Happiolojen vaikutus Enonselän järvisedimentin mikrobiomiin ja biohajotukseen – havaintoja kokeellisen tutkimuksen kautta

Järvikunnostuksen vaikutusten tarkastelu simuloiduissa laboratorio-olosuhteissa antaa mahdollisuuden keskittyä rajattuun tutkimuskysymykseen ilman luonnon järjestämiä yllätyksiä. Talven 2016-2017 aikana olemme tutkineet Vesijärven sedimenttimikrobien vastetta erilaisiin happioloihin.

Altistimme Vesijärven Enonselän kolmesta eri syvänteestä noudettua mineraalirikasta sedimenttiä kolmenlaisiin käsittelyihin: hapellisiin, vaihteleviin ja hapettomiin olosuhteisiin. Hypoteesinamme oli, että käsittelyt aiheuttavat huomattavia muutoksia mikrobiyhteisöiden koostumuksessa ja aktiivisuudessa. Oletimme myös biohajotuksen olevan tehokkainta vaihtelevissa happioloissa. Tämä hypoteesi perustui teoriaan alustusvaikutuksesta (priming), jonka saa aikaan happiolojen vaihtumisen tähden kuoleva, hajotustoiminnalle energianlähteenä toimiva mikrobiyhteisö.

Kokeemme kestivät yhdestä kahteen kuukautta, vaihtelevien happikäsittelyiden kaasujenvaihtovälin ollessa 3-7 päivää. Mikrobiyhteisön syväsekvensointi paljasti yhteisökoostumuksen eroavaisuudet eri näytteenottopaikoilla ja kokeen edetessä. Hapen lisäämisen vaikutus oli kuitenkin hyvin samankaltainen joka syvänteellä; bakteereiden biomassa ja aktiivisuus kasvoivat, mutta monimuotoisuus väheni. Mikrobit olivat aktiivisempia tasaisesti hapellisissa kuin suhteellisen nopeasti vaihtelevissa happioloissa. Kaikkein vähiten aktiivisuutta esiintyi hapettomissa oloissa.

Tuloksemme havainnollistivat, kuinka näennäisesti hiljaiseloa viettävä sedimentin mikrobiyhteisö vastaa muuttuviin happioloihin nopeasti, ja kuinka sedimentinorgaanisen aineksen hajotus tehostuu hapen läsnä ollessa. Tehokas hajotus edesauttaa ravinteiden ja energian vapautumista ja kiertoa järvessä. Kuvassa hapellisissa käsittelyissä näkyy hapen aikaansaama sedimentin värin muutos ruosteen sävyiseksi. Tässä kokeessa emme havainneet alustusvaikutusta sedimenttiin jääneen hiilen määrän perusteella, mutta biohajotuksen lopputuotteiden (hiilidioksidi ja metaani) mittaaminen on vielä kesken.

Pauliina Salmi, Sanni Aalto, Anu Mikkonen, Veli-Mikko Puupponen & Marja Tiirola

prof. Tiirolan tutkimusryhmä, Bio- ja ympäristötieteiden laitos, Jyväskylän yliopisto

Lisätietoja: pauliina.u.m.salmi@jyu.fi

Sedimentaatiomittausta Enonselällä

Vuoden 2016 sedimentaatiomittaukset Enonselällä aloitettiin 10. toukokuuta. Sedimentaatio- ja pintasedimenttinäytteitä kerätään noin kahden viikon välein sekä syvänteillä että matalilla alueilla avovesikauden ajan (kuva 1). Tutkimuksen tarkoituksena on selvittää sedimentoituvan aineksen määrän ja laadun vaihtelua kasvukauden aikana.

Yksi tärkeä tavoite on myös tutkia käynnissä olevan ilmastuskunnostuksen mahdollisia vaikutuksia laskeutuvan materiaalin määrään ja laatuun. Laskeutuvasta aineksesta tullaan määrittämään hiili-, typpi- ja fosforipitoisuudet ja näitä tuloksia tullaan vertaamaan vuosien 2009 (ei ilmastusta), 2010 ja 2011 (ilmastuksen kaksi ensimmäistä vuotta) tuloksiin.

Projektin johtajana toimii professori Jukka Horppila ja toteuttajina Juha Niemistö (yliopistotutkija) sekä Soila Silvonen (maisteriopiskelija, akvaattiset tieteet) Helsingin yliopiston Ympäristötieteen laitokselta. Soila tekee kerätystä aineistosta pro gradu -tutkielmansa.

Kuva 1. Sedimentaatio- ja pintasedimenttinäytteenoton pisteet 1-4 Enonselällä. 

Pintasedimentin näytteenottoa.

Tom Jilbert: Ensimmäinen Vesijärvi-blogini

Oikein kiva kirjoittaa ensimmäinen blogini Vesijärvestä!

Aloitin vuoden alussa työni Helsingin Yliopiston Vesijärvi-apulaisprofessorina. Ehkä luit Vili Uuskallion maaliskuussa Etelä Suomen Sanomissa julkaistun jutun minun nimityksestä (alla luminen kuva artikkelista, tuntuu olevan jo jokin aika sitten!). Olen kaksi vuotta Suomessa asunut brittiläinen tutkija.

 Kuva: Markus Sommers

Alani on niin sanottu ”biogeokemia”, joka tarkoittaa, että olen kiinnostunut siitä, miten kemialliset alkuaineet kiertävät ympäristössä. Tämä on tärkeä aihe Vesijärven tutkimuksessa, koska järven veden laatu riippuu kovasti sen kemiasta.

Työni neljä ensimmäistä kuukautta ovat olleet kiireistä, mutta jännittävää aikaa. Pidin esityksiä Niemen kampuksella ja Lammin biologisella asemalla ja keskustelin tutkimussuunnitelmista muiden Vesijärvi-tutkijoiden kanssa Vesijärvisäätiön toimistossa. Lisäksi järjestin istuntoa EGU-kongressissa Wienissä (toinen kuva). Kansainväliset toiminnat ovat tärkeä osa tehtävästäni.   

Olen erikoistunut sedimenttitutkimukseen, eli mutatutkimukseen. Jotkut ihmiset pitävät mutaa likaisena ja ei-kiinnostavana. Olen samaa mieltä ensimmäisestä, mutta en toisesta! Olen tutkinut sedimentin kemiaa monessa ympäristössä, muun muassa Itämerellä Suomen tutkimuslaiva Arandalta käsin (kolmas kuva).

Sedimentti esittää erittäin tärkeää roolia biogeokemiallisissa kierroissa, sekä Vesijärvessä että muissa järvissä ja meressä. Kun sedimenttiä kertyy järven pohjalle, kaikenlaiset luonnolliset kemialliset reaktiot sattuvat mudassa. Nämä reaktiot vaikuttavat sitten järven kemialliseen tilaan, koska kemialliset aineet voivat virrata sekä sedimenttiin että sedimentistä pois.

Yksi tärkeimmistä aineista järven vedessä on fosfori, jonka pitoisuus vaikuttaa koko ravintoverkkoon. Sen vuoksi yksi ensisijaisimmista tutkimustavoitteistani on ymmärtää Vesijärven fosforikiertoa, ja erityisesti sedimenttien vaikutusta siihen. Tehdäkseni sen, järjestän yhteistöitä vakiintuneiden Vesijärvi-tutkimusryhmien kanssa, muun muassa Lahden kaupungin ympäristöpalveluista ja Turun yliopistosta.

Toukokuun lopussa tulemme ottamaan ensimmäiset sedimenttinäytteet Vesijärvestä. Kenttätyötiimissämme on minun lisäksi Sami Jokinen (jatko-opiskelija, Turun yliopisto) ja Anni Jylhä-Vuorio (opiskelija-avustaja, Helsingin yliopisto). Tässä he ovat!

Viisasta veden käyttöä

Mitä on ”vesiviisas kiertotalous”?  Se kuulostaa ensi kuulemalta melko vaikealta. Kun asiaa lähtee pohti-maan, alkavat termitkin avautua. Vesiviisautta kiertotaloudessa. Veden viisasta käyttöä kaikissa toiminnoissa ja tuotannon kaikissa vaiheissa - kestävää vedenkulutusta.

Pyhäjärvi-instituutti on mukana ”Kohti vesiviisasta kiertotaloutta” -hankkeessa. Hanketta vetää Suomen ympäristökeskus ja mukana ovat Pyhäjärvi-instituutin lisäksi Future Earth Suomi, Ympäristötiedon foorumi, Digipolis, Oulun yliopiston Thule-instituutti, Baltic Sea Action Group, SITRA ja Kaskas Media. Rahoitus hankkeelle tulee Nesslingin säätiöltä.

Pyhäjärviseutu on valittu hankkeen yhdeksi tarkastelualueeksi. Hankkeessa tuotetaan tietoa siitä, miten kiertotalous ja vesi linkittyvät toisiinsa ja pyritään mallintamaan, pystyttäisiinkö ruoantuotannon vesi- ja kertotaloutta tehostamalla parantamaan vesien tilaa. Hankkeessa pyritään tuomaan ajankohtaista tietoa vesiviisaasta kiertotaloudesta alueen toimijoille. Maaliskuussa järjestetään vesiin ja lannan ravinteiden hyötykäyttöön liittyvät seminaaripäivät, johon on koottu alueen yrityksistä esimerkkejä hyvistä ratkaisuista sekä tietoa rahoitusmahdollisuuksista ja eri tekniikoista. Toinen seminaaripäivä koskee kokonaan lannan hyötykäyttöä. Lisätietoa seminaarista löytyy esimerkiksi Pyhäjärvi-instituutin nettisivuilta. Tilaisuus on kaikille avoin, tervetuloa mukaan!

Kiertotaloudella tarkoitetaan kaikkien materiaalien kierrättämistä ja uudelleen käyttämistä. Pyhäjärven ja muiden vesistöjen kannalta on tärkeää kierrättää ja hyödyntää ravinteet niin tehokkaasti, ettei niitä huuhtoudu vesiin liikaa. Vesissä ravinteet aiheuttavat rehevöitymistä, mikä näkyy esimerkiksi vesikasvillisuuden ja levien runsastumisena. Toisaalta on tiedossa, että maaperästä louhittava fosfori tulee loppumaan lähivuosikymmeninä, joten siksikin meidän tulisi kierrättää ravinteet mahdollisimman tehokkaasti. On tuhlausta päästää ravinteita ja eloperäistä ainesta pelloilta, metsistä ja soilta valuvien vesien ja jätevesien mukana vesistöihin. Uusia innovaatioita tarvitaan. Peltojen kasvukuntoon vaikuttamalla esimerkiksi parantamalla maan rakennetta, lisäämällä orgaanisen aineen määrää ja oikealla lannoituksella, parannetaan satoisuutta ja maaperän vesitaloutta. Samalla vaikutetaan myös ravinteiden kulkeutumiseen valumavesien mukana. Ravinteiden parempaa hyödyntämistä ovat myös ravinteiden talteenotto jäte- ja valumavesistä, lietteiden hyödyntäminen, kompostoivien käymälöiden ja kuivakäymälöiden käyttö ja suuremmassa mittakaavassa kasvistuotannossa syntyvien jätevesien (joissa ei haitta-aineita eikä hygieniaongelmia) kierrättäminen esim. kasteluvetenä.

Vesiviisaus on oikeastaan aika hieno sana. Se liittyy teollisuuteen, alkutuotantoon, kalastukseen ja järvika-lan käyttöön, puhtaan veden kaikenlaiseen hyödyntämiseen ja veden puhdistamiseen. Termin alle piiloutuu myös moni Pyhäjärveä koskettava teema. Vesiviisautta on kuormituksen vähentäminen jo ennen vesistöön pääsyä. Se on vesistöjen viisasta käyttöä, niin että myös tulevilla sukupolvilla on vettä käytettäväkseen. Se kertoo meidän, luonnonvesien ja pohjavesien käyttäjien, viisauden tarpeesta.

Kohti vesiviisasta kiertotaloutta on hieno tavoite. Se on myös iso kokonaisuus. Suuri osa kiertotalouden vesiviisaudesta liittyy säädöksiin ja lainsäädäntöön. Vesiviisas -hankkeessa selvitetäänkin mahdollisia lainsäädännöllisiä rajoitteita vesiviisaan kiertotalouden toteuttamiselle ja pyritään vaikuttamaan niihin. Iso osa siitä on myös uuden ja uudemman teknologian hyödyntämistä. Se on myös uusien teknisten ratkaisujen kehittämistä ja keksimistä. Onneksemme meidänkin alueeltamme löytyy vastuullisia päättäjiä, tuottajia ja yrityksiä, jotka haluavat kehittää toimintaansa vesiviisaaseen suuntaan ja etsivät ja löytävät keinoja sivuvirtojen hyödyntämiseen ja kiertotalouden kehittämiseen. Toivottavasti sääntely pysyy kehityksen mukana ja kannustaa vesiviisaaseen kiertotalouteen.

"Elintarviketjun kiertotalous" ja "Lannan ravinteet kiertoon" -seminaarien ohjelmat löydät täältä. Ilmoittautuminen seminaareihin on 3.3. mennessä tämän linkin kautta. Lämpimästi tervetuloa!

Juttu on osa Pyhäjärven puolesta -juttusarjaa. Koko juttusarja on luettavissa täältä. Juttu julkaistiin myös Pyhäjärvi-instituutin blogissa "Puhdas vesi, paremmat evä(ä)t"

Viheralueet ovat kestävin keino hulevesien vähentämiseksi

Vesijärvisäätiön ohjelmajohtaja Heikki Mäkinen kirjoitti blogissaan Vesijärven Enonselän suuresta, valuma-alueelta peräisin olevasta kuormituksesta ja totesi Lahden kaupungin hulevesien olevan merkittävä järveä kuormittava fosforin lähde.  Helsingin yliopistossa Ympäristötieteiden laitoksella (Lahden ympäristökampus) tekemissämme sangen pitkäaikaisissa tutkimuksissa olemme selvittäneet fosforin lisäksi lukuisten muiden kaupunkiperäisten haitta-aineiden muodostumista ja päätymistä Enonselälle  Tutkimuksen päätavoitteena on valaista sitä, miten erilainen maankäyttö ja sen intensiteetti vaikuttavat hulevesien muodostumiseen ja niiden mukana poistuvien haitta-aineiden määrään. Selvitämme mm. mikä rooli kaupunkien viheralueilla – joilla on runsaasti vettä imevää pintaa – on huleveden määrään (siis kaupunkitulvien todennäköisyyteen) ja laatuun (esimerkiksi Vesijärven tilaan ja virkistysarvoon). Maailmanlaajuisestikin poikkeuksellisen tarkkoja ja pitkäkestoisia hulevesimittauksia suoritamme Kilpiäisissä (lievä maankäyttö), Paavolassa (kohtalainen/runsas maankäyttö) ja Sepon- ja Kauppakadun valuma-alueella (intensiivinen maankäyttö). Lähes luonnontilaisena verrokkialueena toimii Alasenjärven länsirannalla oleva Kytölän metsäalue.

Tutkimuksemme ovat kiistatta osoittaneet kaupungistumisen merkittävän vaikutuksen hulevesinä vesistöihin poistuvien haitta-aineiden määrään. Ydinkeskustasta, jossa viheralueiden määrä on vähäinen, hulevesien mukana poistuu vuoden aikana noin 60 tonnia kiintoainesta neliökilometriä kohden laskettuna. Vastaava luku typelle on 300 kg ja fosforille 70 kg.  Paitsi kiintoainesta ja ravinteita kaupunkialueilta poistuu hulevesien matkassa myös myrkyllisiä metalleja. Keskusta-alueilta syntyvän ja Enonselkään poistuvan sinkin (Zn) vuosittainen määrä on yli 50 kg, ja kuparin (Cu), kromin (Cr), nikkelin (Ni) ja lyijyn (Pb) poistumat lasketaan nekin useissa kiloissa neliökilometriä kohti laskettuna.  Runsaammin viheralueita sisältäviltä taajamavaluma-alueilta fosforin, raskasmetallien ja kiintoaineen poistumat ovat keskimäärin vain noin viidennes siitä mitä kaupunkikeskustat sisuksistaan sylkevät.

Tuloksiemme valossa viheralueet huomioivalla kaupunkisuunnittelulla on ratkaiseva rooli paitsi meidän maakrapujen myös veden viljan hyvinvoinnille. Nykytiedon mukaan hulevedet tulisi hoitaa hallitusti siellä missä ne saavat alkunsa: itse valuma-alueella.  Tiiviisti rakennetuilla alueilla tämä voi olla haasteellista, jolloin vaihtoehtona voi olla hiljattain esitetty kokoomaputki, joka johtaisi keskusta-alueen hulevedet kosteikkoviivytyksen jälkeen Porvoonjokeen.  Veden luonnolliseen kiertoon pyrkivät ratkaisut ovat, kuten Lahden hulevesiohjelmassakin todetaan, kuitenkin paitsi edullisin myös ympäristön hyvinvoinnin kannalta kestävin ratkaisu. 

Heikki Setälä, kaupunkiekosysteemitutkimuksen professori ja Marjo Valtanen, FT 

Helsingin yliopisto, Ympäristötieteiden laitos, Lahden ympäristökampus

Tutkimusblogeissa avataan vesistöjen tilan tutkimukseen ja seurantaan liittyviä kysymyksiä ja haasteita. Blogit ovat osa hämäläistä Yhteisillä aalloilla –viestintähanketta.