Takaisin

Kylmyys ja lumi vaikuttavat jokien kuljettaman ravinnekuormituksen ajoitukseen

Väitös maantieteen alalta

Väittelijä: DI Maria Kämäri

Väitösaika ja -paikka: 5.12. klo 13, M103, Metria, Joesuun kampus

Kylmä ilmasto ja lumi vaikuttavat keskeisesti jokivesistöjen ravinnedynamiikkaan, osoittaa Itä-Suomen yliopistossa tarkastettava diplomi-insinööri Maria Kämärin väitöstutkimus. Pakkastalven kestolla ja sataneen lumen tai veden määrällä on huomattava vaikutus hajakuormien ajoitukseen. Tutkimuksessa havaittiin myös, että jääkansi vähentää jokiveden sameutta.

Tutkimuksessa mitattiin jatkuvatoimisilla mittareilla ympärivuotisesti jokiveden sameutta, nitraattitypen ja orgaanisen aineen pitoisuuksia sekä virtaamaa Vantaanjoen vesistössä. Lisäksi selvitettiin jokijään ja jääpeitteen paksuuden vaikutuksia jokiuoman eroosioon ja sedimentaatioon Kokemäenjoella ja Vantaanjoella.

Tutkimus osoitti, että runsaan lumitalven jälkeen kevätsulanta aiheuttaa merkittävän osan jokien mereen kuljettamasta kiintoaine- ja ravinnekuormituksesta. Vuotuisen valunnan suuruus on ratkaiseva ympäristötekijä, joka säätelee mereen vuosittain kulkeutuvaa hajakuormitusta. Vantaanjoella tehtyjen mittausten perusteella lämpimänä talvena nitraattitypen kuormitus kasvoi tammi-maaliskuussa. Vastaavasti kuormitusarvot olivat huhtikuussa vähäisiä, koska lumettomuuden vuoksi ei esiintynyt sulantaa, joka yleensä huuhtoo runsaasti ravinteita ja kiintoainesta valuma-alueelta tai itse jokiuomasta.

Jääkansi puolestaan vähensi jokiveden sameutta sekä Kokemäen- että Vantaanjoella verrattuna avovesiaikaan samansuuruisilla virtaamilla. Kämäri sovelsi hydrodynaamista jokimallia Kokemäenjoen alaosalle. Jääkansi pienensi uoman pohjaan kohdistuvaa leikkausvoimaa, jolloin pohjassa oleva aines ei lähde niin herkästi liikkeelle. Tämä selittää kirkkaamman jokiveden jääkannen alla verrattuna jäättömään aikaan.

Leuto talvi ei lisännyt typen kokonaishuuhtoumaa

Aikaisemmissa tutkimuksissa on esitetty, että leudot talvet mahdollisesti osaltaan selittävät sitä, että typen hajakuormitus ei ole pienentynyt tehdyistä vesiensuojelutoimenpiteistä huolimatta. Kämäri havaitsi tutkimuksessaan, ettei leuto ja vähäluminen talvi kuitenkaan lisännyt vuositasolla typen huuhtoutumista Vantaajoen vesistössä. Suomessa jokien kuljettama typpikuormitus on pysynyt 1970-luvulta asti melko samanlaisena, vaikka pistemäiset päästöt ovat vähentyneet. Maatalous, yhdyskunnat ja ilmasta tuleva laskeuma ovat suurimmat kuormituslähteet. Typpi on tärkein kasvien kasvuun ja satoon vaikuttava ravinne. Typpilannoitteiden käyttö peltohehtaaria kohti kasvoi voimakkaasti 1960-luvulta 1990-luvulle, jonka jälkeen lannoitemäärät ovat pienentyneet, mutta hajakuormitus ei ole ratkaisevasti alentunut.

Typen kiertoon luonnossa vaikuttavat monet tekijät kuten lämpötila, maankosteus, routa, maan mikrobitoiminta, lannoitekäytännöt ja kasvien ravinteiden otto. Typpeä valuu jokia pitkin mereen Suomesta vuosittain noin 74 000 tonnia. Ilmastonmuutoksen myötä talvet muuttuvat Etelä-Suomessa leudoimmiksi ja sateisemmiksi, jolloin talviin ajoittuva vesistökuormitus todennäköisesti kasvaa. Vuosikuormituksen määrää jatkossa ei kuitenkaan säätele pelkästään lämpenevät talvet vaan koko ympärivuotinen veden ja ravinteiden kierto.

Jatkuvatoimisilla mittalaitteilla tarkempaa tietoa kuormituksesta

Tutkimuksessa käytetyllä tiheän mittausvälin optisella anturilla on mahdollista seurata aineiden pitoisuusvaihtelua jokivedessä huomattavasti paremmin kuin perinteisillä harvoin otetuilla vesinäytteillä. Tutkimus osoittikin, että sameus, nitraattityppi ja orgaanisen aineen pitoisuudet reagoivat osin eri tavoin virtaaman muutoksiin. Kiintoaineen ja orgaanisen aineen pitoisuudet kasvoivat virtaaman rinnalla mutta nitraattityppi osoitti myös laimenemista.

Jatkossa jatkuvatoimisia mittalaitteita on mahdollista käyttää tarkentamaan kiintoaineen, nitraattitypen ja orgaanisen aineksen kuormitusarvioita Itämereen. Erityisesti virtaamahuippuihin, lumen sulantaan ja lyhytkestoisiin rankkasateisiin liittyvä pitoisuusvaihtelu pystytään havaitsemaan erittäin hyvin työssä käytetyillä menetelmillä.

DI Maria Kämärin maantieteen alaan kuuluva väitöskirja ”Spatiotemporal variation of sediment and nutrient dynamics in seasonally ice-covered rivers” tarkastetaan Itä-Suomen yliopiston yhteiskuntatieteiden ja kauppatieteiden tiedekunnassa. Vastaväittäjänä toimii professori Stephen Darby Southamptonin yliopistosta sekä kustoksena dosentti Eliisa Lotsari Itä-Suomen yliopistosta.

Väittelijän painolaatuinen valokuva on osoitteessa http://kuvapankki.uef.fi/A/UEF+kuvahakemisto/15675?encoding=UTF-8