1. No category

Limnologipäivät 2013
Ovatko vesistötutkimuksen ja -hoidon menetelmät ajan
tasalla?
Säätytalo, Helsinki 10.–11.4.2013
Ohjelma
Keskiviikko 10.4.2013
Vesistötutkimustiedon käyttö hallinnossa ja päätöksenteossa
Puheenjohtaja: Professori Jukka Horppila, Helsingin yliopisto
Seminaarin avaus
10:00
Ilmoittautuminen ja aamukahvi
10:30
Avaussanat
Professori Jukka Horppila, Helsingin yliopisto
10:40
Vesistöjä koskevan tutkimustiedon näkyminen Korkeimman hallinto-oikeuden päätöksissä
Hallintoneuvos Kari Kuusiniemi, Korkein hallinto-oikeus
11:10
Tutkimustiedosta päätöksentekoon
Tutkijatohtori Nina Tynkkynen, Tampereen yliopisto
Tutkimuksen ja päätöksenteon ajankohtaisia haasteita
11:40
Vapon ympäristösitoumukset ja niiden toteutuminen
Viestintäjohtaja Ahti Martikainen, VAPO
12:00
Talvivaaran vesienkäsittely ja vesistövaikutukset
Tuotevastuupäällikkö Tuomas Vanhanen, Talvivaara
12:20
Kommenttipuheenvuoro Talvivaaran vesistövaikutuksiin
Erikoistutkija Jaakko Mannio, Suomen ympäristökeskus
1
12:30
Itämeren kuormitustietojen ajantasaisuus ja luotettavuus
Erikoistutkija Seppo Knuuttila, Suomen ympäristökeskus
13:00
Lounas (omakustanteinen)
New monitoring tools
Chair: Leena Nurminen, University Lecturer, University of Helsinki
Language of the session: English
14:00
KEYNOTE
Monitoring aquatic biodiversity using environmental DNA
Post-doctoral researcher Philip Francis Thomsen, University of Copenhagen
14:30
Phytoplankton counting using ribosomal RNA barcodes – future trends
Academy Researcher Marja Tiirola, University of Jyväskylä
14:50
Multiples lines of evidence approach in characterizing the ecotoxicological risks of river
estuaries affected by acidity and metals leached from acid sulphate soils
Senior researcher Anna Karjalainen, Finnish Environment Institute
15:10
Coffee break, presentation of posters
Data collection and the use of data
Language of the session: English
15:30
KEYNOTE
Aquatic sensors as tools for lake monitoring – experiences from GLEON network
Associate research professor Paul C. Hanson, University of Wisconsin
16:00
Continuous measurement of water quality in lake and coastal stations - data reliability and the
use of data in various applications
Senior Researcher Kari Kallio, Finnish Environment Institute
16:20
Nutrient losses from arable land versus natural background – A case study using on line
monitoring
Researcher Pasi Valkama, The Water Protection Association of the River Vantaa and Helsinki
Region
16:40
Continuous measurements of carbon gases and related biological processes in a boreal lake
University Lecturer Anne Ojala, University of Helsinki
17:00
Wrap-up and closure of the first day of the seminar, presentation of posters
19:00
Dinner Hotel Arthur (Juhlasali)
2
Torstai 11.4.2013
Vesien tilan seuranta
Puheenjohtaja: Kari-Matti Vuori, Johtava tutkija, Suomen ympäristökeskus
9:00
Aamukahvi
9:30
Seminaarin toisen päivän avaus
Johtava tutkija Kari-Matti Vuori, Suomen ympäristökeskus
09:40 Suomen sisävesien ekologisen tilan päivitetyt arviointiperusteet ja niiden tulevaisuuden
kehitystarpeet
Erikoistutkija Jukka Aroviita, Suomen ympäristökeskus
10:00 Suuren järven pilaantuminen ja toipumiskehitys - ekologisen tilan muutokset ja luokituksen
relevanssi
Tutkijatohtori Kimmo Tolonen, Jyväskylän yliopisto
10:20 Sisävesien biologinen seuranta murrosiässä – mihin suuntaan menee vesikasviseuranta?
Yksikönpäällikkö Seppo Hellsten, Suomen ympäristökeskus
10:40 Vesienhoidon kalastoseurannat – tietoa vesien tilan arviointiin, vesistökunnostuksiin,
kalavesien hoitoon ja tutkimukseen
Erikoistutkija Martti Rask, Riista- ja kalatalouden tutkimuslaitos
11:00 Tauko
11:20 Seuranta tarkentuu eri mittausmenetelmien tuloksia yhdistäen
Erikoistutkija Pirkko Kauppila, Suomen ympäristökeskus
11:40 Ympäristölaatunormit vesien kemiallisen tilan arvioimisessa – Ongelmia ja ratkaisuja
Erikoistutkija Matti Leppänen, Suomen ympäristökeskus
12:00 Sisä- ja ulkovedet kohtaavat - kuinka tulisi yhdentää direktiivien (VPD, MSFD) haitallisten
aineiden seurannat?
Erikoistutkija Jaakko Mannio, Suomen ympäristökeskus
12:20 Lounas (omakustanteinen)
3
Vesistöjen kunnostus ja sen menetelmät
Puheenjohtaja: Anne Ojala, Yliopiston lehtori, Helsingin yliopisto
13:20 Ovatko vesistöjen kunnostushankkeet ja hajakuormitusta vähentävät toimenpiteet lisääntyneet
vesienhoitosuunnitelmien valmistumisen jälkeen?
Johtava asiantuntija Antton Keto, Suomen ympäristökeskus
13:40 Sekoitushapetuksen vaikutuksia Vesijärven Enonselällä - kolmen vuoden kokemukset
Tohtorikoulutettava Pauliina Salmi, Helsingin yliopisto
14:00 Pilaantuneiden sedimenttien kunnostus haitta-aineita sitovilla materiaaleilla
Ympäristötoksikologian dosentti Jarkko Akkanen, Itä-Suomen yliopisto
14:20 Kahvitauko ja postereihin tutustuminen
Soiden ja metsien vaikutus vesistöjen tilaan
15:20 Soiden ennallistaminen vesistöjen kuormittajana sekä potentiaalisena vesistökuormituksen
vähentäjänä
Vanhempi tutkija Tapani Sallantaus, Suomen ympäristökeskus
15:40 Metsätalouden ja turvetuotannon vedenlaadun seuranta TASO-hankkeessa
Suunnittelija Pia Högmander, Keski-Suomen ELY-keskus
16:00 Yhteenveto ja seminaarin päätös
Tilaisuutta ovat tukeneet Tieteellisten seurain valtuuskunta ja Helsingin yliopiston
Ympäristötieteen laitos
Esitelmien abstraktit (Oral presentation abstracts) sivut (pages) 5-23
Postereiden abstraktit (Poster abstracts) sivut (pages 24-41)
4
Esitelmät (Oral presentations)
Pilaantuneiden sedimenttien kunnostus haitta-aineita sitovilla materiaaleilla
Jarkko Akkanen ja Inna Nybom, Itä-Suomen yliopisto, Biologian laitos, Joensuu
[email protected]
Haitta-aineilla pilaantuneiden sedimenttien kunnostus on monin tavoin haasteellista
vesiympäristön dynaamisuuden, syvyyden tai esimerkiksi kunnostettavan alueen suuren pintaalan vuoksi. Lisäksi kunnostusmenetelmiä on rajallinen määrä eikä mikään niistä sovellu kaikkiin
kohteisiin. Yleisimmät kunnostusmenetelmät ovat ruoppaus ja läjittäminen, peittäminen sekä
monitoroitu luonnollinen palautuminen (monitored natural recovery, MNR). Menetelmät ovat
usein kalliita ja ympäristöä rasittavia eivätkä välttämättä johda haluttuun lopputulokseen. Tätä
taustaa vasten uusien menetelmien kehittäminen on tervetullutta.
Yksi tällainen uusi menetelmä on erilaisten haitta-aineita sitovien materiaalien lisääminen
pilaantuneisiin sedimentteihin paikan päällä (Ghosh et al. 2011). Menetelmän ajatuksena on lisätä
sedimenttiin materiaaleja, jotka stabiloisivat haitta-aineet niin, että niiden kulkeutuminen ja
kertyminen eliöihin vähenisi oleellisesti haittaamatta muutoin ekosysteemin toimintaa.
Menetelmää on tutkittu laboratoriossa ja jo sovellettukin pilottihankkeissa USA:ssa ja Norjassa.
Tutkimukset ovat keskittyneet hiilipohjaisiin materiaaleihin kuten aktiivihiili eri
lähtömateriaaleista sekä biohiili. Pääasiallisena tarkoituksena on ollut tutkia niiden tehoa alentaa
haitta-aineiden kertymiseen. Vähemmälle huomiolle on jätetty hiilimateriaalien muut ekologiset
vaikutukset.
Olemme tutkineet laboratoriokokein erilaisten hiilimateriaalien tehoa alentaa PCByhdisteiden kertyvyyttä pohjaeläimiin pilaantuneista sedimenteistä sekä mm. vaikutuksia
pohjaeläinten ravinnonkäyttöön, selviytymiseen ja kasvuun. Koe-eliöinä on käytetty pääasiassa
harvasukamatoa (Lumbriculus variegatus), mutta myös surviaissääsken (Chironomus riparius)
toukkaa. Tulokset ovat osoittaneet, että hiilipartikkelien koko ja laatu määrittelevät niiden tehon
sitoa haitta-aineita sedimentissä. Lisäksi sedimentin laatu voi vaikuttaa tehokkuuteen.
Hiilipartikkelien on myös havaittu haittaavan mm. koe-eläinten ravinnonkäyttöä ja kasvua
(Nybom et al. 2012). Tähänastiset tulokset viittaavat siihen, että mitä tehokkaampaa materiaali on
sitomaan haitta-aineita, sitä voimakkaammat ovat myös haittavaikutukset. Näin ollen paikallisten
olosuhteiden ja eliöstön tunteminen sekä hyötyjen ja haittojen arviointi on tärkeää myös tämän
kunnostusmenetelmän kohdalla.
Ghosh U, Luthy RG, Cornelissen G, Werner D, Menzie CA. 2011. In-situ sorbent amendments: A new direction in
contaminated sediment management. Environ. Sci. Technol. 45: 1163−1168.
Nybom I, Werner D, Leppänen MT, Siavalas G, Christanis K, Karapanagioti H, Kukkonen JVK, Akkanen J.
Responses of Lumbriculus variegatus to different activated carbon doses and particle sizes in two sediments.
Environ. Sci. Technol. 46: 12895−12903.
5
Suomen sisävesien ekologisen tilan päivitetyt arviointiperusteet ja niiden tulevaisuuden
kehitystarpeet (Updated criteria and future development needs of ecological status
assessment of Finnish inland surface waters)
Jukka Aroviita, Suomen ympäristökeskus, Vesikeskus, sisävesiyksikkö, Oulun yliopisto
[email protected]
EU:n vesipolitiikan puitedirektiivin (VPD) ja Suomen vesienhoitolain edellyttämä pintavesien
ekologisen ja kemiallisen tilan arviointijärjestelmä valmistui vuonna 2008 vesienhoidon 1.
suunnittelukautta (2010–2015) varten. Vesien tilaa tulee arvioida ensisijaisesti eliöstön
perusteella ja suhteessa luonnontilaan, eli suhteessa vesimuodostumatyypeille ominaisiksi
määriteltyihin biologisiin vertailuoloihin. Mitä enemmän biologisten laatutekijöiden
(kasviplankton, vesikasvillisuus ja päällyslevästö, pohjaeläimistö, kalasto) ominaisuudet eroavat
niille määritellyistä vertailuoloista, sitä heikommaksi vesistön ekologinen tila luokitellaan
(viisiportaisella asteikolla erinomainen, hyvä, tyydyttävä, välttävä ja huono). VPD:n tavoite on
tilaluokka ”hyvä” kaikille paitsi voimakkaasti muutetuiksi erikseen nimetyille
vesimuodostumille. Tilaluokassa ”hyvä” vain vähäiset muutokset vertailuoloista eli erinomaisesta
tilasta ovat sallittuja. Lisäksi erinomaisessa tilassa olevien vesimuodostumien tila ei VPD:n
mukaan saa heiketä.
Luokittelujärjestelmän arviointiperusteet julkaistiin vuonna 2009 ympäristöhallinnon ohjeita sarjassa (OH 3/2009) ja arvioinnin tulokset on esitetty www-sivuilla
(www.ymparisto.fi/vesienlaatu). Tämä ensimmäinen tila-arviointi tehtiin monin osin
puutteellisilla laskennallisilla kriteereillä ja biologisilla aineistoilla. Vain 14 % rajatuista
vesimuodostumista arvioitiin jonkin biologisen laatutekijän (yleensä kasviplanktonin klorofyllin)
ja vain 3 % vähintään kahden biologisen laatutekijän perusteella. Tarve sekä biologiselle
seurantatiedolle että ekologisen tilan arviointijärjestelmän kehittämiselle onkin hyvin suuri niin
Suomessa kuin muualla EU:ssa.
Vuosina 2010–2012 Syke ja RKTL kehittivät vesien tilan arviointijärjestelmää vesienhoidon
2. suunnittelukautta varten. Työssä arviointijärjestelmästä pyrittiin saamaan kattavampi ja
luotettavampi. Etenkin järjestelmään kehitettiin uusia luokittelumuuttujia viimeaikaisten
tutkimusten tulosten perusteella, päivitettiin vertailuoloja perusseurannan tuottamien uusien
aineistojen perusteella, sekä otettiin huomioon VPD:n interkalibrointi eli jäsenvaltioiden tilan
arviointiperusteiden yhteismitallistaminen (OH 7/2012). Tänä vuonna alueelliset ELY-keskukset
arvioivat vesiensä tilaa näiden uusien kriteerien ja pääsääntöisesti vuosien 2006–2012
seurantatulosten perusteella.
Tässä esityksessä esittelen nykyisen sisävesien ekologisen tilan laskennallisen
arviointijärjestelmän perusteita ja pohdin niiden tulevaisuuden jatkokehitystarpeita viimeaikaisen
tutkimustiedon ja perusseurannan tuottaman biologisen tiedon määrän valossa. Arvioinnissa
vertailuolot on perustettu pääsääntöisesti vertailupaikkojen kategorisen tyypittelyn avulla. VPD:n
mukaan tyypeille ominaiset biologiset vertailuolot voivat kuitenkin ”perustua joko
vertailualueisiin tai mallintamiseen tai näiden menetelmien yhdistelmään” ja että
”mallintamiseen perustuvat tyypille ominaiset biologiset vertailuolot voidaan määritellä käyttäen
ennustavaa mallinnusta tai takautuvia menetelmiä”. Luonteeltaan jatkuvan biologisen vaihtelun
huomioiminen onnistuukin viimeaikaisten tutkimusten perusteella paremmin ennustavan
mallinnuksen ja jatkuvien ympäristömuuttujien avulla kuin kategorisen tyypittelyn avulla.
Vertailuolojen tarkempi määrittely mallinnuksen keinoin mahdollistaisi ihmistoiminnan
aiheuttamien muutosten herkemmän havaitsemisen ja näin virheettömämmät tila-arviot, kenties
tyypittelyperustaista lähestymistapaa pienemmällä vertailupaikkojen määrällä. Kaiken kaikkiaan
tila-arvioinnin tarkkuuden parantaminen palvelee suoraan kustannustehokasta vesienhoitoa —
6
vertailuolojen tarkan määrittelyn ja kattavan biologisen tiedon avulla vesistöjen virheluokitukset
vähenevät ja niiden kunnostustoimet voidaan suunnata tehokkaammin.
Aquatic sensors as tools for lake monitoring – experiences from GLEON
Paul C. Hanson, Research Professor, University of Wisconsin, Center for Limnology, USA
[email protected]
Lake ecosystems around the globe are experiencing rapid change due to multiple stressors.
Demands placed on the services that lakes provide will intensify as the human population
increases and changes occur in land use and climate. Our capacity to understand and adapt to
change depends on our basic understanding of lake ecosystems, the broad availability of
observational data, and the development of analytical frameworks that enable us to answer
critical questions and make informed projections about the future state of lakes. In response to
these needs, an international community of limnologists, ecologists, information technology
experts, and engineers have formed GLEON (the Global Lake Ecological Observatory Network)
with a common goal of building a scalable, persistent network of lake ecology observatories. By
pooling resources, including expertise, data from sensor networks, and modeling and cyberinfrastructure, GLEON has increased scientific capacity for the global community in a number of
ways: formation of new international collaborations that provide diverse perspectives and
knowledge; development of analytical tools for lake modeling and simulation; creation of data
sets spanning broad spatio-temporal scales and ecosystem gradients; an educational framework
for training graduate students in international team science. This increased capacity has led to
new discoveries about lakes and has emphasized the value of lake observatories in advancing
knowledge of the natural world.
Sisävesien biologinen seuranta murrosiässä – mihin suuntaan menee vesikasviseuranta?
Seppo Hellsten1), Janne Alahuhta2) ja Antti Kanninen3). 1)Suomen ympäristökeskus, Oulu,
2)
Oulun yliopisto, Maantieteen laitos, Oulu, 3)Pohjois-Savon Ely-keskus, Kuopio
[email protected]
Suomen sisävesien biologista seurantaa on kehitetty merkittävästi vesipolitiikan puitedirektiivin
voimaantulon jälkeen 2000-luvulla. Seurannan kehittäminen on ollut suurelta osin
menetelmäkehitystä. Maastomenetelmiä ja näytteenottoa on kehitetty yhtenäisemmäksi,
lajintuntemusta ja siihen liittyviä määritysmenetelmiä on parannettu, tietokantoja on kehitetty ja
ennen kaikkea aineistosta laskettaviin muuttujiin on panostettu paljon. Toisaalta uudet
kansainväliset seurantavelvoitteet luovat uusia haasteita biologisen seurannan kehittämiselle ja
valtiohallinnon supistuvat voimavarat pakottavat miettimään käytäntöjen uudistamista.
Makrofyyttiset vesikasvit ovat tyypillinen esimerkki suhteellisen hyvin tunnetusta
vähälajisesta lajiryhmästä, jonka käyttö seurannassa on kehittynyt vasta viime vuosina. Seuranta
koostuu maastohavainnoista, lajimäärityksistä ja muuttujien laskennasta. Kaikkiin edellä
mainittuihin osatehtäviin sisältyy runsaasti virhetekijöitä ja seurannan eri vaiheet voidaan tehdä
monella tavalla. Maastomenetelmät voidaan jakaa linja-, ruutu- tai aluemenetelmiin, jotka
täyttävät periaatteessa kansainvälisen CEN-standardin vaateet. Liian vähäinen havaintoaineisto
pienentää lajilukumäärää, mutta toisaalta keskittyminen suojaisiin lahtiin vääristää tilamääritystä
kuormittuneeseen suuntaa. Havaintojen keskittyminen rannan tuntumaan muuttaa myös
7
tilamääritystä rehevään suuntaan, koska karun veden indikaattorit kasvavat syvemmällä.
Harvinaisia lajeja on helpompi havainnoida menetelmällä, jossa käydään mahdollisimman suuri
alue läpi.
Lajimäärityksien suhteen oleellinen kysymys on, että mikä on eri elomuotojen merkitys ja
mukanaolo havainnoinnissa. Pohjoismaiseen perinteeseen kuuluu myös ilmaversoisten
havainnointi, kun taas Keski-Euroopassa tarkastellaan pääsääntöisesti rehevöitymiselle herkkiä
aitoja vesikasveja. Ilmaversoisten hylkääminen vaikeuttaa veden pinnan säännöstelyn vaikutusten
seurantaa ja lisäksi uusimmissa tutkimuksissa on havaittu ilmaversoisten kertovan maankäytön
muutosten vaikutuksista muita paremmin. Lisäksi ilmaversoisten mukanaolo auttaa
hahmottamaan järven rantavyöhykkeen merkitystä elinympäristönä ja ekosysteemipalvelujen
tarjoajana.
Eurooppalaisessa vesien luokittelun interkalibroinnissa on keskitytty pitkälti kuvaamaan
vesikasvien suhdetta rehevöitymispaineeseen, jota on arvioitu pääasiassa veden
kokonaisfosforipitoisuuden avulla. Fosforiherkkien indikaattoreiden käytössä on myös ongelmia,
koska monet harvinaiset lajit ovat rehevän veden suosijoita ja virhetulkinta voi johtaa
arvokkaiden luontokohteiden luokitteluun huonoksi. Suomalaiset vesikasvi-indikaattorit
perustuvat pääosin yhteisöekologisiin mittareihin ja kuvaavat erittäin hyvin tilan poikkeavuutta
luonnontilasta. Lisäksi yhteisöindikaattori kuvaa suoraan säännöstelyn, rehevöitymisen ja
vaikkapa happamoitumisen aiheuttamaa yhteispainetta.
Kaukokartoituksesta on odotettu helpotusta suhteellisen työvaltaiselle vesikasvitutkimukselle.
Satelliitti- ja ilmakuvatulkinnan kautta on saatu tarkkaa tietoa näkyvästä ilmaversois- ja
kelluslehtisvyöhykkeestä, mutta sameissa vesissä vedenalaisen lajiston havainnointi ei ole
onnistunut. Pienoislennokeilla on pystytty kuvien resoluutiota kasvattamaan oleellisesti, mutta
työmäärä on säilynyt suurena, koska maastohavaintoja täytyy tehdä miltei yhtä paljon kuin
aiemminkin. Rantavyöhykkeen kasvittumisaste näyttää olevan uusi rehevöitymistä suhteellisen
luotettavasti kuvaava muuttuja, joka ei tosin kerro juurikaan monimuotoisuudesta.
Pohdittaessa vesikasviseurantojen tulevaisuutta tulee arvioida kriittisesti myös tulevia
seurantatarpeita. Nykyinen suhteellisen työläs seurantamenetelmä tarjoaa hyvän kuvan sekä
lajiston monimuotoisuudesta että rannan vyöhykkeisyydestä mukaan lukien rehevöitymistä
kuvaavan suurimman kasvusyvyyden. Siirtyminen yksinkertaisen ja todennäköisesti halvemman
indikaattorin käyttöön voi osoittautua myöhemmin kalliiksi. Esimerkkinä voi mainita EU:n
uuden suunnitelman Euroopan vesivarojen turvaamiseksi (COM/2012/0673), jossa korostetaan
seurannan merkitystä ja samalla esimerkiksi ympäristövirtaamien määrittämisen tärkeyttä.
Nykyisen seurantamenetelmän perusteella voidaan suhteellisen helposti arvioida myös tulvan
suuruutta ja merkitystä rantavyöhykkeellä järvissä. Menetelmien työläyttä voidaan vähentää sekä
koulutuksella että erityisesti tietokantojen ja niihin liittyvien työkalujen kehittämisellä. Niihin
tulisi tulevaisuudessa panostaa merkittävästi.
Continuous measurement of water quality in lake and coastal stations - data reliability and
the use of data in various applications
Kallio, K1., Lepistö, A.1, Räsänen, I.2, Lindfors, A.3, Koponen, S.1 and Huttula, T.1
1
Finnish Environment Institute, 2 Lappeenranta Region’s Environmental Office, 3 Luode
Consulting Oy
[email protected]
8
We present results of continuous water quality measurements in Lake Pyhäjärvi (Säkylä, SW
Finland), Lake Pien-Saimaa (SE Finland) and Finnish coastal waters (Gulf of Finland). In the
lakes the measurement platform is an anchored raft with data logger and other electronics
mounted inside a steel/aluminium case. In coastal waters three standard navigational buoys were
in 2012 replaced with ‘smart‘ buoys (diameter 50 cm) equipped with sensors, data logger, battery
and GSM modem.
The sensors measure chlorophyll a and phycosyanin fluorescence, turbidity, temperature and
conductivity (coastal). The lake stations also have sensors for oxygen and NO3. Measurement
depth is 1.5 m (lakes) or 2.5 m (coastal). In addition temperature and oxygen is measured at three
depths in the lakes and Lake Pyhäjärvi platform includes a weather station. Sensors collect data
with 1 h interval and measurements are transmitted via GSM network to a web-server typically
twice a day. Optical sensors are automatically cleaned with compressed air or wiping brushes. In
coastal sites fouling is also prevented by the use copper in mesh screens and sonde guards. The
results show the importance of additional manual cleaning of the sensors.
Control water samples are typically collected twice a month for quality control and for making
the site specific correction equations. The results of Lake Pyhäjärvi clearly show that a generic
chlorophyll a correction equation for the whole season requires inclusion of phycosyanin
fluorescence in the correction. The correction equation varies only slightly between years,
suggesting that the number of control samples could be decreased. This requires that the sensors
are kept clean during the whole measurement season and annual calibration of the sensors.
Continuous measurements can provide valuable information for citizens, algal reporting by
authorities, routine monitoring, bio-optical modeling, remote sensing validation and algorithm
development, process studies, ecosystem model testing and and data assimilation. In lake
Pyhäjärvi we combined the bio-optical model developed for Finnish lakes with the sensor data to
produce time series of Secchi disc transparency. The optical model also enables the calculation of
spectral diffuse attenuation coefficient, which proves information of light attenuation at different
wavelengths. The use of the data for remote sensing validation is demonstrated in Lake
Pyhäjärvi. The main advantage for remote sensing is that temporally intensive data provide a
match-up for every cloudless image. We will also discuss how continuous measurements could
support process studies.
Multiples lines of evidence approach in characterizing the ecotoxicological risks of river
estuaries affected by acidity and metals leached from acid sulphate soils
K. Karjalainen1, J. Wallin1, J. Järvistö1, E. Schultz2, T. Hovinen1, Leppänen M1, & K.-M.
Vuori1, Finnish Environment Institute, SYKE Laboratory Centre, Research and Innovation
1
2
laboratory Jyväskylä Unit, Helsinki Unit
[email protected]
Finland has the largest acid sulphate soil (ASS) area in Europe (Roos & Åström 2005). Draining
of AASs for agriculture and other land use activities enhance oxidation of sulphide layers and
consequent formation of sulphuric acid and leaching of metals. Acid runoff and high
concentration of dissolved metals have deteriorated ecological status of water bodies for centuries
along the Western coast of Finland. While ASSs effects on river ecosystems are well known,
knowledge on impacts in estuaries is scarce. This study is part of a CATERMASS project aiming
to specify and mitigate environmental risks of ASSs under changing climate.
Estuary water resembles river water at high discharge. The river water cadmium (Cd), nickel
9
(Ni) and lead (Pb) concentration comparisons to environmental quality standards (EQs) indicated
Cd concentrations were exceeded during 3/2009 – 9/2010 at River Kyrönjoki, R. Maalahdenjoki
and R. Närpiönjoki while the concurrent pH minima at the estuaries were 5,0, 4,3, and 5,5
respectively. Hazard quotients (HQs) for aluminium (Al), zinc (Zn) and Cd were generated using
USEPA ECOTOX database, and the HQs revealed that Al seemed to be one major problem in the
studied estuaries affected by ASSs. Metal concentration normalization to a standard sediment
containing 10% of sediment organic material (as loss of ignition) and 25% of clay on a dry
weight basis revealed 6 of the estuary sediments had negligible metal pollution levels, 8 were
elevated, and 3 of the sediments were clearly contaminated according to the national criteria
(2004) at the time of our sediment sampling.
Ecotoxicological risk assessment in 14 Ostrobothnian river estuaries affected by ASS hotspot
area is based on exposure assessment and some ecological effect profiles, and we used multiples
lines of evidence approach to finally characterize the ecotoxicological risk of ASS-affected
estuaries. Methodological pros and cons can be discussed.
Seurantatieto tarkentuu eri mittausmenetelmien tuloksia yhdistäen
Pirkko Kauppila, Jenni Attila, Sari Mitikka, Juhani Kettunen, Kari Kallio ja Seppo Kaitala,
Suomen ympäristökeskus, Helsinki
[email protected]
Suomen vedenlaadun seurannalla pitkät perinteet: kansallisesti vedenlaatua on seurattu aina
1960-luvulta lähtien. Tällä hetkellä seuranta perustuu paljolti kiinteiltä havaintopaikoilta
otettuihin ja laboratoriossa analysoituihin vesinäytteisiin. Asemien sijainnissa on huomioitu
vesialueen ominaispiirteet ja kuormituslähteet. Järvien havaintoasema on sijoitettu yleensä
syvänteen kohdalle, ja näytteenotto ajoitettu siten, että kerrostuneisuuskausien ja täyskierron
aikaisesta tilasta saadaan selkeä kuva.
Viime vuosikymmenen aikana perinteinen seuranta on kuitenkin joutunut haasteiden eteen
taloudellisten resurssien vähentyessä ja kansainvälisiin velvoitteiden samanaikaisesti kasvaessa.
Esimerkiksi EU direktiivit ja HELCOM:n puitteissa tapahtuva Itämeri-yhteistyö edellyttävät sekä
alueellisesti että ajallisesti kattavaa seurantatietoa, jota ei nykyiselläkään seurantaverkolla ole
mahdollista saada laatuvaatimuksista tinkimättä. Siten vesiensuojelun suunnittelun pohjana
toimiva ekologinen luokittelu on niukan aineiston vuoksi osittain epäluotettavaa.
Satelliittikuvat, reittialuksiin ja mittausasemille asennetut anturit ja näytteenottimet ovat
kuitenkin nopeassa tahdissa tulossa perinteisten menetelmien rinnalle vedenlaadun seurannassa.
Erityisesti merialueiden ja suurten järvien laadun vaihtelusta on mahdollista saada alueellisesti ja
ajallisesti aiempaa kokonaisvaltaisempi käsitys. SYKEssä on 1990-luvulta lähtien kehitetty
satelliittikuviin perustuvia kaukokartoitusmenetelmiä, joiden avulla on arvioitu kasviplanktonin
a-klorofylliä, sameutta ja pintalämpötilaa. Kehityksen alla on myös humuksen ja näkösyvyyden
arviointiin soveltuvat menetelmät. Päivittäisiä tietoja koostetaan viikoittaisiksi ja kausittaisiksi
kokoomatuotteiksi.
Alg@line -seuranta koskee Itämerellä liikennöivien reittilaivoja, joiden pohjiin on asennettu
läpivirtausputkisto vesinäytteiden keruuta ja jatkuvatoimisten antureiden avulla tapahtuvaa
vedenlaadun mittausta varten. Seuranta on tuottanut mittausaineistoa sekä rannikolta että
avomereltä vuodesta 1993 lähtien. Alg@line-järjestelmään kuuluvilla laivoilla havainnoidaan
lämpötilaa, sähkönjohtokykyä (suolapitoisuus), kasviplanktonin määrää kuvaavaa
10
klorofyllifluoresenssia ja humuksen määrää kuvaavaa CDOM-fluoresenssia. Havainnot tehdään
viiden metrin syvyydeltä noin 250 m välein.
Viime kesänä SYKE osallistui hankkeeseen, jossa testattiin merten väylämerkkeinä toimivien
poijujen soveltuvuutta vedenlaadun jatkuvatoimiseen mittaamiseen. Kolme Suomenlahden
merenkulkuviittaa korvattiin älyviitoilla, jotka varusteltiin paitsi lämpötilan ja suolaisuuden
mittareilla myös optisilla antureilla sameuden, a-klorofyllin ja sinilevien fykosyaani -pigmentin
mittausta varten. Mittauksia tehtiin tunnin välein mittaussyvyyden vaihdellessa kahden ja kolmen
metrin välillä. Aineistojen tarkkuus arvioitiin laboratorioiden vertailukokeissa.
Ympäristöhallinnon seurantaohjelmat on tarkoitus päivittää kuluvan vuoden aikana. Tehtävä
on haastava ja edellyttää uudenlaista lähestymistapaa seurantaohjelman laadintaan. Tämän vuoksi
viime vuoden aikana on aloitettu eri seurantalähteistä olevien aineistojen vertailu
kokonaisvaltaisempien tila-arvioiden mahdollistamiseksi. Esimerkiksi kaukokartoitus- ja
vedenlaatutulosten trendivertailut ovat tuottaneet lupaavia tuloksia aineistojen vastaavuuksia ja
eroavaisuuksia tulkittaessa. Satelliittihavaintojen avulla on mahdollista täydentää vedenlaadun
tuloksia: kaukokartoitusaineiston avulla voidaan kuvata koko vesimuodostuman keskimääräinen
a-klorofylliarvo kausi- ja vuosivaihteluineen ja soveltaa tietoa myös samantyyppiselle alueelle,
josta vedenlaatutietoa ei ole saatavilla. Samoin satelliitti-, älyviitta-, Alg@line- ja perinteisistä
vedenlaatuaineistoista tuotetut koosteet havainnollistavat hyvin, miten eri tavoin mitattu tieto
täydentää toisiaan.
Aineistojen keskinäinen vertailu ei ole kuitenkaan aina suoraviivaista; samanaikaisia
havaintoja ei useinkaan ole saatavilla. Vedenlaadun tulkintaan soveltuva satelliitti-instrumentti ei
kykene myöskään pilvien läpi tuottamaan arviota vesialueen vedenlaadusta. Oman haasteensa
kuvaan tuo mukaan myös bio-optinen malli, jolla tulkitaan vedenlaatua satelliitin havaitsemalta
kuva-aineistolta. Malli kehitetään kuvaamaan veden optisia ominaisuuksia tietyntyyppisiin
vedenlaatuun liittyviin alkuoletuksiin perustuen. Kansallisen seurannan uutena lähestymistapana
on tarkoitus soveltaa kaikkien seuranta-aineistojen yhteistarkastelua. Tulevaisuudessa
tähtäimessä on eri tietolähteistä peräisin olevien aineistojen yhdistäminen matemaattisen mallin
avulla.
Ovatko vesistöjen kunnostushankkeet ja hajakuormitusta vähentävät toimenpiteet
lisääntyneet vesienhoitosuunnitelmien valmistumisen jälkeen
Keto Antton, Suomen ympäristökeskus, Helsinki
[email protected]
Valtioneuvosto hyväksyi 10.12.2009 vesienhoitosuunnitelmat vuoteen 2015 seitsemälle
vesienhoitoalueelle, jotka kattavat koko Manner-Suomen. Suunnitelmat ovat osa EU:n
vesipolitiikan puitedirektiivin toimenpanoa. Vesienhoidon suunnittelua varten Suomi on jaettu
seitsemään (pl. Ahvenanmaa) vesienhoitoalueeseen, joille elinkeino-, liikenne- ja
ympäristökeskukset (ELY-keskukset) ovat koonneet vesienhoitosuunnitelmat.
Vesienhoidon suunnittelu on laajin Suomen vesiä koskeva kehittämishanke kautta aikojen.
Vesienhoitosuunnitelmien ja toimenpideohjelmien valmisteluun osallistuivat ELYkeskuskohtaiset vesienhoidon yhteistyöryhmät, joihin on koottu mahdollisimman kattavasti
alueen eri etu- ja sidosryhmien edustus. Sen lisäksi kaikilla oli mahdollisuus osallistua
vesienhoidon suunnitteluun kolmessa lakisääteisessä kuulemisessa. Suunnitteluprosessin aikana
on myös tehty aktiivisesti yhteistyötä sidosryhmien kanssa sekä alueellisesti että
valtakunnallisesti.
11
Vesienhoitosuunnitelmissa on esitetty vesien tilatavoitteiden saavuttamiseksi tarvittavat
toimenpiteet ja ohjauskeinot sekä niiden kustannukset. Valtioneuvosto antoi suunnitelmat
hyväksyessään lausuman, jossa se edellytti laadittavaksi laajapohjaisena yhteistyönä mm.
vesienhoidon toimenpiteiden toteutumisen seurantajärjestelmän.
Vesienhoitosuunnitelmissa ehdotettiin yli 2500 toimenpidettä valuma-alueelta tulevan
hajakuormituksen vähentämiseksi ja yli 600 toimenpidettä vesistöjen kunnostussektorille.
Toimenpiteet kuvattiin vesienhoidon toimenpideohjelmiin ja ne tallennettiin
toimenpideohjelmien lisäksi ympäristöhallinnon HERTTA-tietojärjestelmään. Ensimmäisissä
vesienhoitosuunnitelmissa ehdotettujen toimenpiteiden toteutumisesta tehtiin arvio joulukuussa
2012, kolme vuotta suunnitelmien valmistumisen jälkeen. ELY-keskukset tekivät ensin arvion
omalla alueellaan, jonka jälkeen tieto yhdistettiin vesienhoitoaluekohtaisesti ja lopuksi
valtakunnalliseksi kokonaisarvioksi, joka raportoitiin EU-komissiolle.
Vaikka kokonaisuutena vesienhoitosuunnitelmissa esitetyt hajakuormitusta vähentävät
toimenpiteet ovat käynnistyneet monilla toimialoilla, ollaan suunnitellusta aikataulusta reilusti
myöhässä. Monet metsätalouden toimenpiteet kuten eroosiohaittojen torjunta ja
kunnostussektorin toimenpiteistä rehevöityneiden järvien kunnostukset ja säännöstelyjen
kehittämishankkeet ovat käynnistyneet hyvin. Maataloudessa peltojen talviaikainen
kasvipeitteisyys ja neuvonta ovat lisääntyneet lähes toivotulla tavalla.
Parantamisen varaa luonnollisesti vielä löytyy usealta toimialalta. Haja-asutuksen
toimenpiteistä on toteutunut varsin pieni osa johtuen mm. hajajätevesisäännösten muuttamisesta,
joka hidastutti merkittävästi jätevesien käsittelyn tehostamistoimia. Samoin useissa maatalouden
vesiensuojelua edistävissä toimenpiteissä, kuten suojavyöhykkeissä ja optimaalisessa
lannoituksessa, ei ole tapahtunut toivottavaa edistystä.
Vesistöjen ekologista luokittelua ollaan parhaillaan päivittämässä. Uusi ajantasainen tila-arvio,
joka valmistuu keväällä 2013, antaa mahdollisuuden arvioida toimenpiteille aikaansaatua
vaikutusta. Vaikka arvio tulee olemaan varsin yleispiirteinen, se tarjoaa silti mielenkiintoisen
mahdollisuuden pohtia vesiensuojelun vaikuttavuutta Suomessa.
Ympäristölaatunormit vesien kemiallisen tilan arvioimisessa – Ongelmia ja ratkaisuja
(Environmental Quality Standards for assessing chemical status of waterbodies – Problems
and solutions)
Leppänen, M.T., Suomen ympäristökeskus, SYKE, Tutkimus- ja innovaatiolaboratorio, Jyväskylä
(Finnish Environment Institute, Jyväskylä)
[email protected]
Article 16 of the Water Framework Directive (WFD) (EC 2000) sets out the strategy against
chemical pollution of surface waterbodies. The chemical status assessment is used alongside the
ecological status assessment to determine the overall quality of a waterbody. Environmental
Quality Standards (EQSs) are tools used for assessing the chemical status of waterbodies. The
EQS Directive (EC 2008) establishes the maximum acceptable concentration and/or annual
average concentration for 33 priority substances and 8 other pollutants which, if met, allows the
chemical status of the waterbody to be described as ‘good’. Currently, there are no EQS for
sediment phase and only three chemicals proposed for the biota EQS. The determination of the
whole EU wide EQS values is based on data from ecotoxicity tests generated in laboratories with
variable number of standard test species and endpoints. Assessment factors are used to deal with
an uncertainty arising when extrapolating between laboratory and real world.
12
Many of the priority chemicals are hydrophobic and their distribution and fate is greatly
affected by water quality. As the laboratory tests are mainly conducted in standard artificial water
only, the characteristics of the monitored water bodies make the application of the EQS values
unreliable. The main player is the dissolved organic carbon (DOC) that will reduce the
concentration of active chemical fraction in a media. In contrast, artificial standard test waters are
basically free of organic carbon and the whole concentration is practically active, freely available.
For example, freely dissolved fraction of benzo[a]pyrene can vary from 80 % to 10 % in natural
Finnish lake waters ranging from 2 to 20 mg/L in DOC. Speciation of metals is influenced by
many water variables that can form ligands turning a large fraction of metal unavailable for biota.
This was witnessed in the River Kyrönjoki data where speciation of cadmium was estimated with
a Biotic Ligand Model (BLM).
Clearly, the application of EQSs needs a revision in a site-specific risk assessment. There are
several approaches that could be applied to improve standard monitoring. 1) Priority chemicals
could be tested in a range of typical Finnish waters and a relationship between major water
variables and chemical toxicity could be established, 2) Passive samplers could be applied to
detect freely dissolved concentrations, 3) BLM model could be used to calculate free, active
metal as well as the concentration inducing toxicity. Suspected hot spots, especially sediments,
may require additional work like toxicity testing, Effect-Directed-Analysis, ToxicityIdentification-Evaluation, ecological survey and high-resolution chemical analyses. A sound
application of the EQS concept is based on the understanding of bioavailability issue and the
determination of local factors influencing on it. By this way, different geographical areas in EU
member states could apply WFD with better confidence on successful chemical status
assessment.
Makeaa ja suolaista - kuinka tulisi yhdentää direktiivien (VPD, MSFD) haitallisten
aineiden seurannat?
Jaakko Mannio, Suomen ympäristökeskus SYKE, Haitallisten aineiden yksikkö
[email protected]
Vesipuitedirektiivin näkökulma on pääsääntöisesti viritetty Keski-Euroopan jokivesille. Siellä
haitallisten aineiden (kuten ravinteidenkin) vuo kulkee paikasta ja maasta toiseen vesifaasin ja
suspendoituneen aineksen mukana. Päästölähteet ovat helminauhana jokivarsilla. Syntejä on
sedimenteissäkin, mutta ne liikkuvat eikä syyllisiä voida tai haluta enää nimetä. Näillä
lähtökohdilla VPD keskittyi arvioimaan haitallisten aineiden merkitystä vain vedessä.
Toisin on merellä, ja toisin on pohjoisissa järvissä. Pahimmat ongelmat liittyvät laajaan
aineryhmään, jolle on monta nimeä: POPs, PHS, ja vaaralliset aineet. Kaikki ovat P,B, tai T eli
pysyviä, biokertyviä tai toksisia. Niiden päästölähteet ovat usein diffuuseja, ”vanhoja” tai
kaukana. Elohopea, TBT, dioksiinit ja muut organohalogeenit: useimmat ovat jo kielletty – mitä
VPD sille enää voi?
Merialueiden sopimukset (OSPAR, HELCOM, MEDPOL) ovat painineet jo kauan näiden
ongelma-aineiden kanssa, ja kokemusta ja manuaalia löytyy moneen tarpeeseen. Siksipä EU
komissionkin piirissä alkoivat päät yhdentyä kun Meristrategiadirektiiviä alettiin
konkretisoimaan. Huomattiin, että aineita olisikin tehokkainta seurata siinä matriisista missä ne
esiintyvät (!). VPD:n puitteissa on tällä hetkellä laatunormi kolmelle aineelle biotassa (meillä
ahven), mutta lisää on tulossa (palonestoaineita PBDE ja HCBD sekä pintakäsittelyaine PFOS).
Nämä aineet ovat jo vuosia olleet Itämeren toimintaohjelmassa (BSAP). Eräs vielä ratkaisematon
13
ongelma on kuitenkin eri aineiden seurantafrekvenssien määrittely kustannustehokkaaksi.
Esimerkki: mikäli aineen pitoisuus ei enää heijasta kuormituksen muutosta, kannattaako sitä
seurata vuosittain?
Yhdentämisen luonnollinen ja myös pakollinen paikka on rannikkoalueet. Siellä molemmat
direktiivit ovat voimassa ja kansallinen vesien- ja merenhoito kohtaavat. Näille alueille myös
Suomessa kohdistuu monipuolisin haitallisten aineiden kuormituskirjo. Tämän vuoksi näille
alueille kannattaa myös seurannassa ja sen kehittämisessä panostaa monipuolisesti. Esimerkiksi
MSFD ottaa aineiden vaikutusten seuraamisen paremmin huomioon kuin VPD, jolla olisi
tässäkin opittavaa. Muitakin työkaluja tilanteen arvioimiseksi tulisi kehittää kuten
passiivikeräimiä ja sedimenttiprofiilien tulkintaa.
SYKE on valmistellut ohjeistusta vaarallisten ja haitallisten aineiden seurannasta ja
kokonaisvaltaisemmasta huomioimisesta pinta- ja rannikkovesien hoidossa. Seurannan järjestelyt
ovat vielä valmisteilla ja vaativat lähivuosina tiivistä yhteistyötä SYKEn, ELY-keskusten ja
muiden tutkimuslaitosten (RKTL, GTK, STUK, Evira, THL) välillä.
Continuous measurements of carbon gases and related biological processes in a boreal lake
Anne Ojala1, 1 Jukka Pumpanen2, Jaana Bäck3, Ivan Mammarella4 and Timo Vesala4,
University of Helsinki, Department of Environmental Sciences, Lahti, 2University of Helsinki,
Department of Forest Sciences, Helsinki, 3Department of Forest Sciences, University of
Helsinki, Helsinki, 4Department of Physics, Division of Atmospheric Sciences, Helsinki
[email protected]
1
For a multidisciplinary integration of limnology, forest ecology and atmospheric physics we have
constructed a floating platform on a typical boreal humic lake for high precision continuous
measurements of carbon gases and related biological processes. Besides the lake itself, we
monitor the main inflow and the outflow. Lake Kuivajärvi (max depth ca. 14 m, length ca. 2 km,
width ca. 300 m) is strongly affected by the surrounding managed coniferous forests through
allochthonous loading of organic and inorganic compounds originating from the catchment.
Thus, also the catchment is intensively monitored and forms a SMEAR II station for measuring
ecosystem – atmosphere relations, especially material and energy fluxes. The site also belongs as
a full ecosystem station to the European Integrated Carbon Observation Systems (ICOS). On the
lake (Lake-SMEAR station) we have since 2010 measured continuously fluxes of carbon dioxide,
energy and momentum using the eddy covariance system. In summer 2012 we installed an eddy
covariance system for methane flux measurements. Photosynthesis and carbon mineralization
through community respiration are monitored with carbon dioxide probes connected to gas
collection units submerged to appropriate depths in the water column. The carbon dioxide probes
are also used in the streams to monitor carbon dioxide concentrations. To monitor the stability of
water column, important for biology and gas exchange, we use an extensive thermistor chain. The
continuous measurements are supplemented with regular, discrete sampling of water column gas
(CO2, CH4, N2O, O2) and nutrient concentrations. For carbon, we also sample DOC and POC and
for primary producers, chlorophyll and phytoplankton community composition. On campaign
basis we have studied lacustrine VOC fluxes and surface water turbulence. The array of these
state-of-the-art measurements is now changing our perception on functioning of boreal lake
ecosystems and has shown that these ecosystems are far more dynamic than anticipated on the
basis of the traditional weekly/monthly samplings. The continuous measurements have also
unequivocally revealed the crucial importance of physics for the lacustrine processes. Thus
14
although casting a shadow over traditional monitoring programmes these approaches open up an
avenue for new scientific findings in limnology.
Vesienhoidon kalastoseurannat – tietoa vesien tilan arviointiin, vesistökunnostuksiin,
kalavesien hoitoon ja tutkimukseen
Martti Rask, Mikko Olin, Teppo Vehanen, Tapio Sutela ja Jukka Ruuhijärvi, Riista- ja
kalatalouden tutkimuslaitos
[email protected]
Vesipuitedirektiivillä (VPD, 2000/60 EY) asetettiin yhteiset vesiensuojelun ja -hoidon tavoitteet
koko EU:n alueelle. Tavoitteena on vesien hyvä tila vuoteen 2015 mennessä. Tavoitteen
toteutumista seurataan kuuden vuoden välein biologisten tekijöiden perusteella tehtävällä
ekologisen tilan luokituksella. Toki veden laatu ja kemiallinen tila eli myrkkypitoisuudet
vaikuttavat myös luokitteluun. Vesienhoidon suunnittelujärjestelmä edellyttää kattavaa
tiedonhankintaa luokitteluun käytettävistä eliöryhmistä, kasviplanktonista, vesikasvillisuudesta,
pohjaeläimistöstä ja kalastosta. Vesienhoidon seurantaohjelmat käynnistettiin vuonna 2007, ja
ensimmäinen vesien ekologisen tilan luokittelu valmistui vuonna 2009.
Ennen VHS-seurantaa Suomessa ei systemaattisesti seurattu jokikalastoa, joskin tärkeimpien
lohijokien poikastuotannosta Riista- ja kalatalouden tutkimuslaitoksella (RKTL) on
vuosikymmenten mittaiset aikasarjat. Nykyisin kalastoseuranta kattaa maantieteellisesti varsin
hyvin Suomen jokivesistöt. Jokikalaston näytteenotossa keskitytään virtajaksoihin, koska nämä
ovat avainelinympäristöjä, jotka kuvaavat koko joen tilaa. Näytteenottomenetelmänä on
sähkökoekalastus, jossa noudatetaan Eurooppalaista CEN-standardia (Water quality-Sampling
Fish with Electricity, SFS-EN 14011). Tarkoituksena on saada mahdollisimman tarkka tieto
kaikista alueella esiintyvistä kalalajeista ja niiden runsaussuhteista. Kalastettavan alueen koko on
vähintään 300 m2 ja sähkökalastus tehdään yhtä poistopyyntiä käyttäen. Sähkökalastusten
ajankohta on elokuun alusta lokakuun loppuun. Alle 5 °C vedessä ei enää sähkökalasteta, koska
sekä kalojen aktiivisuus että laitteiden teho vähenee merkittävästi.
Ennen vesienhoidon seurantaohjelmaa verkkokoekalastuksia oli tehty tutkimushankkeiden
yhteydessä muutamasta kymmenestä järvestä ja lisäksi vaihtelevin menetelmin ja
pyyntiponnistuksin velvoitetarkkailuissa. Nykyisin verkkokoekalastukset tehdään NORDICyleiskatsausverkoilla ositetulla satunnaisotannalla (CEN-standardi SFS-EN 14757 Water quality.
Sampling fish with multi-mesh gillnets). Vuoteen 2012 mennessä koekalastuksia oli tehty lähes
400 järvessä ja säännöllisessä kalastoseurannassa järviä on noin 250.
Virtavesien kalastoluokitteluun käytetään FiFI-indeksiä. Indeksi koostuu viidestä muuttujasta:
kalalajien lukumäärä saaliissa, ympäristömuutoksille herkkien sekä niitä kestävien lajien osuudet,
lohikalojen näytteenottovuotena syntyneiden poikasten tiheys ja särkikalaryhmän tiheys
kalastetulla alueella. Menetelmällä voidaan havaita hyvin ihmistoiminnan aiheuttamien
muutosten vaikutuksia kalastoon. Järvien kalastoluokittelumenetelmä on EQR4, jossa on neljä
muuttujaa: painoyksikkösaalis g /verkko, lukumääräyksikkösaalis kpl /verkko, särkikalojen
painososuus koekalastussaaliissa sekä herkkien indikaattorilajien esiintyminen. Menetelmän on
todettu toimivan hyvin mm. maatalouden hajakuormittamien järvien tilan arvioinnissa.
Säännösteltyjen järvien kalastoluokitteluun on kehitetty kivikkorantojen sähkökoekalastukseen
perustuva menetelmä. FiFi- ja EQR4-luokittelumenetelmät on interkalibroitu vastaavien
eurooppalaisten menetelmien kanssa.
15
Kalastoseurannan ja ekologisen luokittelun tuloksia voidaan ja pitääkin käyttää myös muihin
tarkoituksiin, esimerkiksi vesiensuojelutoimien suuntaamiseen ja niiden vaikutusten arviointiin.
Seuranta tuottaa tietoa vesistökuormituksen- ja rakentamisen vaikutuksista kalastoon ja niiden
korjaamiseksi toteutettujen toimenpiteiden menestyksestä. Kalavesien hoidon suunnitteluun,
kalastuksen vaikutusten arvioimiseen sekä kalastusalueitten käyttö- ja hoitosuunnitelmien
tekemiseen saadaan myös käyttökelpoista tietoa samoin kuin rehevöityneiden vesien
kunnostustarpeen arviointiin ja hoitokalastuksen saalistavoitteen asettamiseen.
Koekalastusrekisteriin kertyvää laajaa tietopankkia voidaan myös käyttää tausta-aineistona vesi-,
kala- ja ekologiseen tutkimukseen sekä varsinaisena tutkimusaineistona yhteisöekologiassa ja
ympäristötutkimuksessa.
Kalaston kuten muunkin vesieliöstön seurannan haasteena on valtion supistamisinnossa
pienenevä rahoitus ja harveneva henkilöstö. Vesien tilassa ei direktiiveistä huolimatta näy
ainakaan vielä selvää paranemista, joten seurantaa tarvittaisiin vähintään nykyisessä mitassa.
Kalaseurannan menetelmistä sähkökalastus sopii huonosti seurannan tulevaisuudeksi kaavailtuun
kansalaisavusteiseen havainnointiin, sähköllä kalastaminen kun on lailla kiellettyä ja vaatii
erikoisluvan ja koulutetut kalastajat. Verkkokoekalastuksia on tehty talkootöinäkin, mutta
niissäkin vaaditaan vähintään asiantuntijan ohjausta. Toiminnanharjoittajille asetetun
tarkkailuvelvoitteen ulottaminen myös hajakuormittaviin elinkeinoihin voisi tuoda uusia
resursseja seurantaan, tosin kalastoseurantaa on rahoitettu jo vuosia suurelta osin maatalouden
ympäristötuella.
Metsätalouden ja turvetuotannon vedenlaadun seuranta TASO-hankkeessa
Saari, Päivi & Högmander, Pia, Ympäristö ja luonnonvarat –vastuualue,
Ympäristönsuojeluyksikkö Keski-Suomen elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskus
[email protected]
Metsätaloudesta ja turvetuotannosta aiheutuu kiintoaine-, humus- ja ravinnekuormitusta.
Metsätalouden kuormitus on hajakuormitusta, kun taas turvetuotannon kuormitus katsotaan
pistemäiseksi kuormitukseksi. Metsätalouden ja turvetuotannon vesiensuojelun tason
parantamiseksi käynnistettiin Keski-Suomessa pääosin kolmen eri ministeriön (YM, MMM ja
TEM) rahoittama valtakunnallinen TASO-hanke. Pilottialueeksi valittiin Saarijärven reitti, jossa
on runsaasti metsätaloutta ja turvetuotantoa, ja jonka vesistöistä pääosa on luokiteltu ekologiselta
tilaltaan hyvää huonompaan tilaluokkaan.
TASO-hankkeessa seurataan jatkuvatoimisesti ja vesinäyttein virtaamaa ja veden laatua
metsätalouden ja turvetuotannon kohteilla. Vesiensuojelurakenteiden tehoa seurataan
metsätalouden kunnostusojituskohteella (kosteikko, asema ylä- ja alapuolella, kunnostusojitus ja
kosteikko toteutettu 09/2012) ja kolmella turvetuotantoalueella (ojittamaton pintavalutuskenttä,
jonka ylä- ja alapuolella asemat sekä kaksi kasvillisuuskenttää, joista toisen alapuolella asema ja
toisella jatkuvatoiminen virtaamanmittaus sulan maan aikaan).
Jatkuvatoimisessa seurannassa virtaama mitataan pinnankorkeuteen perustuvalla paineanturilla
tai ultraääneen ja EHP-mittausputken käyttöön perustuvalla EHP-USF-ratkaisulla.
Pinnankorkeustieto muutetaan virtaamaksi purkautumiskäyrän avulla. Sameutta mitataan
optisella anturilla, ja kiintoainepitoisuus tuotetaan laskennallisesti sameudesta. Sameuden ja
kiintoainepitoisuuden välinen riippuvuus mittausasemilla ei kaikilla paikoilla ole kovin hyvä
(1.9.2012 kalibroinnin mukaan R2 = 0,227−0,776), joten jatkuvatoimisiin sameusmittauksiin
perustuviin kiintoainepitoisuusarvioihin liittyy vielä epävarmuutta. Vesinäytteistä analysoitiin
16
mm. sameus, kiintoaine (0,45 µm:n suodatin), liukoinen orgaaninen hiili (DOC), kemiallinen
hapenkulutus (COD) sekä kokonaisfosfori- ja typpi.
Alustavien tulosten perusteella kunnostusojitus lisäsi keskimääräisiä kiintoaine- ja
ravinnepitoisuuksia (taulukko 1 ja 2), mutta vähensi DOC-pitoisuutta. Kosteikko vähensi
kiintoainepitoisuutta, mutta lisäsi hieman DOC- ja ravinnepitoisuuksia. Turvetuotannon
pintavalutuskenttä vähensi keskimääräisiä kiintoaine- ja ravinnepitoisuuksia huomattavasti, mutta
DOC-pitoisuus lisääntyi hieman, joskin valumavesiä on virrannut pintavalutuskentän ohi ja
ohijuoksutusajat, virtaama ja veden laatu näiltä ajoilta eivät ole tiedossa. Kasvillisuuskentätkin
vähensivät kiintoaine- ja ravinnepitoisuuksia, joskaan alenema ei ollut yhtä suuri kuin
pintavalutuskentällä. Kasvillisuuskentilläkin DOC-pitoisuudet keskimäärin kasvoivat.
Taulukko 1. Vesinäyteanalyyseistä (11/2011−12/2012) lasketut keskiarvot kiintoaine-, DOC- ja
ravinnepitoisuuksille yhdellä metsätalouden ja kolmella turvetuotannon seurantakohteella ennen
ja jälkeen viimeisimmän ja tehokkaimman vesiensuojelurakenteen. Alle määritysrajan olleet
kiintoainetulokset on laskennassa huomioitu arvona 0,25 mg/l, n on vesinäytteiden lukumäärä.
Ennen
kunnostusojitusta
Kunnostusojituks
en jälkeen
Turvetuotannon
pintavalutuskentt
ä
Kiintoain
e, mg/l
DOC,
mg/l
NTOT,
µg/l
PTOT,
µg/l
n
Vanhalta
ojitusalueelta lähtevä
vesi (piste A)
2,0
40,3
631
23
16
Vanhalta
ojitusalueelta lähtevä
vesi (piste B)
2,1
39,7
641
23
16
Kunnostusojitusalueel
ta lähtevä vesi (piste
A)
5,9
35,7
823
37
7
Vesiensuojelukosteiko
lta lähtevä vesi (piste
B)
4,1
44,5
894
38
8
Kentälle tuleva vesi
13,2
41,8
2065
84
21
Kentältä lähtevä vesi
3,4
42,5
1284
27
21
15,7
25,8
1684
56
20
10,8
29,4
1621
47
20
23,4
30,7
1529
71
18
18,8
33,3
1412
65
18
Turvetuotannon
Kentälle tuleva vesi
kasvillisuuskenttä
A
Kentältä lähtevä vesi
Turvetuotannon
Kentälle tuleva vesi
kasvillisuuskenttä
B
Kentältä lähtevä vesi
17
Taulukko 2. Jatkuvatoimisesti (11/2011−1/2013) seuratusta sameudesta ja siitä laskennallisesti
tuotetusta kiintoainepitoisuudesta lasketut keskiarvot yhdellä metsätalouden ja kahdella
turvetuotannon seurantakohteella. n on mittausten lukumäärä. Turvetuotannon pintavalutuskentän
osalta ei ole poistettu ohijuoksutusaikoja, koska ne eivät ole tiedossa.
Sameus,
Kiintoain n
NTU
e, mg/l
Ennen
kunnostusojitusta
Kunnostusojituks
en jälkeen
Turvetuotannon
pintavalutuskentt
ä
Vanhalta
ojitusalueelta lähtevä
vesi (piste A)
0,7
1,5
3805
Vanhalta
ojitusalueelta lähtevä
vesi (piste B)
0,6
2,9
7910/7592
Kunnostusojitusalueel
ta lähtevä vesi (piste
A)
1,9
3,9
4418
Vesiensuojelukosteiko
lta lähtevä vesi (piste
B)
0,6
2,8
4412/3930
Kentälle tuleva vesi
4,3
14,5
12 912
Kentältä lähtevä vesi
1,7
3,3
12 357
32,0
23,7
12 037
Turvetuotannon
Kentältä lähtevä vesi
kasvillisuuskenttä
B
Soiden ennallistaminen vesistöjen kuormittajana sekä potentiaalisena vesistökuormituksen
vähentäjänä
Tapani Sallantaus, Suomen ympäristökeskus
[email protected]
Suo ovat luonnontilassa tärkeä veden laatua muokkaava tekijä. Orgaanisen hiilen kertymisen
ohella suot kerrostavat merkittäviä määriä typpeä, fosforia, rikkiä, eri metalleja. Minerogeenisilla
soilla valuma-alue on näiden alkuaineiden tärkeä lähde; suot poistavat niitä läpivirtaavista vesistä
erilaisten biologisten, kemiallisten ja fysikaalisten prosessien kautta.
Suoluonnon tila on kuitenkin kehno etenkin Suomen eteläpuoliskossa, jossa alkuperäisestä n.
4 miljoonasta hehtaarista ojittamatta on 0,7 miljoonaa ha. Suot ovat suuressa määrin menettäneet
18
kykynsä toimittaa niille luontaisia veden laatuun ja myös määrään ja sen vaihteluun liittyviä
toimintoja, joita myös ekosysteemipalveluiksi kutsutaan.
Soita on ennallistettu Suomessa vajaa 0,02 milj. ha, pääosin viimeisten 15 v aikana, lähes
yksinomaan suojelualueilla ja tarkoituksena palauttaa soiden luonnonarvoja. Vaikka
ennallistamisella odotettiin olevan pitkällä aikajaksolla positiivisia vedenlaatuvaikutuksia,
varauduttiin jo varhaisissa hankkeissa myös vesistöhaittoihin – ennallistaminen voi olla lyhyellä
aikavälillä merkittävä häiriötila. Ennallistamisen yhteydessä esim. puustoa käsitellään joissain
tapauksissa lähes päätehakkuun tavoin. Kauan ojitettuna olleilla alueilla alkuperäinen
suokasvillisuus on usein lähes täysin korvautunut metsäkasvillisuudella ja merkittävä osa
kasvillisuudesta sekä hajottajista kuolee vedenpinnan nousun seurauksena. Kuivatus on myös
muuttanut turpeen ominaisuuksia, hajotustoiminta on mobilisoinut turpeen ravinnevaroja.
Ennallistamisen aiheuttaman vesistökuormituksen määrä kuitenkin jossain määrin yllätti;
esimerkiksi Seitsemisen kansallispuistossa seuratuilla 5 valuma-alueella fosforin
ylimäärähuuhtouma ennallistetulta hehtaarilta, ominaiskuormitus, vaihteli 1,5 -3,9 kiloon, ollen
keskimäärin 3 kiloa. Viimeistään 10 vuotta ennallistamisesta huuhtoumat palasivat lähtötasolle
(n. 0,08 kg/hav) (Koskinen ym. 2011, Sallantaus & Koskinen 2012).
Eteläisimmän Suomen korpien ennallistaminen lisäsi niin ikään fosforin huuhtoumia, mutta
Seitsemistä voimakkaampia vaikutuksia oli myös epäorgaanisen typen sekä orgaanisen hiilen
huuhtoumiin sekä valumavesien happamuuteen. Kaikkiaan 12 valuma-alueelta on jo mahdollista
tehdä kohtuullisen tarkka arvio ennallistamisen ominaiskuormista. Arvoissa on suurta vaihtelua,
pohjoisessa huuhtoumalisäykset ovat etelää vähäisempiä, ja suon ominaisuudet, todennäköisesti
esim. raudan pitoisuudet sekä lannoitushistoria, vaikuttavat kuormituksen suuruuteen.
Seuratut valuma-alueet olivat pääosin kokonaan ojitettuja soita. Ennallistettava ojitusalue on
kuitenkin usein ojittamattoman suoalueen reunaosilla. Silloin, kun ennallistettava alue on
suoaltaan yläosassa ja ennallistamisen seurauksena vedet päätyvät ojittamattomalle suonosalle –
minne ne ennen ojituksia olivat virranneetkin, palautetaan suon luontainen ekohydrologia ja suon
luontaiset vedenlaatuun liittyvät ekosysteemipalvelut. Vesistökuormitusta ei välttämättä synny
lainkaan ja esim. ravinteiden huuhtoumat saattavat vähentyä.
Etelä-Suomen ojittamattomista soista suuri osa on ojin valuma-alueestaan irrotettuja torsoja,
jotka eivät suorita niille kuuluvia vedenlaatua muuttavia ekosysteemipalveluja, vaan suodattavat
pelkkää sadevettä (Tahvanainen 2011). Näiden soiden hydrologian palauttaminen luonnontilaisen
kaltaiseksi olisi kustannustehokkainta suoluonnon elvytystoimintaa, joka voisi toimia myös
merkittävänä vesistöjen tilaa parantavana tekijänä.
Koskinen, M., Sallantaus, T. & Vasander, H. 2010. Post-restoration development of organic carbon and nutrient
leaching from two ecohydrologically different peatland sites. Ecological Engineering 37:1008-1016.
Sallantaus, T. & Koskinen, M. 2012. Impacts of peatland restoration on nutrient leaching in western and southern
Finland. In: Lindholm, Tapio & Heikkilä, Raimo (eds.). Mires from pole to pole. The Finnish Environment
38/2012: 213-227.
Tahvanainen T. 2011. Abrupt ombrotrophication of a boreal aapa mire triggered by hydrological disturbance in the
catchment. J. Ecol. 99 (2): 404-415.
19
Effects of basin wide mechanical mixing on temperature, oxygen and nutrients in Lake
Vesijärvi recovering from eutrophication
Pauliina Salmi1, Kalevi Salonen2 & Ismo Malin3, 1Lammi Biological Station, University of
Helsinki, 2Department of Biological and Environmental Science, University of Jyväskylä, 3Lahti
Region Environmental Services
[email protected]
Since winter 2009 mechanical mixing has been applied on eutrophic Enonselkä basin of Lake
Vesijärvi, which suffers from frequent oxygen depletion in deep water both in winter and
summer. Effects of mixing on temperature as well as on oxygen and nutrient concentrations were
studied by comparing the results from three mixing years with those of ten pre-treatment years.
Under the ice cover, mixing decreased temperature in the deepest water and kept oxygen
concentration high (≥7.5 g m-3). Along with that inorganic and total phosphorus and ammonium
and total nitrogen concentrations were radically reduced. In summer mixing elevated temperature
in the hypolimnion from 10-13°C up to 17°C. This can double hypolimnetic respiration and
therefore probably explains why mixing only delayed the development of anoxia in the deepest
water. The rise in temperature also virtually destroyed the cool metalimnion important for smelt
fish population. Ammonium and total N were notably reduced and nitrate was present in the
deepest water, most likely via enhanced nitrification-denitrification processes. Thus, nitrate
respiration was available in the hypolimnion throughout the mixing summers. Inorganic and total
P concentrations were not reduced as much as in winter but their concentrations remained at the
lowest range of 10 pre-treatment years. Even though the quantitative movements of N and P
between water and the sediment with and without mixing are not known, the results suggest that
mixing might have been useful in limiting harmful mass occurrences of cyanobacteria and other
algae and have allowed recovery of some benthic animals.
Monitoring aquatic biodiversity using environmental DNA
Philip Francis Thomsen, Center for GeoGenetics, Natural History Museum of Denmark,
University of Copenhagen, Denmark.
[email protected]
Aquatic ecosystems across the globe are under significant threat, suffering from various forms of
anthropogenic disturbances, which is greatly impacting global biodiversity, economy and human
health. Reliable monitoring of species is crucial for data-driven conservation actions in this
context but remains a challenge owing to non-standardized and selective methods that depend on
practical and taxonomic expertise, which is steadily declining.
Here we show that a diversity of rare and threatened European freshwater animals representing amphibians, fish, mammals, insects and crustaceans - can be detected and quantified
based on environmental DNA (eDNA) obtained directly from small water samples of lakes,
ponds and streams. We successfully validate our findings in a controlled mesocosm experiment
and show that eDNA becomes undetectable within 2 weeks after removal of animals, indicating
that eDNA traces are near contemporary with species presence. We also demonstrate the
potential of the method to detect entire assemblages of amphibians and fish by high-throughput
sequencing of eDNA from a few small water samples in individual ponds. Our findings underpin
the ubiquitous nature of eDNA traces in the environment and support the use of eDNA as a tool
for monitoring rare and threatened species across a wide range of taxonomic groups.
20
Subsequently, for the first time, we investigated the potential of using metabarcoding of
eDNA obtained directly from seawater samples to account for marine fish and mammal
biodiversity. We show that such marine eDNA can account for fish biodiversity using highthroughput sequencing. Promisingly, eDNA covered the fish diversity better than any of 9
methods, conventionally used in marine fish surveys. Additionally, we show that even short fish
eDNA sequences in seawater degrades beyond detectable levels within days, in accordance with
results obtained from freshwater eDNA. The method is also used for detection of marine
mammals focusing on the cetacean species harbor porpoise. The eDNA approach consistently
detected the porpoise under controlled conditions, but in natural environments the method was
less successful than acoustic detections. However, at one site, long-finned pilot whale – a species
rarely sighted in the target area – was detected.
Although further studies are needed to validate the eDNA approach under varying
environmental conditions, our findings provide a strong proof-of-concept with great perspectives
for future monitoring of aquatic biodiversity and resources.
This abstract includes the work presented in the following 3 publications, and all authors
should be credited for the above:
Thomsen PF, Kielgast J, Iversen LL, Wiuf C, Rasmussen M, Gilbert MTP, Orlando L, Willerslev E (2012).
Monitoring Endangered Freshwater Biodiversity using Environmental DNA. Molecular Ecology 21, 2565-2573.
Thomsen PF, Kielgast J, Iversen LL, Møller PR, Rasmussen M, Willerslev E (2012). Detection of a Diverse Marine
Fish Fauna using Environmental DNA from Seawater Samples. PLOS ONE 7(8), e41732.
Foote AD, Thomsen PF, Sveegaard S, Wahlberg M, Kielgast J, Kyhn LA, Salling AB, Galatius A, Orlando L,
Gilbert MTP (2012). Investigating the Potential Use of Environmental DNA (eDNA) for Genetic
Monitoring of Marine Mammals. PLOS ONE 7(8), e41781.
Phytoplankton counting using ribosomal RNA barcodes - future trends?
Marja Tiirola, University of Jyväskylä, Department of Biological and Environmental Sciences
[email protected]
Next-generation sequencing (NGS) can offer new possibilities for automated biodiversity
analysis of aquatic microbes and bigger organisms. In one sequencing run we can get millions of
sequences at one shot, like reading a huge number of barcode-addresses of organisms. The
system allows pooling samples together, so you can analyse 50-100 samples at a couple of days.
Cheaper prices and improved speed now make sequencing a potential alternative for traditional
morphological phytoplankton counting. However, this approach is not yet demonstrated in
reality, except for prokaryotic species. In this presentation I will first tell about our experience of
the use of NGS technology in the analysis of bacterial communities, and then explain our
efforts to develop the same methodology further for a universal analysis of aquatic organisms
belonging to Bacteria, Archaea and small-sized Eukarya (our starting Academy-funded project
"RNA -unit" 2012-2016). In our approach 16S-18S ribosomal RNA is first transcripted to cDNA
and then sequenced using an Ion Torrent NGS machine. The data is used for mathematical
analysis of the species composition in each sample. The project will show us how RNA approach
correlates with the traditional measurements and biomass analyses.
Ribosomal RNA is the basis for bacterial and archaeal systematics and therefore the phylogeny
of these organisms is well established. However, the current information of ribosomal RNA
sequences of microeukaryotic species is patchy and therefore we will perform systematic
21
sequencing of major phytoplankton and protozoa species. To add the main national freshwater
species into the database, single cells from water samples will be isolated using a
micromanipulator, photographed and the 18S rRNA gene is sequenced by Sanger sequencing.
This database helps to link the previous morphology-based data to the new NGS data creating a
phylogenetic map of the freshwater species. Systems biology tools like multivariate and local
similarity analysis (LSA) can finally be used to reveal trophic level indicators as well as complex
interactions between organisms.
Responses of ecological quality indicators to pollution and recovery in a large boreal lake:
the relevance of “ecological status”
Kimmo T. Tolonen1*, Heikki Hämäläinen1, Jarmo J. Meriläinen1, Arja Palomäki2 & Juha
Karjalainen1
1
Department of Biology and Environmental Science, University of Jyväskylä, 2 Institute for
Environmental Research, University of Jyväskylä,
[email protected], [email protected]
Large lake ecosystems have high economic and ecological importance, as they provide amplitude
of ecosystem services. Diverse biotic communities, ecosystem functions and services supplied by
large lakes are threatened by various reasons. Water Framework Directive (WFD) of the EU
lately brought out new challenges to the management of water bodies. Member states should
assess and monitor the ecological status of surface waters primarily on the basis of biological
elements supported by hydro-morphological and water quality elements. WFD aims to achieve
good ecological status of water bodies by 2027. However, WFD does not extent the
environmental objectives any further from structural status definitions and does not specify
ultimate targets of aquatic ecosystem management. Hence, an assumption of the WFD
assessment system is that the implicit ecosystem functions and services targeted to be protected
and maintained are related with the measured structural state. It is however uncertain whether the
structural parameters and classifications by WFD scheme reflect the ecosystem values of actual
societal interests.
During half a century study period, we examined development and sensitivity of the
ecological quality indicators and ecological status, as defined by WFD, of Lake Päijänne in
response to improved wastewater management and decreasing pollution. We particularly aimed
to test if biodiversity and ecosystem functions and services are associated with the judgments of
ecological status, and hence if the “ecological status” is a sufficient proxy for ecosystem values to
be protected and maintained. For this purpose, we correlated 1) species diversity, 2) primary and
secondary production, 3) trophic transfer efficiency (secondary to primary production ratio) and
4) fish catch and abundance with the estimated ecological status.
The ecological status calculated according to the WFD scheme responded fairly consistently
to the decrease in anthropogenic loading. The status of biological elements improved with
supporting water quality elements and showed good status roughly simultaneously, despite
initially somewhat contrasting responses of the biological elements to heavy pollution by woodprocessing industry. Species diversity of profundal macroinvertebrates and phytoplankton
correlated positively with ecological status, whereas zooplankton richness did not. A humped
association was observed between phytoplankton primary production and ecological status.
Bacterial production correlated negatively with lake ecological status. In contrast, neither
zooplankton production nor trophic transfer efficiency was associated with ecological status. The
22
relationship between gill net catches of the bookkeeping fishermen and ecological status was not
significant. However, notably high catches were observed only in good or high status conditions,
while catches in poor status were low. Density of coregonid larvae correlated positively with the
ecological status and abundant year-classes indicating favourable reproduction conditions and
stable parental stock were met only in good or high status conditions.
Our results demonstrated that even in large lakes, when management actions are efficient,
recovery from poor or moderate to good ecological status is possible in relevant time span with
regard to the legislative environmental objectives. Ecological status estimates also reflected some
features of biodiversity, ecosystem functions and services in our study lake, and thereby showed
relevance with regard to the ultimate management goals.
Nutrient losses from arable land versus natural background – A case study using on line
monitoring
Pasi Valkama, The Water Protection Association of the River Vantaa and Helsinki Region
[email protected]
Agriculture is one of the dominant factors altering the flux of nutrients from catchments to the
receiving surface waters and enhancing eutrophication in many countries. When natural
vegetation is replaced by agriculture the nutrient loss is detected to rise significantly.
In this study high resolution water quality data was used to determine the phosphorus, nitrate
nitrogen and suspended solids load from two small catchments in southern Finland. Automated
on-line- water quality monitoring was performed in catchments with different land use in spring
and autumn 2011 and 2012. The scope of the study was to compare the dynamics and fluctuation
of nutrients and concentration of suspended solids in catchments dominated by agriculture (1,24
km2) and natural forests (1,37 km2). Nutrients and sediment flux from forest catchment was
suggested to represent the background loss of clayey areas in southern Finland.
Monitoring campaigns were concentrated on springtime and autumnal flood periods.
Turbidity, nitrate nitrogen and water temperature were measured in one hour interval using S::can
(S::can GmbH, Austria) sensors. To determine the quantity of water the measuring weir was
constructed in both streams. Also manual water samples (n=56) were collected during campaigns.
Total phosphorus (TP), dissolved reactive phosphorus (DRP), total dissolved phosphorus (TDP),
nitrate nitrogen (NO3-N), total nitrogen (TN) and suspended solids (SS) concentration were
analysed in the laboratory. Sensor turbidity was calibrated to particle bound phosphorus (PP) and
SS concentration by using linear regression analysis. With this calculated one hour concentration
data the actual fluctuation of the water quality was detected allowing more accurate load
estimations.
We observed that sediment discharging from forest catchment contained 0,9 mg/g of
phosphorus and from agricultural catchment 1,4 mg/g. Higher phosphorus ratio was suggested to
be due to fertilizer application to the fields. On average DRP concentration in waters discharging
from fields was 15 times higher than from forest area. DRP concentration in agricultural stream
corresponded to natural forest stream when the growing season started. The variation of both
water quality and quantity was more extreme in agricultural than in forest stream.
On the basis of sensor data, NO3-N loss from agricultural catchment exceeded the background
loss by 5 to 14 times and PP loss 4 to 13 times during spring and autumn periods. For example in
very rainy autumn 2012 the load of phosphorus from fields was estimated to cover 79 %,
background loss 19 % and household wastewaters 3 % of the total load during 70 days period. In
23
spring 2012 during single flow event 28 % of the agricultural catchments phosphorus load was
traced to origin from a single “hot spot” field covering only 2,3 % of the catchment area.
According to our results from two different catchments it is important to increase wintertime
vegetation cover and the use of catch crop in fields to bound nutrients from leaching. Utilization
of nutrients by growing vegetation prevented the nutrient flux from fields. In forest catchment
nutrients are in use and effectively bounded by vegetation and soil.
Posterit (Poster abstracts)
Comparative analysis of pesticide monitoring via traditional surface water sampling and
Chemcatcher® passive samplers
Heidi Ahkola1, Kari-Matti Vuori1, Katri Siimes2, Jaakko Mannio2, Sirpa Herve1, Kirsti Krogerus1
and Anri Aallonen3 , 1 Finnish Environment Institute (SYKE), University of Jyväskylä, 2 Finnish
Environment Institute (SYKE), Helsinki, 3 Ramboll Analytics, Lahti
[email protected]
Pesticide monitoring in European surface waters is regulated by the Water Framework Directive
(WFD) establishing environmental quality standards (EQS) for the good chemical status of water
bodies. EQS monitoring is based on analyses of pesticides in water samples. WFD requires at
least monthly sampling for assessment of maximum annual average concentrations. Due to the
high temporal variation of pesticide use and leaching and discharge conditions in running waters,
such robust monitoring approach may fail to detect pesticides, especially peak concentrations.
We compared traditional water sampling results to pesticide concentrations detected with
Chemcatcher® passive samplers in a large peatland river Kyrönjoki and its small tributary
Lehmäjoki. The Chemcatchers® were deployed in four separate trials on both sites for two weeks
time period during 21 Jun – 30 Aug. The traditional water samples were analysed twice a month
in Lehmäjoki and monthly in Kyröjoki.
The number of compounds found in Chemcatchers® was 32, while in water samples 27
pesticides were detected but only 15 of them were quantified. High concentrations of some
pesticides not detected in traditional water sampling were found with Chemcatchers®.
The preliminary results clearly indicate that measurement of pesticides from water samples is
prone to failures to detect their actual presence in water bodies. Passive sampling with
Chemcatcher® should also be compared simultaneously with other methods which have
commonly been used earlier in monitoring organic pollutants, like natural biota, sediments and
bioaccumulation using mussels.
Vesistökuormitusta vähentävien kosteikkojen käytön tehostaminen vesienhoidossa
Kaisa Heikkinen ja Antton Keto, Suomen ympäristökeskus
[email protected]
Suurin osa vesistöihimme kohdistuvasta kuormituksesta on peräisin valuma-alueiden
maankäytöstä, pääosin maataloudesta, metsätaloudesta ja turvetuotannosta. Tämän kuormituksen
24
vähentämiseen tarvitaan hajautettua vesiensuojelutekniikkaa. Tähän tekniikkaan lukeutuvat
myös vesiensuojelukosteikot, joita on maassamme kehitetty hyvällä menestyksellä. Lisäksi
vesiensuojelukosteikkojen käytöstä käytännön vesiensuojelussa on saatu jo verraten runsaasti
kokemuksia. Tietoa ja kokemuksia on saatu erityisesti maatalouden vesistökuormitusta
vähentävistä kosteikoista ja turvetuotannon sekä metsätalouden vesistökuormitusta vähentävistä
pintavalutuskentistä. Kaikkien näiden vesiensuojelukosteikkojen toiminta perustuu valumaalueiden maaperän ja vesiympäristön luontaiseen kykyyn pidättää valumavedestä kiintoainetta,
orgaanisia aineita, rautaa ja ravinteita.
Kosteikkojen käyttöä vesistökuormituksen vähentämisessä voidaan kuitenkin vielä monin eri
tavoin tehostaa. Jo käytössä olevien vesiensuojelukosteikkojen puhdistustehokkuutta tulisi
varmistaa kustannustehokkaan seurannan avulla. Tarvittaessa niiden yhteyteen tulisi myös
kehittää uusia, puhdistustuloksia parantavia menetelmiä. Esimerkiksi ojitetuille
pintavalutuskentille ollaan parhaillaan kehittämässä menetelmää fosfaattifosforin
puhdistustehokkuuden lisäämiseksi. Myös aivan uusia vesiensuojelukosteikkojen tyyppejä
voitaisiin vielä pyrkiä kehittämään. Lisää tietoa tulisi saada erityisesti ojitetuille soille ja
kivennäismaille perustettujen vesiensuojelukosteikkojen toiminnasta. Myös eri aineiden
pidättymiseen/huuhtoutumiseen johtavia prosesseja kosteikoissa tulisi vielä selvittää.
Prosessitutkimuksista saatava tieto auttaa hallitsemaan kosteikon toimintaa
ympäristöolosuhteiden vaihdellessa ja siitä on apua myös kehitettäessä uusia menettelytapoja
puhdistustuloksen varmistamiseksi.
Vesienhoidon toimenpiteiden toteutumista seurataan Vesienhoidon toimenpiteiden
seurantajärjestelmän 2010–2015 periaatteiden mukaisesti myös suunnittelukaudella 2016–2021.
Turvetuotannon osalta seurattavia toimenpiteitä on nyt kuitenkin enemmän. Suurelta osin tämä
johtuu siitä, että seurantajärjestelmässä vesiensuojelukosteikkojen tyypit luokitellaan riittävän
tarkasti niillä saavutettavan vesien puhdistustason mukaisesti. Esimerkiksi pintavalutuskentät,
ojitetut pintavalutuskentät ja kasvillisuuskentät/kosteikot on eroteltu omiksi toimenpiteikseen.
Tämän uuden jaottelun avulla saadaan aiempaa tarkempaa tietoa turvetuotannon vesiensuojelun
tasosta ja vesiensuojelun kehittymisestä. Myös VAHTI-järjestelmää muutetaan tämän uuden
jaottelun mukaisesti.
Kuormitusta vähentävien teknisten menetelmien rinnalla myös hallinnollis-oikeudelliset,
taloudelliset sekä tiedon lisäämistä välittävät ja parantavat ohjauskeinot ovat tärkeä osa
vesiensuojelua. Hajakuormituksen eri sektoreiden vesiensuojelun tukitoimet olisi tärkeää sovittaa
yhteen. Ohjauskeinoja tulisi myös kehittää siten, että mahdollisuudet ja halu kosteikkojen
käyttöön vesienhoidossa lisääntyvät.
Vesiensuojelukosteikkojen käyttöä eri vesistöalueilla voidaan edistää valuma-aluetasoisen
yleissuunnittelun avulla. Maatalouskosteikkojen yleissuunnittelulle on jo laadittu ohjeet.
Metsätaloudessa on kokeiltu uusien menetelmien, mm. laserkeilausaineistojen, käyttöä
kartoitettaessa valuma-aluetasolla sopivia paikkoja vesiensuojelukosteikoille. Kokemuksia on
saatu mm. Waterpraxis-projektissa Temmesjoen alueelta. Mm. näiden kokemusten perusteella
ollaan parhaillaan laatimassa ohjeita metsätalouden vesiensuojelukosteikkojen ja
pintavalutuskenttien yleissuunnittelulle.
Vesiensuojelun keskeisiä ohjauskeinoja on pohtinut ympäristöministeriön vuoden 2011
lopussa asettama vesiensuojelun asiantuntijatiimi, joka on valmistellut opasehdotukset
metsätalouden ja turvetuotannon vesiensuojelutoimenpiteiden suunnittelulle ja toteuttamiselle
vesienhoidon toisella kaudella vuosina 2016–2021. Keskeisiä metsätalouden ohjauskeinoja
mainittiin kaikkiaan 11 kpl. Näistä ensimmäiseksi priorisoitiin Kemera-lain muuttaminen niin,
että tukea suunnattaisiin erityisesti vesiensuojelurakenteiden, kuten pintavalutuksen ja
kosteikkojen toteutukseen. Ohjauskeinojen joukossa mainittiin myös luonnonhoitohankkeiden
25
soveltamispiirin laajentaminen ja niiden riittävän rahoituksen turvaaminen, rahoituksen
järjestäminen pintavalutuskenttien ja kosteikkojen yleissuunnittelulle, olemassa olevien
paikkatietotyökalujen käytön tehostaminen metsätaloustoimenpiteiden ja niiden vesiensuojelun
suunnittelussa, valuma-aluetason vesiensuojelun suunnittelun edelleen kehittäminen, ja
vesiensuojelun tasosta kertovien tietojärjestelmien kehittäminen. Uusien, metsätaloudelle
sopivien vesiensuojelumenetelmien kehittämisestä todettiin seuraavaa: ”Selvitetään erityisesti
rehevien turvemaiden uudistushakkuiden vaikutukset ravinteiden huuhtoutumiseen. Kehitetään
vesiensuojelumenetelmiä erityisesti typen ja fosforin huuhtoutumisen vähentämiseksi. Testataan
eri-ikäisrakenteisen metsänkäsittelyn mahdollisuuksia vesiensuojelussa erityisesti vesistöjen
rantaan rajoittuvilla turvemaiden uudistusaloilla. Kehitetään erityisesti kivennäismaille
rakennettavia vesiensuojelukosteikkoja. Selvitetään myös niitä prosesseja ja tekijöitä, jotka
vaikuttavat suojavyöhykkeiden toimintaan metsätalousalueilla. Lisäksi selvitetään
mahdollisuuksia vesiensuojelukosteikkojen yhteiskäytölle ja -rahoitukselle muiden sektorien
kanssa.”
Patchiness of plankton and water chemistry in a eutrophic boreal lake – which is cause,
which is effect?
Heini A 1,2, Puustinen I 1,3,, Tikka M 1, Jokiniemi A 2, Leppäranta M 2 & Arvola L 1, Lammi
Biological station1, University of Helsinki, Department of Physics2, University of Helsinki,
Department of Environmental Sciences3, University of Jyväskylä
[email protected]
In stratified eutrophic lakes both vertical and horizontal patchiness of plankton and water
chemistry may be important. To examine this question, four sampling campaigns were carried
out during two summers in Lake Vanajanselkä, a relatively large eutrophic lake in southern
Finland. We focused on phytoplankton (incl. cyanobacteria) distribution in the lake, its influence
on water chemistry, and its patchiness in short term. The eastern basin had clearly higher nutrient
and chlorophyll a concentrations than the western basin, but the spatial variability was similar in
both basins. Due to the high photosynthetic activity, water pH rose close to 9.5 and oxygen
saturation close to 150 % in a few sites, causing >1 pH unit difference between sites and >2 pH
unit difference between the epilimnion and hypolimnion. As a consequence of the spatial
variability in phytoplankton, nitrate and ammonium concentrations showed lateral and vertical
variations. In summer, during calm weather, spatial and temporal heterogeneity of plankton and
water chemistry can be an important feature, and photosynthesis and nutrient uptake by plankton
may strongly modify the daytime chemistry of the uppermost water layer. During the field
campaigns the upper layer of the lake was highly dynamic rather than in a steady state. The
results stress the importance of pacthiness of plankton, and to consider spatial and temporal
differences in chemistry and lake metabolism in monitoring and sampling.
26
Estimating aggregated nutrient fluxes in four Finnish rivers via Gaussian state space
models
Helske J. (JYU), Nyblom J. (JYU), Ekholm P. (SYKE) ja Meissner K. (SYKE)
[email protected]
Reliable estimates of the nutrient fluxes carried by rivers from land-based sources to the sea are
needed for efficient abatement of marine eutrophication. While nutrient concentrations in rivers
generally display large temporal variation, sampling and analysis for nutrients, unlike
flow measurements, are rarely performed on a daily basis. The infrequent data calls for ways to
reliably estimate the nutrient concentrations of the missing days. Here we use the Gaussian state
space models with daily water flow as a predictor variable to predict missing nutrient
concentrations for four agriculturally impacted Finnish rivers. Via simulation of Gaussian state
space models, we are able to estimate aggregated yearly phosphorus and nitrogen fluxes, and
their confidence intervals.
The effect of model uncertainty is evaluated through a Monte Carlo experiment, where
randomly selected sets of nutrient measurements are removed and then predicted by the
remaining values together with re-estimated parameters. Results show that our model performs
well for rivers with long-term records of flow. Finally, despite the drastic decreases in nutrient
loads on the agricultural catchments of the rivers over the last 25 years, we observe no
corresponding trends in riverine nutrient fluxes.
Transport of organic contaminants from Finnish urban area into an adjacent boreal lake –
monitoring with passive samplers
Honkonen Olga, University of Helsinki
[email protected]
Urban areas are known to produce and spread a large number of organic micropollutants. PAHs
and PCBs are amongst the most frequently found urban-derived contaminants. PAHs are very
widespread in the environment and often originate from anthropogenic sources, such as fossil
fuel combustion or direct release of petroleum products. PCBs are not ubiquitous in the
environment but still found in the nature due to the extensive application in the past and longrange transport ability. In many countries, including Finland, cleaning of urban surface runoff is
not required and it is discharged directly to the adjacent water bodies. Even though major part of
highly hydrophobic compounds as PAHs and PCBs is sorbed to particulate matter and tend to
accumulate in sediments, they are also present in the dissolved form. Dissolved chemicals are
easier transported and more readily bioavailable, which increases their relative importance for
ecosystem health.
The purpose of this research was to monitor distribution of dissolved PAHs and PCBs in Lahti
urban area and to follow their transport to the aquatic ecosystem. Prevalent sources of pollution
were also studied, based on individual compounds ratios and profiles. The city of Lahti is a
growing Finnish urban area with approximately 100 000 inhabitants. Lake Vesijärvi is an
important provider of recreational and fishing activities in the region, which receives untreated
urban surface runoff discharges from the city. Semipermeable membrane devices (SPMDs) were
employed across an expected contamination gradient in Lake Vesijärvi, Lahti stormwater
drainage system and atmosphere.
27
Concentrations of PAHs in stormwater drainage were significantly higher than in respective
areas of the Lake Vesijärvi, which indicates the effect of stormwater discharges on lake water
quality. However, PCB concentrations in urban water were not higher than in the Lake Vesijärvi
water column. This indicates that other sources than stormwater runoff (e.g. atmospheric
deposition, direct surface runoff) predominate in lake contamination with PCBs.
Effect of catchment characteristics on aquatic carbon export from a boreal catchment
Jussi Huotari1, Hannu Nykänen2, Martin Forsius3 and Lauri Arvola1 , 1Lammi Biological Station,
University of Helsinki, Lammi, 2Department of Biological and Environmental Science,
University of Jyväskylä, 3Finnish Environment Institute, Helsinki
[email protected]
Inland waters play an important role in regional and global carbon (C) cycling, and the estimates
for how much C of the terrestrial production escapes to the inland waters, as well as for the
controls of the C export, are needed. We aimed at finding out how land-cover and land-use
practices affect the terrestrial export of C in a boreal catchment. Therefore we sampled for
dissolved C concentrations (DOC, DIC, CH4 and CO2) over a full year in five main tributaries
discharging 85 % of the catchment area of a boreal lake, Pääjärvi, in southern Finland. Two of
the subcatchments were also sampled in several sites along the watercourses. In addition, we
determined the main land-cover divisions of the subcatchments, as well as the stream surface area
and peatland drainage density and associate them with the observed differences in the stream
water quality of 14 sampling points in order to locate the terrestrial C sources into fluvial
networks. The estimate for how much C is exported from the catchment and evaded en route, as
well as its importance in regional C cycling is presented.
Most of the C load to the lake consisted of dissolved organic carbon (DOC, 85.2%) the share
of dissolved inorganic carbon (DIC) being much smaller (14.8%). Peatland proportion of the
catchment and the drainage density of the peatlands increased DOC in streams, whereas the
proportion of agricultural land decreased it. The opposite was true for DIC and the relative
importance of DIC in C export increased together with the proportion of agricultural land in the
catchment. The drained peatlands were an important CH4 source for streams. CO2 and CH4
emissions from stream and ditch surfaces were 1690 g C m-2yr-1 and 22 g C m-2yr-1, respectively,
C emissions being 6% higher than the C load to the lake.
Streams and peatland drainage ditches cover only 6.9 % of the water surfaces of the whole
study area but their carbon gas emissions were estimated to be 65 % higher than that of lakes and
ponds. Summing up the fluvial transport of C and estimates for the carbon gas emissions of all
water surfaces as well as for sedimentation in lakes we end up an estimate that up to 20 % of
NEE of the catchment of Lake Pääjärvi is exported in dissolved fractions via streams and emitted
into the atmosphere from the water surfaces of lakes and streams or sedimented in lakes within
the area. This study demonstrates the importance of inland waters in regional C cycling as well as
the role of small streams in CO2 evasion into the atmosphere.
28
Lake phytoplankton community metrics - uncertainty and quality control
Marko Järvinen, Finnish Environment Institute (SYKE), Freshwater Centre, Assessment and
Monitoring Unit, The Jyväskylä Office, Jyväskylä, Finland
[email protected]
Phytoplankton are sensitive indicators in aquatic ecosystems as changes in physico-chemical and
biological environment are rapidly manifested in their abundance and composition.
Phytoplankton are used to assess the ecological status of lakes and coastal waters in Europe
(Water Framework Directive). This presentation describes the lake phytoplankton metrics used in
the ecological quality status assessment, in particular against the eutrophication pressure, in
Finland. Also, results of the field campaign of the EU-WISER project to estimate the sampling
and analytical variability of the lake phytoplankton metrics are presented, and how uncertainty in
these metrics could be minimized by quality control and sampling procedures.
Automaattinen vedenlaadun seuranta Lahden Vesijärvellä
Mirva Ketola, Kirsi Kuoppamäki & Timo Kairesalo, Ympäristötieteen laitos, Helsingin yliopisto
[email protected]
Mittaustekniikan ja tiedonsiirron kehittymisen myötä vedenlaadun seurantaa voidaan nopeuttaa ja
tehostaa sekä havaintojen määrää kasvattaa moninkertaiseksi perinteiseen vesinäytteenottoon ja
laboratoriomittauksiin verrattuna. Klorofylli a –pigmentin fluoresenssin automaattinen mittaus
mahdollistaa levämäärien reaaliaikaisen in situ -seurannan vesistöissä. Fluoresenssin käyttö
levämäärien tulkinnassa ei kuitenkaan ole yksiselitteistä, sillä klorofyllin fluoresenssi ei ole vakio
vaan vaihtelee mm. kasviplanktonlajiston ja valaistuksen mukaan. Menetelmällä on kuitenkin
saatu hyvä vastaavuus laboratoriossa mitattuihin klorofyllipitoisuuksiin nähden erityisesti silloin,
kun fluoresenssi mitataan useilla eksitaatio- ja emissio-aallonpituuksilla.
Lahden Vesijärvellä klorofyllin fluoresenssia (eksitaatio- ja emissioaallonpituuksilla 470 nm
ja 685 nm) mittaavia antureita on kaikkiaan kuudessa pisteessä, joten Vesijärveltä saadaan tietoa
paitsi ajallisesta myös alueellisesta levämäärien vaihtelusta. Anturien määrää on vähitellen
kasvatettu, ja kesällä 2012 mitattiin lisäksi syanobakteereille tyypillisen fykosyaniini-pigmentin
fluoresenssia kolmella lautalla (eksitaatio- ja emissioaallonpituuksilla 620 nm ja 655 nm). Osana
Tekesin vesiohjelmaan kuuluvia hankkeita (Järvien vedenlaatupalvelu JVP; VetCombo)
Helsingin yliopisto kehittää levämäärien automaattisen mittauksen kalibrointikäytäntöä ja
aineiston laadunvarmennusta. Käytännössä järvestä otettiin avovesikausina vertailunäytteitä, joita
verrattiin lauttojen anturien vastaavassa paikassa, vastaavina ajankohtina tekemiin mittauksiin.
Lauttojen mittaama klorofyllin fluoresenssi selitti heikosti laboratoriossa saatuja klorofylli-a
pitoisuuksia etenkin vuonna 2010, jolloin syanobakteerit yleistyivät syksyä kohden.
Fykosyaniinin fluoresenssin lisääminen klorofyllin fluoresenssin ja vertailunäytteiden väliseen
regressioon selittäväksi muuttujaksi paransi vastaavuutta huomattavasti. Vuonna 2011
syanobakteereja oli vähän ja klorofyllin fluoresenssi vastasi laboratoriossa mitattuja klorofylli-a
pitoisuuksia paremmin kuin vuonna 2010. Tällöinkin fykosyaniinin huomioiminen
korjausyhtälössä paransi vastaavuutta. Kesällä 2012 syanobakteerit olivat edellisvuotta
runsaampia ja jälleen pelkkä klorofyllin fluoresenssi selitti heikommin laboratoriossa saatuja
klorofylli-a pitoisuuksia. Ilmiön taustalla on syanobakteereiden sisältämän klorofylli a –
pigmentin sijainti suurelta osin fotosysteemi I:ssä, joka ei fluoresoi, mutta joka kyetään
normaalisti uuttamaan ja mittaamaan spektrofotometrisesti laboratoriossa.
29
Klorofyllin ja fykosyaniinin emissiospektrit ovat osittain päällekkäiset, jolloin fykosyaniinin
fluoresenssi voi nousta klorofyllipitoisuuden ollessa korkea, vaikkei vedessä olisikaan
syanobakteereita. Jos fykosyaniinin fluorensenssi halutaan muuntaa syanobakteerien
biomassaksi, vaaditaan mikroskooppiseen levälaskentaan perustuvat vertailunäytteet. Vesijärvellä
vertailunäytteiden laskentaan perustuen myös fykosyaniinille laadittiin alustavat korjausyhtälöt.
Useimmissa tapauksissa fykosyaniinin fluoresenssin ja vertailunäytteiden välillä oli merkitsevä
yhteys.
Vesijärven tutkimus toi esille vertailunäytteenoton merkityksen automaattisen mittausasemien
laadun varmistuksessa ja aineiston kalibroinnissa. Mittauslauttojen, järven eri osien, sekä myös
vuosien välillä on eroja kasviplanktonin koostumuksessa ja mittausvasteessa, joten paras tulos
aineiston kalibroinnissa saavutetaan vuotuisella, lauttakohtaisella kalibroinnilla. Automaattinen
vedenlaadun mittaus ei siis voi korvata perinteistä vesinäytteenottoa mutta toimii hyvänä lisänä
vesistöseurannassa. Sen avulla voidaan saada ennakkovaroitus haitallisten leväkukintojen
kehittymisestä ja havainnoida muita keinoja paremmin levämäärien alueellista ja ajallista
vaihtelua.
Year-round high-frequency AWQM: effect of hypolimnetic oxygenation on Lake Jyväsjärvi
Jonna Kuha, Pirjo Kuitunen, Harri Kovanen, Tapio Keskinen & Juha Karjalainen, University of
Jyväskylä, Department of Biological and Environmental Science, Jyväskylä
[email protected]
Lake ecosystems are highly variable in spatial and temporal scales. They own complex physical
and biological processes that are non-linear in dynamics and remain outside the detection limit of
traditional sampling. Lake monitoring data is often collected with little consideration of recent
phenomena affecting the sampling conditions, leaving these short-term changes to be averaged
over time from the long-term data. To study ecosystem functioning in all scales high-resolution
environmental monitoring is needed. Due to recent development in sensor and network
technology environmental data can now be collected in situ.
Automated water quality monitoring (AWQM) and wireless sensor networks are becoming
increasingly common in lakes worldwide to provide more detailed data on lake ecosystem
functioning yet continuous, year-round AWQM remains rare especially in lakes that freeze over
during winter. Winter plays an important role in the functioning of lake ecosystems. Lakes
undergo dramatic changes in their physical environment during ice-covered season that affect
mixing, gas and heat exchange and light conditions of the lake.
In this study we present an AWQM station capable of in situ measuring through ice-covered
season. To our knowledge, no other long term station with under-ice profiling system has been
introduced before. We used sensors for temperature and dissolved oxygen (DO) to study the short
and long-term effects of year-round hypolimnetic oxygenation on restored Lake Jyväsjärvi,
Central Finland.
Year-round AWQM reveals clear changes in water column caused by the artificial
oxygenation. Summer stratification patterns of Lake Jyväsjärvi were drastically changed between
different oxygenation conditions affecting the lake’s hypolimnetic temperature and DO profiles
and the dynamics of the summer thermocline and vertical heat allocation. During winter, the
temperature and DO conditions under ice were clearly affected by the inflow pulses from the
River Tourujoki. Cold oxygen-rich water pulses from the power plant regulated river cooled the
water in the surface layers. Oxygenation kept the near-bottom layers cool and mixed the
temperature and DO gradients. Oxygenation prevented the warming of the near-bottom layers by
30
heat flux from the sediment. Increase in temperatures near the bottom was clearly observed when
the oxygenation was stopped.
Helsingin Longinojan tila vesi-, sedimentti- ja piilevänäytteiden ilmentämänä
Jaana Kuisma1 ja Katja Pellikka2, 1Helsingin yliopisto, geotieteiden ja maantieteen laitos,
2
Helsingin kaupungin ympäristökeskus, HELSINGIN KAUPUNKI
[email protected]
Longinoja on valuma-alueen pinta-alaltaan yksi Helsingin suurimmista puroista ja yksi
Vantaanjoen merkittävimmistä taimenen (Salmo trutta) kutualueista. Longinojaa on ryhdytty
kunnostamaan ja ennallistamaan 2000-luvulla mm. meritaimenen elin- ja kutuympäristöjen
parantamiseksi, eroosion ehkäisemiseksi ja puron maisemallisen- ja virkistyskäyttöarvon
parantamiseksi.
Tämän työn tarkoituksena oli seurata jatkuvatoimisesti Longinojan veden laatua ja laskea
puron kuormitus Vantaanjokeen. Vesinäytteitä otettiin myös sivu-uomista, jotta saatiin
kartoitettua niiden merkitys puron veden laadulle. Uoman eri osista määritettiin lisäksi alustaan
kiinnittyneet piilevät, joiden perusteella määritettiin uoman tila kussakin kohdassa.
Pohjasedimentin haitta-ainemäärityksiä tehtiin neljältä kohdalta.
Seurasimme veden laatua jatkuvatoimisesti 19.4.–6.10.2010 ja 4.4.2011–11.1.2012. YSI 6920sondin anturit mittasivat huoltokatkoja lukuun ottamatta veden lämpötilaa, syvyyttää,
happipitoisuutta, pH:ta ja sameutta 10 minuutin välein. Vesinäytteitä otettiin kesällä 2011 neljä
kertaa sivu-uomista, ja näytteet analysoitiin Helsingin yliopiston geotieteiden ja maantieteen
laitoksen laboratoriossa standardien mukaisesti.
Piilevänäytteet otettiin lokakuussa 2011 kivien tai muiden kiinteiden kappaleiden pinnoilta.
Laboratoriossa näytteistä tehtiin preparaatit, piilevät määritettiin lajilleen ja tulokset vietiin
OMNIDIA-tietokantaan. Sedimentin haitta-ainemäärityksiä varten sedimenttiä nostettiin
marraskuussa 2011 Ekman-noutimella. Sedimenttimassan pinnalta lusikoitiin pintasedimenttiä
analyysejä varten. Analyysit tehtiin akkreditoidussa MetropoliLabissa standardimenetelmien
mukaisesti.
Longinojalle on ominaista voimakkaat veden laadun vaihtelut lumensulamisen ja etenkin
voimakkaiden sateiden yhteydessä. Kesän ukkossateilla virtaama voi yli kymmenkertaistua ja
sameus jopa 30-kertaistua muutamassa tunnissa. Vuorokauden aikainen lämpötilan vaihtelu voi
olla jopa yli 5 °C, happipitoisuuden yli 5 mg/l, sähkönjohtavuuden 40 mS/m ja pH:n jopa yhden
yksikön pH-asteikolla. Myös veden hygieeninen laatu vaihtelee huomattavasti.
IPS-likaantuneisuusindeksin mukaan Longinojan uomasto oli pääosin erinomaisessa tai
hyvässä kunnossa. Alajuoksu, Tattarisuon teollisuusalueen eteläpuolinen uoma sekä sivu-uomat
pohjoisilta asuinalueilta, Suurmetsästä ja Jakomäestä, olivat tyydyttävässä tai välttävässä
kunnossa. TDI-rehevyysindeksin mukaan Longinojan pääuoma oli pääosin karu eli
vähäravinteinen. Sivu-uomat, jotka tuovat hulevesiä Suurmetsän ja Jakomäen asuinalueilta olivat
rehevyydeltään keskinkertaisia, mesotrofisia.
Sedimentin haitta-ainepitoisuuksista torjunta-aineiden, bromattujen palonestoaineiden,
dioksiinien ja furaanien, nonyyli- ja oktyylifenolien ja niiden etoksilaattien, ftalaattien, PAHyhdisteiden ja PCB-yhdisteiden pitoisuudet olivat varsin pieniä. Tattarisuon pienteollisuusalueen
pohjoisosan uoman sedimentistä löytyi suuria pitoisuuksia hiilivetyjä ja organotinayhdisteitä.
Organotinayhdisteiden pitoisuudet olivat yllättäen suuria myös muilla havaintopaikoilla.
31
Verrattaessa saatuja metallipitoisuuksia ruoppaus- ja läjityskelpoisuuteen oli Malmin
lentokentältä tulevan sivu-uoman pintasedimentti pilaantunutta kuparin, nikkelin ja sinkin osalta.
Myös Tattarisuon teollisuusalueen pohjoisosasta vetensä keräävässä sivuojassa pintasedimentti
oli pilaantunut kuparilla.
The effect of signal grayfish to the size-specific variables of gastropods.
Salme Kärkkäinen*, Timo Ruokonen**, Joonas Isoketo*, Joonas Itkonen*, Nina Survo*, Heikki
Hämäläinen**, Antti Penttinen*, * Department of Mathematics and Statistics, **Department of
Biological and Environment Science, University of Jyväskylä
[email protected]
The objective of this research is to study the effect of presence/absence of signal crayfish
(Pasifactacus leniusculus), being an introduced non-native species, on the intraspecific sizevariation in populations of prey gastropods such as Bithynia tentaculata, in lake littoral area.
From the images of gastropod specimens seven size-specific variables such as area, perimeter and
diameter have been extracted using Jimage program. The key point here is that the morphological
variables tend to have bimodal distributions both in the treatment and control groups due to
different age groups or cohorts. Hence, advanced statistical methods are needed for comparison
between groups. As a model, we use a mixture model with two components, where each
component follows a multivariate normal distribution. The first component is interpreted to
belong for the first year gastropods and the second component for other. We compare the groups
using the differences between means and covariance matrices of the mixture components. The
uncertainty of differences is evaluated using confidence intervals which are obtained using the
bootstrap method. As results, in the presence of signal crayfish the individuals of the older cohort
(the second component) are in average larger, as a potential defence to predation, than the ones in
the absence of signal crayfish. Further, in both age cohorts the variation is smaller in the presence
of crayfish, which is perhaps due to the scarcity of the smaller ones.
Eräiden haitallisten aineiden päästöt ja mahdolliset kulkeutumisreitit Itämereen
P. Munne*, J. Mehtonen* & M. Verta*, * Suomen ympäristökeskus, Mechelininkatu 34a, FI 00251 Helsinki, [email protected]
Tämän työn tarkoituksena on esitellä eräiden haitallisten aineiden päästöarvioita Suomesta, sekä
tarkastella lyhyesti näiden yhdisteiden mahdollisia kulkeutumisreittejä Itämereen. Tarkemmin
esiteltäviksi aineiksi valittiin, etenkin pintakäsittelyaineena käytetty, perfluorioktaanisulfonaatti
(PFOS) sekä mm. erilaisissa puhdistusaineissa ja maaleissa käytetyt nonyylifenolit sekä niiden
etoksylaatit (NP/NPE). Lisäksi tarkoituksena on luoda katsaus näiden yhdisteiden keskeisimpiin
päästöjenvähennystoimenpiteisiin. Tulokset perustuvat COHIBA -projektin puitteissa,
yhdelletoista haitalliselle aineelle tai aineryhmälle, toteutettuihin ainevirta-analyyseihin sekä
kustannustehokkaiden päästövähennyskeinojen arviointeihin. Projektissa myös muut mukana
olleet aineet tai aineryhmät esitellään lyhyesti. Tulokset heijastelevat 2000 -luvun lopun
tilannetta.
Suurin osa PFOS:n ja NP/NPE:n päästöistä arvioitiin kohdistuvan maaperään sekä pintavesiin.
Yhdyskuntien jätevesissä sammutusvaahtojen havaittiin olevan suurin yksittäinen PFOS:n
päästölähde, kun taas NP/NPE päätyi puhdistamoille lähinnä tuontitekstiilien pesuvesistä,
32
puhdistuskemikaaleista sekä maalien valmistuksesta. Myös laskeumalla saattaa olla merkittävä
rooli PFOS -yhdisteiden kulkeutumisreittinä ympäristön eri osiin.
Muista tutkituista aineryhmistä palonsuoja-aineena käytetyn heksabromisyklododekaanin
(HBCD) päästöt kohdistuivat valtaosin pintavesiin. Yhdisteen pääasiallinen päästölähde on
EPS:n (paisutetun polystyreenin) valmistus. Dioksiinien päästöt (PCDD/F) kohdistuvat
puolestaan lähes yksinomaan ilmaan, minkä vuoksi merkittävin päästövähennyspotentiaali on
juuri ilmapäästöihin kohdistuvilla toimenpiteillä. Laskeuman havaittiin olevan myös merkittävä
kulkeutumisreitti, ei ainoastaan dioksiinien, mutta myös raskasmetallien (elohopea ja kadmium)
osalta. Teollisuusprosessit vastasivat puolestaan suurimmaksi osaksi elohopean ja kadmiumin
pintavesipäästöistä.
Tutkituille aineille/aineryhmille suositeltavien päästövähennysmenetelmien tulisi perustua
ensisijaisesti niiden reduktiopotentiaaliin sekä kustannustehokkuuteen. Alueellisista eroista
johtuen toimenpiteiden teho ja vaikuttavuus saattavat vaihdella Itämeren eri osissa. Joidenkin
aineiden lainsäädännössä havaittiin edelleen myös puutteita niin EU:n, kuin HELCOM:nkin
tasoilla.
Päästöjenvähennystoimenpiteet
tulisi
kohdistaa
edelleen
ensisijaisesti
teollisuuslaitoksiin, mikäli ns. ”pilaaja maksaa” periaatetta pyritään noudattelemaan. Toisaalta,
yhdyskuntajätevesien tiedetään sisältävän lukuisia erilaisia yhdisteitä, minkä vuoksi myös
tehostettu jätevedenpuhdistus voisi suuremmilla laitoksilla tulla kyseeseen. Tehostetulla
jätevedenpuhdistuksella tarkoitetaan tässä yhteydessä lähinnä erilaisten EoP-menetelmien (End
of Pipe) käyttöönottoa. EoP –menetelmien etuna, on mm. niiden kyky poistaa jätevesistä useita
yhdisteitä samanaikaisesti.
Tarkasteltujen aineiden elinkaaren erivaiheiden päästöarvioissa esiintyi luonnollisestikin
epävarmuutta. Yleisesti ottaen suurimmat epävarmuudet kohdistuvat kuitenkin tavaran/tuotteen
käytönaikaisiin päästöihin sekä jätesektoriin. Näin ollen lisätutkimusta näillä sektoreilla tarvitaan
jatkossakin.
LakeAdmin - Lake Restoration and Management in European Regional Administration
Ari Mäkelä1, Ilkka Sammalkorpi1, Sini Olin1, Ansa Pilke1, and Ville Matikka2 , 1 Finnish
Environment Institute, 2 Savonia University of Applied Sciences
[email protected]
The economic values of clean and safe water are well established. Lakes, ponds and reservoirs
can provide water for drinking, irrigation, recreation, fish, natural and cultural values and other
ecosystem services. In spite of remarkable investments in wastewater treatment, the quality of
many waters is still not satisfactory. In the ecological classification of the Water Framework
Directive of EU, 13 % of the area Finnish lakes and according to EEA one third of the lakes in
Europe are reported to be in less than good ecological status or potential, and will need mitigation
and/or restoration measures to meet the WFD objective. Some 40 % of surface waters are under
high pressure of external loading from agriculture and other diffuse sources. These are tackled in
the River Basin Management Plans of the Water Framework Directive. Internal loading from
sediments and changes in food-web structure, which also affect the water quality of lakes, are
tackled by in-lake management and restoration measures which will also be included in the River
Basin Management Plans. Both catchment measures and lake management are faced with the
opposing pressures from the impacts of climate change.
LakeAdmin is an INTERREG IVC project with 10 partner organizations from Finland,
Estonia, Denmark, Czech Republic, Hungary, Greece, Italy, Ireland and Malta. LakeAdmin aims
33
to improve the effectiveness of regional development policies by bridging the gap between
regional policy and water management/lake restorations. The consortium includes both partners
with experience in lake management and restoration and partners needing the knowledge. Its
linkage with needs and experiences in lake, restoration and management results in identification
and formulation of a well thought set of good practices (GPs) in a learning process. The GP´s
include e.g. methodologies, processes and techniques which have proved successful in some
region and which have the potential to be transferred to a different geographic area. The needs
and GP´s identified so far represent e.g. reduction of nutrient loading from diffuse sources,
various aspects of monitoring, ecosystem services and societal elements of lakes in regional
economy, communication and biomanipulation. The elaboration of GP´s selected will take place
in interaction with the authorities responsible for regional implementation of the WFD or
Regional Development Plan. The LakeAdmin target lake area in Finland is the Iisalmi
Watercourse. Suitable GPs will be transferred into relevant applications by Pohjois-Savon ELYkeskus through local stakeholders in implementing WFD regionally, or by Pohjois-Savon liitto
through the Regional Development Plan of North Savo, which is regularly upgraded.
The project aims to disseminate good practices also beyond the partnership by establishing
open access guidance material available to lake managers, authorities, politicians and
stakeholders. The main outputs of the project include a communication platform, good practice
guidelines and the LakeAdmin Archive – a European database of lake restoration case studies.
Assessing impacts of bioenergy harvesting on boreal freshwater ecosystems
Mika L. Nieminen1,2, Emmanuela Daza Secco1,2, Hannu Marttila3, Hannu Nykänen2 and
Kristian Meissner1, 1 Finnish Environment Institute, Monitoring and Assessment Unit,
Jyväskylä, Finland, 2 University of Jyväskylä, Department of Biological and Environmental
Science, Jyväskylän yliopisto, 3 University of Oulu, Water Resources and Environmental
Engineering Laboratory, Oulun yliopisto
[email protected]
We explore the utility of different methods to assess biological effects of bioenergy harvesting
on peatlands to boreal freshwater ecosystems. Peatlands cover about 30% of the total land area of
Finland, thus making peatland use a potentially significant source of allochthonous matter input
into watercourses. Our study focuses on two forms of peatland use, forestry and peat production.
Forestry is practiced on about 55% of the total peatland area, whereas only 0.6% is in peat
production. However, peat production is regionally concentrated and thus could have measurable
ecosystem impacts.
Our study sites comprise a total of 42 streams and 27 lakes, including forestry and peat
production impacted sites as well as control areas. From the sites we collected macroinvertebrate
samples and also sampled Chironomids by using Chironomid pupal exuviae technique (CPET).
At selected sites we did stable isotope analyses (SIA) on invertebrates, sediment, and dissolved
organic matter (OM) in stream water and stream bank soil to discriminate between different
sources of OM and to assess potential changes in the basal resources of stream ecosystems.
We postulate that alterations of basal OM fluxes not only affect humic stream food webs in
close proximity to OM sources, but may have the potential to alter communities further
downstream as well. Although land use impacts may not always be directly reflected in
taxonomic composition of invertebrate communities, effects on the quality of the basal resources
can be measured e.g. with SIA and sediment fingerprinting techniques.
34
In concurrence with our hypothesis, the initial results from sampled streams did not find
observable differences between benthic communities in response to land use, but seemed to stress
the importance of geographical site location over land use type. However, initial SIA results of
invertebrates suggest possible effects on feeding habits, presumably due to changes in the quality
of the basal resources.
We will explore this result in future studies by focussing not only on shifts in taxonomic
structure, but also by addressing shifts in functional feeding habits. To do so, SIA results will be
used together with benthic community analyses to assess ecological impacts of different peatland
uses and changed food quality. Further, we test whether the concentrations of CH4 and CO2 in
water could be used as an indicator of overall changes in basal resources. By combining these
less used tools with traditional ones, we seek to gain better insights into the complex interplay
between different forms of peatland use, the quality and quantity of the basal resources, fine
suspended sediments and their effects on boreal aquatic ecosystems.
Why we should shift focus towards quality instead of quantity when monitoring dissolved
organic matter (DOM) in humic water bodies?
Mika L. Nieminen1,2, Jonna Kuha2, Toni Roiha2 & Kristian Meissner1, 1 Finnish Environment
Institute (SYKE), Monitoring and Assessment Unit, Jyväskylä, Finland, 2 University of
Jyväskylä, Department of Biological and Environmental Science, Jyväskylän yliopisto
[email protected]
Organic matter (OM) inputs into watercourses are central to boreal aquatic ecosystem function
and need to be addressed in impact monitoring of land use and assessment of restoration
activities. In the past, focus of carbon flux analysis was put on descriptions of total
concentrations (e.g. DOC, COD, colour) due to the complexity of humic component analysis and
the difficulty to link such results to overall water quality.
An important but potentially underused water quality component is the amount and quality of
chromophoric dissolved organic carbon (CDOM). This colored fraction of DOC largely impacts
on light attenuation and affects both primary production and water temperature. While it has been
used to identify the source of fulvic acids and CDOM molecular weight distribution and
bioavailability, the most recent advances in spectrofluorometric analytical techniques have
considerably widened the range of possible applications of CDOM. To demonstrate the utility of
these recent advances, we use parallel factor analysis (PARAFAC) in excitation-emission
matrixes (EEM) to link CDOM components to their source by separating terrestrial, microbially
and algal-derived fluorophores.
OM quality (i.e. bioavailability) and its source largely affect the basal resources and energetic
pathways of receiving aquatic ecosystems and are a critical issue when assessing the impacts of
different forms of land use. For example, studies in Swedish streams indicate the possibility to
distinguish between sources of wetland and forest carbon. Similarly, we were able to demonstrate
some differences in the OM quality from peat production areas and forestry from filtered water
samples of peatland streams. Further, we briefly demonstrate the potential of CDOM-EEM for
restoration in a case study of ecosystem changes in response to cessation of profundal aeration.
Here, the technique allowed accurate tracking of changes in algal-derived carbon in the lake
water column over time.
35
Based on our preliminary results we suggest that more focus in future assessments of
biological impacts of OM on humic freshwater ecosystems, should be put on quality rather than
bulk quantity of OM. Given their utility, accuracy and simplicity and low cost, we suggest that
CDOM-EEM analyses should be integrated more often in assessments of land use and other
anthropogenic action on water quality.
Biological effects of carbon amendments on Lumbriculus variegatus in PCB contaminated
sediments
1
Nybom Inna, 1Abel Sebastian, 2Leppänen Matti T.,1,3Kukkonen Jussi V. K.,1Akkanen Jarkko
1
University of Eastern Finland, Joensuu Campus, Department of Biology, 2Finnish Environment
Institute (SYKE), Research and Innovation Laboratory, University of Jyväskylä, 3University of
Jyväskylä, Department of Biological and Environmental Science, University of Jyväskylä
[email protected]
Black carbonaceous particles have been observed to bind sediment associated hydrophobic
organic compounds (HOCs) efficiently. In consequence artificial black carbonaceous materials,
such as activated carbon (AC) have been studied as a potential stabilizing method for
contaminated sediments (Ghosh et al. 2011). Most studies have focused on the efficiency of the
added amendments to reduce the availability of the chemical contaminants. Only until very
recently less focus has been directed towards the ecological effects of carbon amendments (eg.
Janssen et al. 2012, Nybom et al. 2012)
The contaminated sites may have viable benthic community and therefore remediation actions
can disturb the ecosystem. On the other hand, bioaccumulation in the food web results in a
situation where the organisms in the higher trophic levels are at risk and/or they cannot be used
for human consumption, which increases the remediation pressures. In order to find the best
method for remediation the potential adverse effects of restoration measures needs to be
evaluated.
In this study, we assessed the effects of AC and biochar in PCB contaminated sediments on
feeding, growth and reproduction of an experimental organism Lumbriculus variegatus. We used
coal based AC and wood based biochar, which were mixed into the sediments. In addition, we
tested if cleaning (hot water, solvent extraction) of AC would affect the measured parameters.
Within this study a clear AC dose related responses in all of the studied ecological parameters
were observed, but the AC doses required to trigger the response were dependent on the
sediment. The adverse effects of biochar were minor than those observed with comparable doses
of AC. The pre-treatment of the AC by hot water or solvent extraction had only minor effects on
the measured biological parameters.
According to our results environmental factors, such as sediment type, needs to be taken into
account when remediation measures are designed. Negative effects of carbon amendments to the
organisms, such as change in behavior, reduced growth and reduced reproduction needs to be
considered, since they are important factors affecting the assessment of bioaccumulation and
ecological quality of the sediments.
Ghosh U, Luthy RG, Cornelissen G, Werner D, Menzie CA. 2011. In-situ sorbent amendments: A new direction in
contaminated sediment management. Environ. Sci. Technol. 45: 1163−1168.
Janssen EM-L, Choi Y, Luthy RG. 2012 Assessment of nontoxic, secondary effects of sorbent amendment to
sediments on the deposit-feeding organism Neanthes arenaceodentata. Environ. Sci. Technol. 46: 4134−4141.
36
Nybom I, Werner D, Leppänen MT, Siavalas G, Christanis K, Karapanagioti H, Kukkonen JVK, Akkanen J.
Responses of Lumbriculus variegatus to different activated carbon doses and particle sizes in two sediments.
Environ. Sci. Technol. 46: 12895−12903.
Revelations of long-term monitoring of phytoplankton
Elina Peltomaa & Anne Ojala, University of Helsinki, Department of Environmental Sciences,
Lahti,
[email protected]
We have studied changes in the phytoplankton of a small boreal humic lake Valkea-Kotinen in
southern Finland over the open-water periods from 1990 to 2003. The lake belongs to the
network of Natura 2000 of the European Union (EU) and the Finnish Long Term Ecological
Research (LTER) network. The monitoring is also a part of the Cooperative Programme on
Integrated Monitoring of Air Pollution Effects on Ecosystems (ICP IM). The samples were taken
with a 7-l tube sampler (length 1 m) from the depth of 0-1 metres from two points. The two
samples were pooled and preserved with acid Lugol’s solution. Phytoplankton community
composition was determined with inverted microscopy (total magnification 400-600x, sample
volume 25-50 ml, settling time 24-48 h) using Utermöhl (1958) technique. Biomass was
calculated as wet weight using values of the Finnish Environment Institute. Long-term changes
were analysed with time series analysis, i.e. the seasonal patterns were extracted by seasonaltrend decomposition using the Census II method. Seasonal succession of phytoplankton biomass
followed the pattern of two maxima: the first sharper one in spring in May, and the second, wider
and higher one during the stronger stratification in July-August. There was no distinct clear-water
phase, but the decline after the spring peak was followed by a sinusoidal biomass succession. The
community consisted of ca. 180 taxa, but the bulk of the annual biomass was made of very few
taxa and most of the biomass was composed of Peridinium spp. – especially in spring - and the
raphidophyte Gonyostomum semen. During the sampling period there was a slowly decreasing
trend in the biomass of both taxa. The main finding of the analysis was that the amplitudes of the
residual components were wide. This indicates that random variations contributed significantly to
the development of the phytoplankton. These neither systematic nor predictable changes probably
stem from chaotic fluctuations that are typical of plankton communities. We suggest that the
ultimate driver behind this result is water column turbulence which is a chaotic phenomenon
itself and stems from the chaotic weather patterns.
Sulfaatin vesistövaikutukset näkyvät Siilinjärven Kolmisopella rehevöitymisenä
Erkki Saarijärvi1, Eeva Kauppinen1, Lauri Heitto2, Jouni Lehtoranta3, Petri Ekholm3,
1Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd, 2Savo-Karjalan ympäristötutkimus Oy, 3Suomen
ympäristökeskus SYKE
37
[email protected]
Pohjois-Savon Kolmisoppi-järveen kohdistuneet paineet ovat viime vuosikymmeninä olleet
epätyypillisiä moniin muihin vesistöihin verrattuna. Siilinjärven apatiittikaivoksen käyttöön
rakennetut rikastushiekka-altaat ovat puolittaneet järven valuma-alueen. Valuma-alueen
pienentymisen myötä ulkoinen fosforikuormitus on vähentynyt, mutta silti järvi on rehevöitynyt
voimakkaasti 2000-luvulla.
Velvoitetarkkailuun liittyvän vedenlaatuseurannan perusteella Kolmisopen tila heikkeni
nopeasti 2000-luvun alkupuolella. Tilan heikentyminen on näkynyt erityisesti klorofylli-a
pitoisuuden nousuna samanaikaisesti, kun veden sulfaattipitoisuus on noussut. Myös veden
fluoridipitoisuus, sähkönjohtavuus ja pH ovat kohonneet.
Kolmisopesta otettiin paleolimnologiset sedimenttinäytteet 2008 ja näytteet ajoitettiin 137Csmenetelmällä. Sedimentin piilevien perusteella Kolmisopen rehevöityminen alkoi vuosien 19501970 välillä, jolloin valuma-alue oli vielä maa- ja metsätalouden käytössä – ja alkuperäisen
koossaan. Tuolloin levälajisto ja levien suhde osoitti rehevöitymisen merkkejä. Piilevien avulla
rekonstruoitu veden fosforipitoisuus viittaa kuitenkin siihen, että pitoisuus olisi noussut 20 lähes
50 µg/l:aan 1990-luvun ja 2000-luvun välisenä aikana. Tämä muutos vastaa ajallisesti hyvin
sulfaattipitoisuuden nousua 10:stä noin 50-60:een mg/l 1980-luvulta nykyhetkeen.
Rikastushiekka-altaista suotautunut sulfaatti on nostanut Kolmisopen veden
sulfaattipitoisuutta merkittävästi. Kolmisopen rehevöityminen voi johtua juuri sulfaatin
lisääntyneestä määrästä, mikä on suosinut sulfaatin pelkistystä pohjasedimentissä ja heikentänyt
sedimentin kykyä pidättää fosforia. Kolmisopen pohjasedimentin hengitysprosessit ovat sulfaatin
lisääntymisen myötä voineet muuttaa raudan kiertoa niin, että fosforia vapautuu pohjasta veteen
enemmän kuin aikaisemmin. Nykytilanteessa rauta pelkistyy sulfaatin pelkistyksen seurauksena
rautasulfideiksi, joilla on heikko kyky sitoa fosforia, ja näin fosforia vapautuu aiempaa enemmän
pohjanläheiseen veteen, mikä voi osaltaan selittää järven tilan heikentymistä
Tutkimustulokset osoittavat Kolmisopen pohjasedimentin prosesseissa tapahtuneen
tilamuutoksia 2000-luvulla ja Kolmisopen pohjasedimentti on tullut 2000-luvulla
”epävakaammaksi”. Pääsyynä on mitä todennäköisimmin lisääntynyt sulfaattikuormitus.
Kolmisopella ja vesiensuojelussa laajemminkin on siis kiinnitettävä huomiota myös muihin
biologisesti aktiivisiin aineisiin kuin ravinteisiin. Koska sulfaatin pelkistyminen rautasulfidiksi ja
siitä johtuva fosforin sisäisen kuormituksen lisääntyminen tapahtuvat hapettomissa oloissa,
voidaan Kolmisopen rehevöityyshaittoja vähentää syvänteitä hapettamalla. Pysyvämpään
ratkaisuun päästään kuitenkin vasta sulfaattikuormituksen vähentämisellä, mikä palauttaa raudan
kierron normaaliksi pohjasedimentissä.
Konenäkösovellus pohjaeläinten suuosien epämuodostumien havaitsemiseksi
automaattisesti
Heikki Salo a, Jan Hänninen a, Ville Tirronen a, Matti Eskelinen a, Pyry Kotilainen a, Anna
Karjalainen b, Heikki Hämäläinen c, Johanna Salmelin b,c, Kristian Meissner b, Marja Anttila38
Huhtinen d, Kari-Matti Vuori b, a Jyväskylän yliopisto, tietotekniikan laitos, b Suomen
ympäristökeskus, tutkimus ja innovaatiolaboratorio, c Jyväskylän yliopisto, bio ja
ympäristötieteiden laitos, d Kymijoen vesi ja ympäristö ry
[email protected]
Kemikaalialtistus voi aiheuttaa pohjaeläimissä morfologisia vaurioita, joiden määrän ja
vakavuusasteen mittaamista voidaan käyttää arvioitaessa ja seurattaessa joko maastonäytteiden
tai
laboratoriotestien perusteella veden tai sedimentin ekotoksisuutta. Surviaissääsken toukkien
morfologisia vaurioita suuosissa voidaan käyttää ympäristön laadun bioindikaattoreina. Suuosien
epämuodostumien arvioinnin automaattinen tunnistaminen vähentäisi sekä aikaavievän
asiantuntijatyön määrää että epäyhtenäisestä ja subjektiivisesta epämuodostumakuvantulkinnasta
johtuvia ongelmia.
Jyväskylän yliopiston tietotekniikan laitos on yhdessä Jyväskylän yliopiston bio ja
ympäristötieteiden laitoksen ja Suomen ympäristökeskuksen kanssa kehittänyt
konenäkösovelluksen, joka arvioi suuosiin kuuluvan mentumin epämuodostumien määrää
mikroskooppikuvasta Chironomus –suvun surviaissääskitoukilla. Konenäkösovellusta on
kehitetty näytteillä, jotka on kerätty Kymijoen, Etelä-Saimaan, Kuortaneenjärven ja Kokkolan
edustan merialueen pehmeiltä pohjilta. Toukkien pääkapseleista on tehty kestopreparaatit, joista
on otettu mikroskooppivalokuvat. Kunkin näyteyksilön mentum kokonaisuutena ja sen yksittäiset
hampaat on asiantuntijakonsensuksen perusteella luokiteltu normaaliksi, mekaanisesti
vaurioituneeksi tai epämuodostuneeksi.
Konenäkösovellus koostuu useasta välivaiheesta. Kuvasta irroitetaan ensin mentum
automaattista segmentointia ja reunanhakua yhdistelevällä menetelmällä. Sen jälkeen
hammasrivistä yksilöidään läsnäolevat ja mahdollisesti puuttuvat hampaat. Kunkin läsnäolevan
hampaan muotoa verrataan normaalin hampaan vaihteluväliin. Poikkeavista hampaista päätellään
segmentoinnin avulla onko kyseessä epämuodostuma vai mekaaninen vaurio. Sovellus ilmoittaa
kunkin hampaan ehjyyden ja arvioi aiheutuuko kokonaisuuden mahdollinen poikkeavuus
mekaanisista vaurioista vai epämuodostumista. Menetelmä on kehitetty ja koulutettu
näyteaineiston avulla. Kuvantulkintaa hankaloittaa se, että suuosia preparoidessa kuviin jää
välillä pääkapselin muita osia tai normaali mentum voi katketa vaihtelevista kohdista.
Sovellus on myös integroitu WWWpalveluun, joka toimii samalla tietokantana kerätyille
havainnoille. Palvelussa voi selata näyteaineistoa sekä nähdä menetelmän toimivuuden eri
näytteillä. Palvelu myös laskee kirjallisen ja visuaalisen tuloksen lisätystä näytekuvasta
reaaliaikaisesti. Posterissa esitetään sovelluksella saadut tulokset sekä erilaisia poikkeavuuksia
varten kehitetyt ratkaisut. Lisäksi arvioidaan sovelluksen käyttökelpoisuutta saatujen tuloksien
perusteella.
Aquatic birds – a component of lake ecosystems but outsiders in limnology and monitoring
of lakes
Ilkka Sammalkorpi & Markku Mikkola-Roos, Finnish Environment Institute
[email protected]
39
Eutrophic bird lakes have been a major target in restoration Finnish waterbodies. Aquatic birds
live and breed in lakes, use food resources produced in lakes and their habitats are affected by the
nutrient loading from the cathcment area. The numbers of many species of aquatic birds show an
increase by higher concentration of phosphorus like those of e.g. phytoplankton or
fish. Differences in the biomass of breeding birds within a level of total phosphorus (TP)
concentration may vary by an order of magnitude like those of chlorophyll-a or fish. However,
birds have traditionally not been included in major textbooks of limnology, they are not
recognized in monitoring of lakes or in the ecological classification of the Water Framework
Directive of European Union (WFD) – but there is a working group of Aquatic Birds and
Limnology in SIL. On the other hand, limnological parameters are seldom considered in
ecological studies of waterfowl and management of their habitats is focused in physical
measures. There have been declines of breeding birds in many nationally important bird lakes. To
estimate the reasons of this trend we explored the relations between water quality and fish vs.
bird densities and relations between trophic guilds of birds in Finnish lakes and wetlands. The
results suggest that bird parameters have potential to be an indicator of the ecological state of
lakes. The numbers of aquatic birds are predictably related to total phosphorus concentration or
density and community structure of fish, two parameters of the classification of ecological status
of the WFD. The biodiversity and biomass of aquatic birds within a certain TP level can be high
at low fish density and high percentage of predatory fish but low at a high density of cyprinids.
High biomass of piscivorous birds is typical of many lakes with algal blooms. Bird indices could
thus serve as a “Quick and Clean” tool for monitoring and management of lakes; help in
understanding the state of the ecosystem when measures of management are considered, be an
additional tool in impact assessment of lake management or ecological classification. The
potential value of birds is emphasized by the fact that their numbers, unlike those of e.g. fish or
invertebrates in a lake can often be accurately counted. Moreover, the observations of voluntary
birdwatchers are already effectively collected in the databank of Birdlife Finland. Management
for better ecological status or habitats of endangered waterfowl species share a common goal and
a potential common interest since biomanipulation has successfully been used in management of
both bird lakes and “normal” lakes.
Suomenlahden rannikkosedimenttien fosforinpidätyskyky ja siihen vaikuttavat tekijät
Anu Vaalama1, Kaarina Lukkari1, Henry Vallius2 ja Helinä Hartikainen3, 1Merikeskus, SYKE,
Helsinki , 2Geologian tutkimuskeskus, Espoo, 3Elintarvike- ja ympäristötieteiden laitos,
Helsingin yliopisto
[email protected]
Rehevöityminen on vakava ympäristöongelma Itämerellä ja se lisää riskiä pohjanläheisen
veden hapettomuudelle. Suomenlahti on yksi Itämeren rehevöityneimmistä osista. Lisäksi se on
geomorfologisesti tarkasteltuna esteettä yhteydessä Itämeren pääaltaaseen, minkä vuoksi vesialue
on alttiina suolaisen ja vähähappisen pohjanläheisen veden virtauksille Itämeren keskiosista.
Merenpohjan huono happitilanne lisää meriekosysteemin rehevöitymistä, koska hapettomissa
oloissa fosforia vapautuu sedimentin pelkistyvistä raudan oksihydroksideista. Fosforia voi
vapautua sedimentistä kuitenkin myös hapellisissa oloissa, esimerkiksi orgaanisen aineksen
hajotuksessa ja bioturbaation vaikutuksesta. Lisäksi fosforin pidättyminen raudan
oksihydroksideihin on osittain palautuvaa. Fosfaatti-ionien vapautumista hapettuneilta
oksidipinnoilta tapahtuu sitä herkemmin mitä täydempiä sedimentin sorptiopinnat ovat.
Suomenlahden sedimenttien fosforivarastoissa ja niiden kemiallisessa luonteessa on havaittu
40
huomattavaa alueellista vaihtelua. Tämä antaa viitteitä siitä, että myös sedimenttien kyvyssä
pidättää tai vapauttaa fosforia saattaa olla sedimentin ominaisuuksista aiheutuvaa alueellista
vaihtelua.
Tässä tutkimuksessa selvitettiin Suomenlahden rannikkosedimenttien kykyä pidättää tai
vapauttaa fosfaattia sorptio-isotermien avulla. Kylmäkuivauksessa hapettunutta sedimenttiä
tasapainotettiin eri fosfaattikonsentraation (0, 5, 10, 15, 20, 50, 75 ja 100 µM) sisältävissä
liuoksissa. Tasapainotuksen jälkeen liuoksien fosfaattipitoisuus määritettiin ja laskettiin
sedimentin pidättämän tai vapauttaman fosfaatin määrä. Tämä fosfaattimäärä (µmol/g) esitetään
sorptioisotermikuvaajassa tasapainotuksen jälkeen mitatun fosfaattipitoisuuden funktiona.
Sedimenttien fosforinpidätyskykyä selitettiin sorptio-isotermistä määritettyjen, sorptioreaktioiden
tehokkuutta kuvaavien, parametrien avulla. Fosfaatinpidätyskyvyn lisäksi sedimenteistä
määritettiin useita fysikaalis-kemiallisia ominaisuuksia, kuten ominaispinta-ala, raudan,
alumiinin ja mangaanin oksihydroksidien sekä tiettyjen alkuaineiden (P, Fe, Al, Mn, Ca, S, C)
pitoisuudet ja tarkasteltiin niiden vaikutusta sorptiokykyyn.
Alustavien tulosten perusteella tutkimusalueen sedimenttien fosforinpidätyskyvyssä on eroja,
joita voidaan selittää sedimentin fysikaalis-kemiallisilla ominaisuuksilla. Tehokkaasti fosforia
pidättävissä sedimenteissä oli yleisesti suuri ominaispinta-ala ja korkea oksihydroksidien sekä
kokonaisraudan ja -alumiinin pitoisuus. Vastaavasti heikosti fosforia pidättävissä sedimenteissä
oli pieni ominaispinta-ala ja alhainen oksihydroksidien sekä kokonaisraudan ja -alumiinin
pitoisuus. Orgaanisen aineen pitoisuus oli keskimäärin hieman korkeampi tehokkaasti fosforia
pidättävissä sedimenteissä verrattuna heikosti fosforia pidättäviin sedimentteihin. Tutkimus antaa
arvokasta tietoa Suomenlahden rannikkosedimenttien fosforinpidätyskyvystä ja siihen
vaikuttavista tekijöistä sekä auttaa tunnistamaan sisäiselle kuormitukselle herkkiä alueita.
Climate related factors are challenging the long-term water protection measures in Säkylän
Pyhäjärvi (SW Finland)
Anne-Mari Ventelä1, Teija Kirkkala1, Marjo Tarvainen1, Jouko Sarvala2 , 1 Pyhäjärvi Institute, 2
University of Turku
[email protected]
Säkylän Pyhäjärvi (SW Finland) is an example of a large and shallow lake suffering from
eutrophication. During the last 20 years the quality and general usability of water in Pyhäjärvi
have shown considerable variation driven by both a variety of human activities and climate
related factors such as wet and dry years. The lake has been thoroughly studied for decades and
has been the object of comprehensive restoration activities both in the catchment and in the lake
since the 1990s. Large variety of water protection measures like wetlands, sedimentation ponds
and filtering systems have been implemented in the catchment area in order to reduce external
nutrient load. Another important tool for Pyhäjärvi restoration is long term biomanipulation
(1995-), done by local commercial fishermen in winter. 25 % of the annual phosphorus input is
removed with fish catch. Currently, restoration work is facing new climate related challenges:
short or even nearly missing ice-cover period has been disturbing winter fishery, fish population
is currently changing and winter time nutrient load from the catchment is increasing. In this
presentation we will discuss these challenges and possible adaptations of restoration work.
Piilevien aiheuttamat kalapyydysten likaantumisongelmat
41
Kristiina Vuorio1, Marko Järvinen1, Sami Moilanen2 ja Ämer Bilaletdin2, 1 Suomen
ympäristökeskus (SYKE), Vesikeskus, 2 Pirkanmaan elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskus
[email protected]
Kalanpyydysten likaantuminen etenkin keväisin ja syksyisin on merkittävä vesistöjen
rehevöitymiseen liittyvä ongelma. Suurissa säännöstellyissä reittivesistöissä kalanpyydysten
likaantumista tapahtuu myös talvella jään alla, mikä vaikeuttaa verkkokalastusta. Talvista
kalanpyydysten limoittumisesta on raportoitu enenevässä määrin 1900-luvun lopulla sekä 2000luvun alussa monissa säännöstellyissä reittivesissä.
Yleisimmin kalanpyydyksiä likaavat mikroskooppisen pienet planktiset piilevät Aulacoseira,
Melosira, Fragilaria, Tabellaria ja Asterionella, rihmamaiset sinilevät (mm. Aphanizomenon ja
Dolichospermum (Anabaena), viherleviin kuuluva rihmamainen yhtymälevä Hyalotheca
dissiliensis (kirkkaissa ja karuissa järvissä) sekä Gonyostomum semen -limalevä (humusjärvissä).
Verkkoihin voi tarttua myös muunlaista materiaalia, kuten detritusta eli kuollutta orgaanista
ainesta, isompien vesikasvien osia sekä mineraaliainesta.
Pirkanmaalla Pyhäjärven eteläosissa verkkojen likaantuminen on useina vuosina vaikeuttanut
kalastusta jopa siinä määrin, että verkkokalastus on jouduttu paikoin lopettamaan kokonaan
voimakkaimman likaantumisen ajaksi. Kalastajien kokemukset viittaavat siihen, että kevättalvella
juoksutusten seurauksena tapahtuva vedenpinnan lasku, ns. kuopan teko, aiheuttaa voimakkaita
virtauksia, jotka kiristävät verkkoja ja nostavat pohjaan vajonnutta levämassaa ja orgaanista
ainesta vesipatsaaseen aiheuttaen verkojen likaantumista. Tämän tutkimuksen pääasiallisena
tarkoituksena on lisätä ymmärrystä vedenkorkeuden ja virtaaman vaihtelujen merkityksestä
kalanpyydysten limoittumisessa Pirkanmaan Pyhäjärvellä.
Kalastajien kokemusten mukaan verkkojen likaantumishaitta alkaa veden lämpötilan laskiessa
alle 10 °C:een. Havaintoa tukee se, että likaantumishaitan pääasiallinen aiheuttaja, rihmamainen
Aulacoseira islandica –piilevä, esiintyy pääasiassa kylmässä vedessä (optimilämpötila <1012°C). Pyhäjärvellä talvinen likaantumishaitta on selvästi voimakkainta päävirtausalueella,
Kirkkojärvi-Toutosenselän ja Säijänselän-Sorvanselän alueella. Päävirtausalueen ulkopuolella
sijaitsevalla Huhtaanselällä piilevien aiheuttamaa limoittumisongelmaa ei ole havaittu.
Tässä tutkimuksessa lisääntyvän likaantumisen syy-yhteys kasvaneisiin virtaamamuutoksiin ja
vedenpinnan laskuun voitiin selvästi osoittaa. Tulokset tukevat kalastajien havaintoihin
pohjautuvaa lähtöoletusta. Vaikka askeltavalla binäärisellä regressioanalyysillä tuotettujen
mallien selitysasteet jäivät alhaisiksi (2,3–18,4 %), Pirkanmaan Pyhäjärven aineistoon sovitetut
mallit kykenivät luokittelemaan olemassa olevan aineiston likaantumishavainnoista oikein 30,9–
76,4 %. Melon voimalaitospadolla tehtävien säännöstelyjuoksutusten aiheuttamien vuosikeskiarvoon nähden poikkeuksellisten virtaamien vaikutus verkkojen limoittumiseen näyttää
olevan suurinta kauimpana voimalaitospadosta sijaitsevalla Kirkkojärvi-Toutosenselän alueella
(Kruskal-Wallisin testi, p<0,001). Vuosikeskiarvoon nähden poikkeukselliset vedenkorkeudet
selittivät niin ikään parhaiten verkkojen likaantumista Kirkkojärvi-Toutosenselän alueella
(p=0,001), mutta myös Säijänselän-Sorvanselän alueella (p=0,002).
Kalanpyydysten limoittuminen on monisyinen ongelma, jonka perimmäisenä syynä on
rehevöityminen. Jääpeitteisenä aikana ongelmaa kuitenkin kärjistävät voimakkaat
vedenkorkeuden muutokset ja voimakkaat virtaamat, jotka nostavat pohjalle vajonnutta
orgaanista materiaalia ja piileviä uudelleen vesipatsaaseen aiheuttaen verkkojen likaantumista.
Vedenkorkeuden muutokset ja suuret virtaamat eivät yksistään selitä verkkojen limoittumista
vaan myös muut fysikaalis-kemialliset tekijät, kuten tuuli ja ravinnepitoisuudet, voivat vaikuttaa
likaantumishaitan muodostumiseen.
42
Towards more cost-effective identification of freshwater macroinvertebrates
Johanna Ärje1, Salme Kärkkäinen1, Tuomas Turpeinen2 and Kristian Meissner3, 1 University of
Jyväskylä, Department of Mathematics and Statistics, 2 University of Jyväskylä, Department of
Mathematical Information Technology, 3 Finnish Environment Institute (SYKE), Monitoring and
Assessment Unit, Jyväskylä, Finland
[email protected]
A growing number of anthropogenically caused drivers of ecosystem service change such as
overexploitation, impacts of land use, pollution and alien species pose potential threats to aquatic
ecosystems. Therefore we urgently need to assess, preserve and assure good future water quality
and promote sustainable water resource management on a global scale. Targeted environmental
legislation such as the EU Water Framework Directive require the inclusion of several biological
indicator groups for freshwater ecological status assessment. Illustrating the complexity of this
requirement is the fact that boreal freshwaters of Europe alone harbor hundreds of
macroinvertebrate and thousands of microscopic periphyton and phytoplankton species.
The current funding mismatch between growing demands and the actual assets spend on actual
biomonitoring call for new more cost effective ways to reach legislative goals. Here, we focus
only on macroinvertebrate biomonitoring where a large portion of the total cost and time spend is
due to manual identification of taxa by highly trained experts. However many of the processes
and procedures used in automated taxa recognition of macroinvertebrates are extendable to other
biological groups as well. We explore a novel approach of taxa identification based on a
combination computer vision and a novel Bayes classifier, Random Bayes Array (RBA), to
automatically identify macroinvertebrates from single posture images without human input. The
RBA is an ensemble of Bayes classifiers, each using randomly selected geometric and color scale
features extracted from the images. An ensemble approach is less prone to outliers and random
feature selection reduces the impact of highly noisy features therefore eliminating the need for
user based feature selection. In our preliminary tests on smaller data sets identification rates
attained over 95%. Here, we test our novel classifier on a realistic set consisting of 6814
individuals belonging to 35 taxa. With the single posture data used here we achieved
identification rates of 82% on average. Already these results are a first step towards resolving the
mismatch between allocated resources to biomonitoring and legislative demands. However we
are confident that our future work using multiple posture data and more refined features will
significantly improve results further making cost effective automated biomonitoring an attainable
goal.
43