Tausta
Orgaanisen aineksen pitoisuudet ja huuhtoutumisprosessit ovat voimistuneet laajoilla alueilla mm. Skandinaviassa, Iso-Britanniassa, ja osissa Kanadaa ja Pohjois-Amerikkaa. Ilmastonmuutos ja happaman laskeuman vähentyminen nähdään tärkeimpinä muutoksen aiheuttajina. Kuivakausien voimistuminen, muutokset sadannassa ja valunnan kulkureiteissä, muutokset maaperän lämpötilassa ja voimistunut mineralisaatio, kasvava CO2 -pitoisuus ja biomassan kasvu, sekä maankäytön muutokset voivat myös olla vaikuttavia tekijöitä.
Suomessa sekä joissakin pienissä metsäjärvissä, latvapuroissa, että joillakin isoilla vesistöaluilla on havaittu kasvavia pitoisuustrendejä, mutta yksiselitteistä huuhtoutumisen kasvua laajoilla alueilla ei ole vielä todettu. Viimeaikoina on havaittu kasvavia pitoisuuksia myös isoissa järvissä esimerkkinä Päijänne (Forsius et al 2017). Suomen 29 vesistöalueesta yli puolessa on havaittu kasvava orgaanisen hiilen trendi joulu-huhtikuussa, jaksolla 1995-2015 (kuva 1). Kuormituksen suhteen on vastaavaa nousua syys-talvikaudella mutta ei niin yleisesti (Räike et al 2016).
Kuva 1. Virtaama-, TOC-pitoisuus- ja TOC kuormitustrendit 29 Suomen päävesistöalueella, jaksolla 1995-2015 (Räike et al. 2016).
Päätavoitteet
Hankkeessa tutkitaan humuksen (mm orgaaninen hiili ja typpi) ainevirtoja maaperästä vesistöihin ja edelleen rannikkovesiin ison vesistöalueen mittakaavassa. Humuksen eli orgaanisen aineksen huuhtoutumista ja muutoksia tutkitaan Simojoen vesistöalueella i) tarkastelemalla pitkiä seurannan aikasarjoja eri lähteistä, sekä ii) testaamalla prosessipohjaista orgaanisen aineksen huuhtoutumismallia - INCA-C (Futter et al., 2007). Tulokset suhteutetaan havaittuihin muutoksiin valtakunnallisesti.
Simojoen vesistöalue (3160 km2) on metsä- ja suovaltainen pohjoinen vesistöalue, joka ei ole muuttunut kovin voimakkaasti luonnontilasta. Simojoki (kuva 3) on rakentamaton lohijoki, jonka ravinnekuormitus on peräisin pääosin metsätalouden toimenpiteistä (ojitukset, hakkuut) ja jonkin verran turvetuotannosta. Humuskuormitus alueelta Perämereen on jatkuvassa kasvussa, kuvassa 2 esimerkkinä orgaanisen typen pitoisuuden kasvu 1982-2006. Tärkeimpänä selittäjänä nähdään muuttuva ilmasto (Lepistö et al. 2008).
Kuva 2. Orgaanisen typen pitoisuuden nouseva trendi Simojoella vuosijaksolla 1982-2006 (Lepistö et al., 2008).
Eri kuormittajien yhteisvaikutus
Ison vesistöalueen (>3000 km2) mittakaavassa ilmastotekijöiden merkitys orgaanisen aineksen kuormituksessa on tärkeämpi kuin metsätalouden. Mutta paikallisesti metsätalouden toimet ja turvetuotanto kuormittavat vesiä, aiheuttaen esimerkiksi rantojen liettymistä ja muuten puhtaina säilyneiden vesien rehevöitymistä ja nuhraantumista. Metsätalouden kuormitus painottuu yleensä voimakkaammin latvavesiin, kun taas ilmastotekijät muuttavat ainevirtoja koko vesistöalueiden mittakaavassa. Huuhtoutumisen kasvu kuormittaa vesiekosysteemejä - muuttamalla ravintoketjuja itse jokivedessä ja rannikkovesissä.
Sään ääri-ilmiöillä on merkittävä vaikutus myös orgaanisen aineksen kuormitukseen. Vuosien välinen vaihtelu on erittäin voimakasta. Vaikuttaa siltä että pitkien kuivuusjaksojen jälkeinen huuhtoutuminen seuraavina sateisina vuosina on entistäkin voimakkaampaa. Ilmaston muuttumisen myötä leudot, vähäroutaiset talvet tulevat lisääntymään johtaen aiempaa suurempiin kuormitushuippuihin. Samoin, voimakkaiden syyssateiden rooli orgaanisen aineksen kuormituksessa lisääntyy.
Jatkossa
Kuva 3. Kevättulva Simojoella. Kuva: Esko Kuusisto
Jatkossa Simojoen vesistöalue on yhtenä kohteena pohjoismaisessa Biowater huippuyksikössä. Tavoitteena on yhdessä Oulun yliopiston tutkijoiden kanssa selvittää tarkemmin suometsien ojitusten historiaa, tarkentaa ja vertailla alueen mallinnusta, tutkia vaikuttavia prosesseja, ja arvioida ojitettujen suometsien ja ilmastotekijöiden roolia ravinteiden ja humuksen huuhtoutumisessa, sekä nykytilanteessa että tulevaisuudessa. Vanhojen ojitusalueiden rooli ravinteiden ja orgaanisen aineksen kuormituksessa näyttää olevan selvästi suurempi kuin aiemmin on arvioitu. Ilmiötä selvitetään tarkemmin SYKEn ja Luken tutkijoiden yhteistyönä.
Tutkijat SYKEssä
Erikoistutkija Ahti Lepistö, VK,
Johtava tutkija Pirkko Kortelainen, BK,
Ryhmäpäällikkö Tuija Mattsson, BK,
Vanhempi tutkija Antti Räike, MK
sähköpostit ovat muotoa etunimi.sukunimi@ymparisto.fi
Viitteitä
Forsius et al 2017 Observed and predicted future changes of total organic carbon in the lake Päijänne catchment (southern Finland): Implications for water treatment of the Helsinki metropolitan area. Boreal Env Res 22:317-336.
Futter MN, Butterfield D, Cosby BJ, Dillon PJ, Wade AJ &Whitehead PG. 2007. Modelling the mechanisms that control in-stream dissolved organic carbon dynamics in upland and forested catchments. Water Resources Research, 43, W02424.
Lepistö A, Kortelainen P & Mattsson T. 2008. Increased organic C and N leaching in a northern boreal river basin in Finland. Global Biogeochemical Cycles, 22, GB3029.
Lepistö A, Futter MN & Kortelainen P. 2013b. Almost 50 years of monitoring shows that climate, not forestry, controls long-term organic carbon fluxes in a large boreal watershed. Global Change Biology doi:10.1111/gcb.12491.
Lepistö A & Kortelainen P 2015. Orgaanisen aineksen huuhtoutuminen on kasvussa - monilähteisen informaation yhdistäminen. Vesitalous 2/2015: 14-18.
Mattsson T., Kortelainen P., Räike A., Lepistö A. & Thomas D. N. 2015: Spatial and temporal variability of organic C and N concentrations and export from 30 boreal rivers induced by land use and climate. Science of the Total Environment. 508:145–154.
Räike A, Kortelainen P, Mattsson T & Thomas DN. 2016. Long-term trends (1975–2014) in the concentrations and export of carbon from Finnish rivers to the Baltic Sea: organic and inorganic components compared. Aquatic Sciences DOI 10.1007/s00027-015-0451-2