Järvien ravinnekuormitus ja
4.2 Järvikohtainen kuormitus ja kuormituslähteiden osuudet osuudet
4.2.1 Maankäyttöön perustuva kuormituksen arviointi N_FXRET
mallilla
Ravinnekuormitus edellä kuvatulla mallilla (luku 2.1) laskettiin 20 järvelle (vrt.
taulukko 1). Pidättymisen jälkeinen typpi- ja fosforikuormitus järven luusuassa valuma-alueen pinta-alayksikköä kohti (kg km 2a-') on esitetty kuvassa 12. Mallin-nettua ominaiskuormitusta verrattiin mitattuun 10-vuoden jakson (jakso 1990-1999) ominaiskuormitukseen niiden järvien osalta, joilta oli käytettävissä riittävästi ra-vinnepitoisuushavaintoja.
Ominaiskuormitus (kg N km -2 a1)
©1 Mitattu kuormitus 0 Mallinnettu kuormitus
U
i I~
w' - ~. w w ö 7c w o w s - F w ö w:
o w w: w w w. å w w` _ ^. z w` w. c w `wå wi
Ominaiskuormitus (kg P km -2 a-I ) 16
14 12 10
8 6 4 2 0
® Mitattu kuormitus Io Mallinnettu kuormitus
U U
-. . '- .
-
'- : . = ; ) ) ) '-= : .) -' . '- . . -' - ) :
-
. - ) -'r5
w:
Kuva 12. Valuma-alueelta järveen kohdistuva typen- ja fosforin ominaiskuormitus (kg km zå').
Suomen ympäristö 509 . . . 0
y2= 0,99x R = 0,99
10 Mitattu N (t a')
1200- I 000
800 600 - 400 200 -
0
Mitattu P (t a') 50
40 C7
30-
yt= 1,02x R =0,91 20
0
Kuvassa 13 on esitetty typen ja fosforin osalta vastaava vertailu ainevirtaamina kunkin järven luusuassa (ravinnetonnia /vuosi). Typpikuormituksen mallintami-nen käytetyllä menetelmällä onnistui varsin hyvin. Poikkeama mitatun ja mallin-netun typen ominaiskuormituksen välillä on kahta (Jormasjärvi 22 % ja Lentua 19
%) poikkeusta lukuun ottamatta vain 1-6 %. Fosforin kuormituksen mallituloksis-sa oli jonkin verran enemmän hajontaa kuin typellä. Esimerkiksi Ontojärven fos-forikuormitus aliarvioitiin ja Kiantajärven yliarvioitiin käytetyllä mallilla. Toisaalta kuitenkin mallinnettujen ja mitattujen keskimääräisten ainevirtaamien riippuvuus oli suhteellisen hyvä (R2=0,91).
0
0 200 400 600 800 1000 1200 0 10 20 30 40 50 Mallinnettu N (t
a' );
retentio 6,0/0,2 Mallinnettu P (t a-' ); retentio 0,75Kuva 13. Mallinnettu ja mitattu (1990-1999) ainevirtaama (t å') järven luusuassa.
4.2.2 Fosforin kuormitusarvi®iden vertailu
Kahta edellä kuvattua, perusteiltaan erilaista tulevan fosforikuormituksen arvi-ointimenetelmää: malli I (luku 2.2) ja malli II (P. P t flux, luku 2.1.1 kaava 5) verra-taan kuvassa 14. Ensimmäinen menetelmä perustuu siis järven havaittuun fosfo-rin keskipitoisuuteen ja jälkimmäinen järven valuma-alueen maankäyttöön. Kuor-mitukset ovat suhteellisen lähellä toisiaan, regressiosuoran kulmakerroin on 1,11 ja R2 = 0,94. Tämä antaa hyvän perustan järvien tilan ja sietokyvyn arviointiin.
On kuitenkin muistettava, että havaitut ainepitoisuudet vaikuttavat suoraan järvien ravinnepitoisuuksien perusteella arvioituihin kuormitusmääriin ja vastaa-vasti maankäyttöön perustuvassa menetelmässä havaitut pitoisuudet/virtaamat vaikuttavat epäsuorasti, mallin kalibroinnin kautta. Mallien lisätestausta varten tarvittaisiinkin riippumaton järviaineisto.
0
... Suomen ympäristö 50910 y = I,IIx-0,21
60 R 2 = 0,94
E 50
40 0
A- 30
o
20 I 0
0
0 10 20 30 40 50 60 10
Tuleva kuormitus (t P a «1 ); malli I
Kuva I 4. Järveen tuleva fosforikuormitus (t P å') kahdella erilaisella mallilla laskettuna. Malli
= Järven ravinnepitoisuuksiin perustuva kuormituksen arviointimenetelmä ja malli II = järven valuma-alueen maankäyttöön perustuva kuormituksen arviointimenetelmä.
4.2.3 Eri kuorrnituslcihteiden osuudet
Fosfori. Järvikohtaiset kuormituslähteiden - metsätalous, maatalous, haja-asutus, turvetuotanto, laskeuma, pistekuormitus ja luonnonhuuhtouma - osuudet on esi-tetty 20 järvelle liitteessä 2.
Metsätalous, Metsätalouden toimenpiteet, erityisesti päätehakkuut, maanpin-nan käsittelyt, uudis- ja kunnostusojitus sekä lannoitus aiheuttavat vesistöjen ra-vinnekuormitusta. Tässä työssä arvioitiin päätehakkuiden (joiden yhteydessä maanpinnan käsittely) ja ojitusten aiheuttama alueellinen kuormitus. Lannoituk-set ovat olleet 1990-luvulla suhteellisen vähäisiä verrattuna 1970-80-luvun tilan-teeseen ja niiden alueellista vaihtelua ei tunneta, joten niitä ei tässä yhteydessä huomioitu. Metsätalouden -hakkuut ja ojitukset - osuus fosforikuormituksesta vaihtelee järvittäin 10-35 %:n välillä ollen keskimäärin 21 %. Kuormitusosuus ant-ropogeenisesta kuormituksesta on keskimäärin 32 %.
Maatalous. Maatalous on kohdejärvien merkittävin fosforikuormittaja. Kai-nuussa kotieläintiloja on 80 % toimivista tiloista ja pellot ovat nurmivaltaisia (Schro-derus-Härkönen & Markkanen 1999). Karjatalous on voimaperäistä ja lantavaras-tot ovat useimmiten liian pieniä ympärivuotiseen varastointiin, minkä takia lan-taa joudulan-taan levittämään epäedullisina aikoina. Maatalouden osuus fosforikuor-mituksesta vaihtelee välillä 12-51 % ollen keskimäärin 32 % (antropogeenisesta kuormituksesta 49 %).
Luonnonhuuhtourna. Luonnonhuuhtouma on metsämaaperästä - metsistä joissa ei aikoihin ole tehty metsätalouden toimenpiteitä - vesistöihin luontaisesti huuh-toutuvaa ravinnekuormitusta. Fosforin luonnonhuuhtouman osuus Kainuun jär-viin on keskimäärin 35 %, osuuden vaihdellessa välillä 26-46 %. Tämä osuus, 35
%, on samaa suuruusluokkaa kuin Suomessa keskimäärin.
Suomen ympäristö 509 . . . Co
Laskeuma. Alueellinen fosforilaskeuma on hankalasti arvioitavissa. Fosforia kulkeutuu pölyn mukana ilmaan tuulen aiheuttamassa eroosiossa fosforilannoi-tetuilta viljelymailta sekä maaperän luontaisista varastoista. Lisäksi fosforia jou-tuu ilmaan mm. kasviaineksena, siitepölynä sekä eräistä pistemäisistä teollisuus-lähteistä (Vuorenmaa et al., 2001). On ilmeistä, että fosforin laskeumatulokset ei-vät aina edusta pelkästään ns. tausta-arvoja. Pitemmän vuosijakson vuosimediaa-nien keskiarvoja interpoloimalla pyritään vähentämään kontaminoituneiden näyt-teiden vaikutusta ja keräinten sijainnin satunnaisuutta. Laskeuman osuuden arvi-oidaan olevan eri järvissä välillä 1-17 %, keskiarvona 8 %.
Pistekuormitus, haja-asutus ja turvetuotanto. Pistekuormituksen osuus kohde-järvissä on vähäinen 0-4 %, samoin haja-asutuksen. Turvetuotantoa alueella on vähän ja sen kuormittava merkitys kohdejärviin on hyvin pieni. On kuitenkin muistettava että arviossa ei ole mukana aivan kaikkia turvetuotantoalueita.
Typpi. Kohdejärviin tulevassa metsätalouden kuormituksessa (18 %), luon-nonhuuhtoumassa (49 %) ja laskeumassa (16 %) typen kuormitusosuus on suu-rempi kuin fosforin. Maatalouden osuus (14 %) typpikuormituksesta on selvästi pienempi kuin fosforikuormituksesta.
Kainuun typpilaskeumasta noin 80 % on peräisin Suomen ulkopuolelta.
Typenoksidiperäisen laskeuman tärkeitä lähdealueita ovat Länsi-Euroopan maat, kun taas ammoniakkiperäinen typpi ei kulkeudu yhtä kauas, joten sen osalta Suo-men omat ja itäisten lähialueiden päästöt ovat merkittävimpiä kuormittajia (Kan-gas 2000).
r
Järvien nykytilaa arvioitiin kokonaisfosforipitoisuuteen, a-klorofyllin määrään ja kasviplanktonin kasvukauden perustuotantoon perustuvan rehevyysluokittelun avulla (taulukko 2). Luokittelun mukaan järvet jaettiin neljään ryhmään: karut järvet, lievästi rehevät järvet, rehevät järvet ja erittäin rehevät järvet.
Taulukko 2. Järvien rehevyysluokittelu kokonaisfosfori- ja a-klorofyllipitoisuuden sekä perustuotannon mukaan.
Luokittelu Kokonaisfosfori gg I'' a-klorofylli mg m' Perustuotanto g C m1 * kasvukausi
Karu < 10 0-3 1-25
Lievästi rehevä 10 - 20 3 - 7
Rehevä 20 - 100 7 - 40 75 - 250
Erittäin rehevä > 100 > 40 350 - 700
Kasviplanktonin kasvukauden perustuotannon luokittelu on tehty Rodhen (1969) mukaan. Etenkin perustuotannon ollessa kyseessä rehevyystason määrittelyn ra-jat ovat liukuvia. Humuspitoisissa järvissä, kuten tarkastelluissa Kainuun järvis-sä, valaistus rajoittaa perustuotantoa. Tämän vuoksi järveä voidaan pitää jo rehe-vänä, kun kasvukauden perustuotanto ylittää tason 20 g C m 2. Klorofylli-a pitoi-suuteen perustuva luokittelu on tehty Forsbergin ja Rydingin (1980) mukaan. Ky-seinen luokittelu vastaa hyvin muitakin kansainvälisiä luokitteluja ja sopii Suo-men oloihin. Perustuotanto laskettiin mallilaskentana Granbergin ja Harjulan (1982)
... Suomen ympäristö 509
Karuja, oligotrofisia, järviä aineistossa oli kahdeksan. Karuissa järvissä malli -laskelman mukainen alusveden happipitoisuus oli elokuussa keskimäärin 7,2 mg 1-1 ja talvella 9,1 mg 1-1. Vesipuitedirektiivin mukaan ekologinen tila on
erinomai-nen, kun kasviplanktonin taksonikoostumus ja runsaussuhteet vastaavat häiriinty-mättömiä olosuhteita. Samoin fysikaaliset ja kemialliset olosuhteet vastaavat luon-nollisia olosuhteita. Tässä tarkastellut karut vesistöt edustavat yleisesti ottaen di-rektiivin mukaisia häiriintymättömiä olosuhteita. Poikkeuksena tästä ovat ainoas-taan säännöstellyt vesistöt.
Lievästi reheviksi määritettiin 17 järveä. Näistä kuusi järveä ei ylittänyt sallit-tavaa kuormitusta, kahdeksan järveä ylitti sallittavan kuormitusrajan ja kolme jär-veä vaarallisen rajan. Keskimääräinen kokonaisfosforipitoisuus 16 µg P 1-1 ja a-klo-rofylli 7,1 gg 1-1 edustaa "mesotrofiaa". Alusveden happipitoisuus on näissä järvis-sä elokuussa keskimäärin 6,3 mg 1-1 ja huhtikuussa 6,9 mg 1-1, ollen alempia kuin edellisessä ryhmässä. Vesipuitedirektiivin määrittelyissä nämä järvet sijoittuisivat hyvän ja tyydyttävän tilan välille.
Reheviä järviä oli aineistossa 12. Näistä viisi järveä ylitti sallitun kuorman ja kuusi järveä vaarallisen kuormituksen rajan. Yksi järvi, Paatinjärvi, oli "alle" sal-litun kuorman rajan. Keskimääräinen kokonaisfosforipitoisuus oli aineistossa 29 gg 1-1 ja a-klorofyllin määrä 15 gg 1-'. Luvut edustavat tyypillisiä rehevän järven arvoja. Mallilaskennalla lasketut alusveden happipitoisuudet elokuussa olivat 5,0 mg 1-1 ja huhtikuussa 3,4 mg 1-1.
Erittäin rehevät järvet eivät vielä ole hypertrofisia, joskin a-klorofyllin keski-arvo 42 µg 1-1 oli hieman hypertrofian raja-arvoa 40 µg 1-1 suurempi. Erittäin rehe-viä järviä oli seitsemän, joiden kaikkien kuormitus ylitti vaarallisen kuorman rajan.
Valintakriteerinä oli ensisijaisesti suuri perustuotanto, yli 60 g C m-2*kesä. Alusve-den happipitoisuus on elokuussa keskimäärin 4,8 mg 1-1 ja talvella 0,2 mg 1-1. Koska järvet ovat matalia ja heikosti kesällä kerrostuneita, happea riittää alusveteenkin.
Talvella päällysvedessäkin saattoi olla heikko happitilanne (esim. Nimisjärvi).
Ravinnerajoitteisuus arvioitiin Forsbergin ym. (1978) esittämien raja-arvojen pe-rusteella (taulukko 3).
Taulukko 3. Minimiravinnesuhteiden raja-arvot (Forsberg ym. 1918).
Ravinnesuhde
Minimiravinne mineraaliravinnesuhde kokonaisravinnesuhde ravinteiden tasapainosuhde (NH4 N+N0z7-N)/PO4-P Nkok./Pkok (Nkok./Pkok.)/((NH4 N+N01)-N)/PO4 P)
>12 >11 <I
P ja/tai N 5-12 10-11
N <5 <10 >I
Järvien ravinnerajoitteisuutta tutkittiin ensisijaisesti epäorgaanisen typen ja fosforin keskinäisen suhteen avulla. Epäorgaanisen typen määrä laskettiin ammo-niumin ja nitraatti-nitriittitypen summana. Yhdistetyn nitraatti-nitriittitypen sum-ma-arvon puuttuessa epäorgaanisen typen pitoisuus laskettiin toissijaisesti ammo-nium- ja nitraattitypen summana. Tästä aiheutuva virhe on vähäinen, koska luon-nonvesissä nitriittipitoisuudet ovat yleensä pieniä nitriitin hapettuessa nopeasti nit-raatiksi. Mikäli ravinnepitoisuus oli määritysrajaa pienempi ilmoitettu analyysi -tulos jaettiin kahdella.
Suomen ympäristö 509 ...