaisten ympäristöhäiriöiden suhteellisen merkityksen tarkastelun kontrolloiduissa ja toistettavissa olosuhteissa. Valuma-alueen turvemaaosuuden (%) ja liuenneen orgaanisen hiilen pitoisuuden lineaarisen regressiomallin jäännösvaihtelu on yhteydessä turvemaiden ojitusintensiteettiin (%) Koillismaan latvapuroissa. mituksen taustalla (Kuva 1 ). Yllä kuvatut tulokset kuitenkin osoittavat, että turpeen nosto myötävaikuttaa latvapurojen humuskuormitukseen ja on siten osa vesiemme ruskistumiskehitystä. Kuuden 24 m pitkän ja 1,5 m leveän keinotekoisen virtavesiuoman jakaminen pienempiin noro-kokoluokan koeyksiköihin mahdollistaa kahden tai peräti kolmen yhtäaikaisen häiriötekijän manipulatiivisen tutkimuksen, millä voidaan osoittaa näiden tekijöiden erillisja yhdysvaikutuksia sekä mahdollisia vuorovaikutuksia. Turvetuotannon roolista vesiemme ruskistumiskehityksessä on kiistelty jo vuosia, ja sen vesistövaikutukset ovatkin paikallisia, sadannasta riippuvaisia ja siten usein haastavia todentaa. Tulosten mukaan ruskistuminen johtaa purojen perustuotannon merkittävään heikkenemiseen (Kuva 3a Jyväsjärvi ym., 2022). Kokeessa osa koeuomista peitettiin varjostuskankaalla rantapuuston poiston vaikutusten todentamiseksi. Kokeen aikana koepuroista mitattiin mm. Merkittävä osa selvimmin mallin ennusteesta poikkeavista tutkimuskohteista oli puroja, joiden valuma-alueella oli käynnissä olevaa turvetuotantoa (Kuva 1 ). Vuonna 2018 toteutetussa tutkimuksessamme manipuloimme koepurojen ruskistumista lisäämällä koeyksiköihin ruskohiilestä kemiallisesti eristettyä humustiivistettä (Huminfeed, Humin-tech GmbH, Düsseldorf, Saksa). Käsittelemätön kontrolliyksikkö on kuvassa vasemmalla, oikealla on keskimääräisen ruskistumiskäsittelyn yksikkö ja keskellä on korkean ruskistumiskäsittelyn yksikkö. Tutkimusryhmämme on viime vuosina hyödyntänyt Luonnon varakeskuksen Paltamon tutkimusaseman koepuroja ruskistumis tutkimuksessa. Luonnontilaisille ja kirkasvetisille latvapuroille tyypilliset piilevät (Bacillariophyceae) kärsivät ruskistumisesta eniten, ja piilevien sisältämät ja kuluttajien (esim. Turvetuotantoa valuma-alueellaan sisältävät tutkimuspurot on kuvattu tummanruskeilla symboleilla. Koeuomien veden väriä ja liuenneen orgaanisen hiilen pitoisuutta manipuloitiin lisäämällä koeyksiköihin ruskohiilestä valmistettua Huminfeed-humustiivistettä. 18 www.vesitalous.fi HIILI VESISTÖISSÄ. Kuva 2. Ruskistumisen vaikutuksia virtavesiekosysteemeissä on tutkittu Luonnonvarakeskuksen Paltamon tutkimusaseman koeuomien avulla. puron pohjaan kerääntyvien päällyslevien perustuotantoa, sekä levien, bakteerien, sienten ja alkueläinten muodostaman biofilmin laadullisia muutoksia rasvahappoja sterolianalyysien avulla. vesiselkärangattomat) ravinnon laadun kannalta keskeiset omega-3 ja omega-6 rasvahappopitoisuudet romahtavat virtavesien ruskistuessa (Kuva 3b ; Kuva 1. Kokeelliset menetelmät ruskistumistutkimuksessa Ruskistumisen ekologisten vaikutusten todentamisen, erityisesti latvapuroissa ja muissa pienvesissä, tekee haastavaksi kattavien biologisten aikasarjojen puutteellisuus, ja toisaalta purojen suuresti vaihtelevat luontaiset ominaispiirteet, joiden seurauksena ruskistumisen vaikutukset voivat jäädä kokonaan havaitsematta. Näin pystyimme tummentamaan veden väriä sekä kohottamaan DOC-pitoisuutta moninkertaiseksi käsittelemättömiin kontrollioloihin verrattuna
Tutkimusryhmämme on selvittänyt ruskistumisen mah dollisia monimuotoisuusja ravintoverkkovaikutuk sia latva puroissa. Latvapuroissa häiriölle herkkien EPT-pohjaeläinten lajirunsaus laskee liuenneen orgaanisen hiilen (DOC) pitoisuuden kasvaessa (a). Virtavesien ruskistumisen monimuotoisuusvaikutukset Perustuotannon määrän ja ravintoresurssien laadun heikentymisen ohella ruskistuminen johtaa muutoksiin virtavesiekosysteemeille keskeisissä ympäristötekijöissä. Maastohavainnot Koillismaan latvapurojen biofilmin laadusta tukivat kokeessa havaittuja tuloksia – biofilmin laatu heikkenee merkittävästi puroveden tummuessa (Jyväsjärvi ym., 2022). Vektorinuolet kuvaavat keskeisten (p < 0.05) ympäristötekijöiden suuntaa ja suhteellista merkitystä yhteisörakenteen säätelyssä. Tulokset osoittavat, että esimerkiksi ihmisen toiminnasta aiheutuville häiriölle herkkien Ephemeroptera(päivänkorennot), Plecoptera-(koski korennot) ja Trichoptera (vesiperhoset) -vesihyönteislahkojen lajirunsaus laskee noin 50 % siirryttäessä kirkkaista (DOC < 5 mg L -1 ) latvapuroista korkean humuspitoisuuden (DOC > 25 mg L -1 ) puroihin (Kuva 4a ). Niin ikään pohjaeläinlajiston rakenne muuttuu merkittävästi ruskistumisgradientilla. Jyväsjärvi ym., 2022). Pohjaeläimistön lajikoostumus muuttuu ruskistumisgradientilla ja puroveden DOC-pitoisuus selittää mitatuista ympäristömuuttujista voimakkaimmin yhteisöjen rakenteen vaihtelua (b). Sammalpeittävyys Puron leveys Veden lämpötila DOC Pohjan rakenteen vaihtelu 19 Vesitalous 5/2022 HIILI VESISTÖISSÄ. Päällyslevien biomassa (a) ja biofilmin sisältämien hyvälaatuisten omega-3 rasvahappojen pitoisuudet (b) Paltamon kokeellisen tutkimuksen eri ruskistumisja varjostuskäsittelyissä. Tämä osoittaa, että kokeellisten tutkimusten tulokset ovat yleistettävissä luonnon olosuhteisiin. Pelkän veden värin tummenemisen sijaan ruskistumisilmiö onkin useimmiten lukuisten yhtäaikaisten häiriötekijöiden muodostama kompleksinen muutos, jolla voi olla merkittäviä ja vaikeasti ennustettavia virtavesiluonnon monimuotoisuutta, rakennetta ja toimintaa horjuttavia vaikutuksia. Ruskeavetisten latvapurojen pohjaeläinyhteisöt eroavat koostumukseltaan kirkasvetisten purojen yhteisöistä (Kuva 4b ), ja liuenneen orgaanisen hiilen pitoisuus nousee analyyseissä keskeisimmäksi yhteisöjen rakenteellista vaihtelua selittäväksi tekijäksi (Kuva 4b ). kutusoraikkoja, heikentäen näin uhanalaisten lohikalojen lisääntymismenestystä. Kuva 3. Kuva 4. Mikäli ruskistumisen taustalla ovat valuma-alueen maankäyttöön liittyvät muutokset, kuten metsäojitus tai turvetuotanto, voi virtavesien luontainen hydrologia muuttua merkittävästi tulvien ja kuivuusjaksojen äärevöityessä. Voimakas humuskuormitus liettää pohjaa ja voi täyttää ja peittää alleen mm. Ellipsit kuvassa b kuvaavat DOC-ryhmien keskipisteen 95 % -luottamusväliä kaksiulotteisessa ordinaatioavaruudessa. Lähes poikkeuksetta lisääntyvän humuskuormituksen yhteydessä valuntavesien ravinnepitoisuudet kasvavat ja vastaavasti veden pH laskee
Response of dissolved organic carbon following forest harvesting in a boreal forest. 2020. Fork, M.L., Sponseller, R.A., & Laudon, H. Science of the Total Environment, 774, 145150. 2009. Kun syyt ovat tiedossa ja keinot tilanteen korjaamiseksi (mm. 2021. 1993. Environmental Research Letters, 14, 124018. 2021. M., & Laudon, H. Osaan Koillismaan tutkimuspuroista on yhteistyössä Luonnonvarakeskuksen kanssa istutettu 1+ -vuotiaita taimenia, ja analysoimalla puroravintoverkon eri tasojen (päällyslevä, selkärangattomat, kalat) rasvahappokoostumusta voimme selvittää, kuinka pitkälle ja missä määrin perustuotannon laadulliset muutokset heijastuvat ravintoverkossa ylöspäin. 20 www.vesitalous.fi HIILI VESISTÖISSÄ. Forest Ecology and Management, 462, 117962. Peatland drainage a missing link behind increasing TOC concentrations in waters from high latitude forest catchments?. Ambio, 44, 345–356. Vesistöjen ruskistumiskehityksen odotetaan jatkuvan tulevaisuudessa, ja tutkimustulostemme perusteella se heikentää virtavesien monimuotoisuutta ja muuttaa ravintoresurssien määrää ja laatua perusteellisesti. Tarkastelumme ei rajoitu pelkästään puroihin, vaan analysoimme myös aikuistuvia vesihyönteisiä saalistavien rantametsän hämähäkkien rasvahappokoostumusta nähdäksemme, ulottuvatko ruskistumisen ravintoverkkovaikutukset myös vesi-metsäekosysteemien rajanpinnan yli. Water Research, 205, 117674. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 50, 1477-1483. Ecosystem consequences of changing inputs of terrestrial dissolved organic matter to lakes: Current knowledge and future challenges. Streams and riparian forests depend on each other: A review with a special focus on microbes. Artificial ditching of catchments and brownification-connected water quality parameters of lakes. Changing source-transport dynamics drive differential browning trends in a boreal stream network. Solomon, C.T., Jones, S.E., Weidel, B.C., Buffam, I., Fork, M.L., Karlsson, J., Larsen, S., Lennon, J.T., Read, J.S., Sadro, S., & Saros, J.E. Laudon, H., Hedtjärn, J., Schelker, J., Bishop, K., Sørensen, R., & Ågren, A. Osa vesistöjen ruskistumisen taustalla olevista mekanismeista on globaaliin ympäristömuutokseen liittyviä ja siten haasteellisia hillitä. Kirjallisuus Andersson, A., Meier, H.E.M., Ripszam, M., Rowe, O., Wikner, J., Haglund, P., Eilola, K., Legrand, C., Figueroa, D., Paczkowska, J., Lindehoff, E., Tysklind, M., & Elmgren, R. Vastauksia näihin kysymyksiin saataneen pian. kalat). Jyväsjärvi, J., Rajakallio, M., Brüsecke, J., Huttunen, K.L., Huusko, A., Muotka, T., & Taipale, S.J. Kortelainen, P. Content of total organic carbon in Finnish lakes and its relationship to catchment characteristics. Nykytutkimuksen valossa lienee kuitenkin selvää, että Suomen vesistöjen ruskistumiskehitystä ohjaa ennen kaikkea metsätalouden tarpeisiin liittyvä maankäyttö. soiden ennallistaminen, metsien jatkuvaan kasvatukseen siirtyminen) olemassa, on muutos parempaan kokonaan omissa käsissämme. Dark matters–contrasting responses of stream biofilm to browning and loss of riparian shading. Ecosystems, 18, 376–389. 2015. Estlander, S., Pippingsköld, E., & Horppila, J. Asmala, E., Carstensen, J., & Räike, A. Global Change Biology, painossa. Multiple anthropogenic drivers behind upward trends in organic carbon concentrations in boreal rivers. Nieminen, M., Sarkkola, S., Sallantaus, T., Hasselquist, E. 2015. Ambio, 38, 381-386. 2022. Nämä mahdolliset ravintoverkkomuutokset tuskin rajautuvat pelkästään puroihin, sillä metsäpurot ja niitä ympäröivät rantametsät ovat voimakkaasti vuorovaikutuksessa keskenään (Tolkkinen ym., 2020), ja virtavedet ruokkivat merkittävissä määrin ympäröivää maaekosysteemiä aikuistuvien vesihyönteisten muodossa. 2019. Mikäli virtavesien ravintoverkon perustana toimivien päällyslevien ja siihen kytkeytyneen muun biofilmin ravitsemuksellinen laatu heikkenee ruskistumiskehityksen myötä, mitä vaikutuksia muutoksella on virtavesien ravintoverkkojen rakenteeseen sekä aineiden ja energian kiertoon siirryttäessä ravintoketjua ylöspäin (levä . Water Resources Research, 56, e2019WR026336. levää laiduntavat selkärangattomat . Jatkotutkimusta tarvitaan Tutkimustuloksemme ruskistumisen aiheuttamasta latvapurojen ravintoresurssien laadullisesta heikkenemisestä nostavat esiin useita jatkokysymyksiä. Tolkkinen, M.J., Heino, J., Ahonen, S.H., Lehosmaa, K., & Mykrä, H. Projected future climate change and Baltic Sea ecosystem management. 2020