YMPÄRISTÖN- SUOJELU YM ÄRIS ÖN SUOJEL SUOMEN YMPÄRISTÖ 34 | 2011 Hämeen ympäristö muutoksessa Kaksikymmentä vuotta ympäristön huippututkimusta Valkea-Kotisen alueella Jussi Vuorenmaa, Lauri Arvola ja Martti Rask (toim.) Suomen ympäristökeskus SUOMEN YMPÄRISTÖ 34 | 2011 Hämeen ympäristö muutoksessa Kaksikymmentä vuotta ympäristön huippututkimusta Valkea-Kotisen alueella Jussi Vuorenmaa, Lauri Arvola ja Martti Rask (toim.) Helsinki 2011 Suomen ympäristökeskus SUOMEN YMPÄRISTÖ 34 | 2011 Suomen ympäristökeskus Taitto: Ritva Koskinen Kansikuva: Jorma Keskitalo Valkea-Kotisen aarnimetsää Julkaisu on saatavana myös internetistä: www.ymparisto./julkaisut Edita Prima Oy, Helsinki 2011 ISBN 978-952-11-3957-4 (nid.) ISBN 978-952-11-3958-1 (PDF) ISSN 1238-7312 (pain.) ISSN 1796-1637 (verkkoj.) ESIPUHE Hämeenlinnan Evolla Kotisten luonnonsuojelualueella sijaitsevalla Valkea-Kotinen- järven valuma-alueella aloitettiin 1987 tutkimuslaitosten ja yliopistojen yhteistyönä kansainvälinen ympäristön yhdennetyn seurannan (YYS) ohjelma. Ohjelmassa to- teutetaan ekosysteemin eri osa-alueiden samanaikaista ja samalla paikalla tapahtu- vaa intensiivistä fysikaalista, kemiallista ja biologista seurantaa. Tutkimusyhteistyön ansiosta Valkea-Kotisen YYS-alueelta on kertynyt yli 20 vuoden ajalta kansainväli- sesti mittava ja tieteellisesti arvokas tutkimusaineisto ilmansaasteiden sekä ilmas- tonmuutoksen pitkän aikavälin vaikutuksista ekosysteemeihin. Laaja-alaisten ympä- ristöongelmien vaikutuksista ja muutoksista esimerkiksi Valkea-Kotisen alueelta on olemassa paljon tieteellisesti julkaistua tietoa. Tämä informaatio on kuitenkin ollut vaikeasti ympäristöalan sidosryhmien, ympäristön tilasta kiinnostuneiden kansalais- ten ja päätöksentekijöiden saavutettavissa. Valkea-Kotisen ympäristön yhdennetyn seurannan alueella toimineet tutkijat ryh- tyivät marraskuussa 2009 suunnittelemaan alueen ympäristön pitkäaikaismuutoksia esittelevää raporttia. Raportointityöryhmän ytimen muodostivat: Lauri Arvola, Jorma Keskitalo, Samuli Sairanen (Helsingin yliopisto), Kalevi Salonen (Jyväskylän yliopis- to), Anssi Vähätalo (Tutkimus- ja kehitysinstituutti ARONIA), Martin Forsius, Matti Verta, Jussi Vuorenmaa (Suomen ympäristökeskus), Tarja Hatakka (Geologian tutki- muskeskus), Petri Horppila (Hämeen ELY-keskus), Kirsti Jylhä, Tuija Ruoho-Airola (Ilmatieteen laitos), Seppo Kallonen (Metsähallitus), Liisa Ukonmaanaho (Metsän- tutkimuslaitos), Martti Rask (Riista- ja kalatalouden tutkimuslaitos) ja Uwe Münster (Tampereen teknillinen yliopisto). Tässä julkaisussa esitetään yhteenveto vaikutuksista ja pitkäaikaismuutoksista, joi- ta ilman epäpuhtauslaskeuma ja ilmaston vaihtelut ovat aiheuttaneet Valkea-Kotisen alueen metsien tilaan, veden laatuun ja vesieliöstöön sekä maaperään ja pohjaveteen kuluneen 20 vuoden aikana. Lisäksi arvioidaan, kuinka alueen ilmasto sekä ilman epäpuhtauskuormitus tulevat muuttumaan tulevaisuudessa, ja millaisia vaikutuksia niillä tulee olemaan alueen ekosysteemeille. Pitkäjänteisen ympäristötutkimuksen ja -seurannan yksi keskeisimmistä tuki- pilareista on laadukas ja tinkimätön näytteenotto. Valkea-Kotisen YYS-alueen yli 20-vuotisen toimintahistorian aikana tutkimuslaitosten ja yliopistojen kenttämestarit ja tutkijat ovat pääosin vastanneet näytteenotosta. Kenttätöiden suorittamisessa kor- vaamattomana apuna ovat myös olleet Pirkanmaan ja Uudenmaan ELY-keskukset (aiemmin ympäristökeskus) sekä Hämeen ammattikorkeakoulun Evon yksikkö, ja siellä Pekka Vuori. Haluamme esittää kaikille näille ”näkymättömille puurtajille” suuret kiitokset. Monet asiatuntijat ovat analysoineet tähän raporttiin uusimman Valkea-Kotisen alueen seuranta-aineiston, jonka tulokset esitetään nyt ensimmäistä kertaa. Haluamme esittää parhaat kiitoksemme kaikille raportin kirjoittajille. Tämä raportti on tehty osana Euroopan unionin Life+-ohjelman rahoittamaa VACCIA-hanketta (LIFE07 ENV/FIN/000141). Helsingissä ja Lammilla joulukuussa 2011 Martin Forsius Lauri Arvola Suomen ympäristökeskus Helsingin yliopisto, Lammin biologinen asema YYS-ohjelmakeskuksen johtaja Professori EU Life+ VACCIA-hankkeen johtaja 4 Suomen ympäristö 34 | 2011 5Suomen ympäristö 34 | 2011 SISÄLLYS Esipuhe .................................................................................................................................... 3 1 Laajat ympäristön seurannan ja tutkimuksen ohjelmat Valkea-Kotisella ................... 9 Martin Forsius ja Jussi Vuorenmaa Ympäristön yhdennetty seuranta ........................................................................................................... 9 Suomen pitkäaikaisen ympäristötutkimuksen verkosto (FinLTSER) ja VACCIA-hanke ....... 12 2 Kotisten luonnonsuojelualue ...........................................................................................13 Seppo Kallonen Kotisten suojelun ja maankäytön historiaa........................................................................................ 13 Kotisten luonnonpiirteet ja lajisto ....................................................................................................... 15 Kotisten alue monipuolisen tutkimuksen kohteena ........................................................................ 16 3 Valkea-Kotisen tutkimusalueen yleiskuvaus .................................................................19 Jussi Vuorenmaa ja Petri Horppila 4 Ilmasta tuleva kuormitus ja sen muutokset Valkea-Kotisen alueella .........................21 Tuija Ruoho-Airola, Matti Verta ja Markku Korhonen Mittaukset ilman kautta tulevan kuormituksen selvittämiseksi ................................................. 21 Muutoksia epäpuhtauspitoisuuksissa ................................................................................................. 22 Valkea-Kotisen alueen tulokset verrattuna pitoisuuksiin muualla ............................................. 23 Ilmansaasteiden kulkeutuminen Valkea-Kotisen alueelle ............................................................ 25 Yhteenveto ................................................................................................................................................ 26 5 Ilmasto ja sen muuttuminen Lammin alueella ............................................................. 27 Kirsti Jylhä, Juha Kersalo, Mikko Laapas ja Lauri Arvola Millainen on Lammin ilmasto? ............................................................................................................ 27 Miksi Hämeen ilmaston ennakoidaan muuttuvan? ......................................................................... 29 Erottuuko Hämeen ilmaston muuttuminen jo nyt luonnollisesta vaihtelusta? ........................ 29 Miten ilmaston arvioidaan muuttuvan Hämeessä? ......................................................................... 30 Yhteenveto ................................................................................................................................................. 31 6 Maaperän ja pohjaveden geokemiallinen koostumus Valkea-Kotisen alueella ......... 32 Tarja Hatakka Valkea-Kotisen alueen geologiasta ..................................................................................................... 32 Geokemialliset näytteenotto- ja analyysimenetelmät ..................................................................... 32 Maaperän geokemiallinen koostumus Valkea-Kotisen alueella ................................................... 33 Pohjaveden laadun pitkäaikaismuutokset Valkea-Kotisen ympäristössä .................................. 36 Yhteenveto ................................................................................................................................................ 39 7 Muutokset metsään tulevassa sadannassa ja ravinnevirrat Valkea-Kotisen alueella ...................................................................................................... 46 Liisa Ukonmaanaho ja Michael Starr Johdanto ..................................................................................................................................................... 46 Intensiivialat Valkea-Kotisella – mitä mitataan, miten mitataan? ................................................ 47 Ravinnepitoisuudet sadannasta maaveteen ....................................................................................... 48 6 Suomen ympäristö 34 | 2011 Mitä aikasarjat kertovat .......................................................................................................................... 49 Mitä tapahtuu metsikön sisällä? ........................................................................................................... 50 Yhteenveto ................................................................................................................................................ 52 8 Valkea-Kotisen veden laatu ja valuma-alueen hydrologiset olot sekä niiden pitkäaikaismuutokset ......................................................................................................... 53 Jussi Vuorenmaa ja Petri Horppila Johdanto ..................................................................................................................................................... 53 Vesikemialliset, hydrologiset ja meteorologiset mittaukset .......................................................... 54 Valkea-Kotisen vesikemialliset ominaisuudet.................................................................................. 55 Tietoja seuranta-alueen sadannasta ja valunnasta sekä niiden muutoksista 1989–2009 .......... 55 Veden laadun pitkäaikaismuutokset ................................................................................................... 56 Yhteenveto ................................................................................................................................................. 61 9 Elohopea – laskeumasta kaloihin ................................................................................... 63 Matti Verta, Katriina Kyllönen ja Martti Rask Elohopeaongelman tausta ..................................................................................................................... 63 Elohopeamittaukset Valkea-Kotisen alueella ................................................................................... 64 Elohopean metyloituminen Valkea-Kotisessa ................................................................................... 65 Kalaston metyylielohopeapitoisuudet Valkea-Kotisessa ............................................................... 66 Yhteenveto ................................................................................................................................................. 66 10 Valkea-Kotisen planktonyhteisö ja sen muutokset ..................................................... 68 Lauri Arvola, Jorma Keskitalo, Anja Lehtovaara, Elina Peltomaa, Tiina Tulonen, Kalevi Salonen ja Marko Järvinen Johdanto ..................................................................................................................................................... 68 Kasvi- ja eläinplanktonin näytteenotto- ja määritysmenetelmät .................................................. 68 Kasviplanktonyhteisö ja sen muutokset ............................................................................................. 69 Kasviplanktonin perustuotanto ja yhteisöhengitys ......................................................................... 71 Eläinplanktonyhteisö ja sen muutokset .............................................................................................. 71 Tulosten tarkastelu ja yhteenveto ......................................................................................................... 72 11 Valkea-Kotisen rantavyöhykkeen ja syvänteen pohjaeläimistö ............................... 75 Martti Rask, Katja Määttänen ja Mika Vinni Johdanto ..................................................................................................................................................... 75 Näytteenotto- ja määritysmenetelmät ................................................................................................. 75 Pohjaeläinyhteisö ja sen muutokset ..................................................................................................... 75 Yhteenveto ................................................................................................................................................. 77 12 Valkea-Kotisen ahvenpopulaatiossa tapahtuneet muutokset .................................. 78 Samuli Sairanen, Sami Vesala ja Martti Rask Johdanto .................................................................................................................................................... 78 Näytteenotto- ja määritysmenetelmät ................................................................................................ 78 Ahvenpopulaatiossa tapahtuneet muutokset .................................................................................... 79 Järven ekologinen tila kalaston perusteella arvioituna .................................................................. 83 Yhteenveto ................................................................................................................................................. 83 7Suomen ympäristö 34 | 2011 13 Valkea-Kotisen massataselaskelmat ja ekosysteemimallien sovellukset ................ 84 Martin Forsius Johdanto ..................................................................................................................................................... 84 Happamoitumisen ainetaseet ja mallisovellukset ........................................................................... 84 Ilmastonmuutoksen vaikutusten mallintaminen ............................................................................. 86 Yhteenveto ................................................................................................................................................. 87 14 Valkea-Kotisen tutkimusalueen hiilibudjetti .............................................................. 88 Anssi Vähätalo, Martin Forsius ja Pekka Vanhala Johdanto ..................................................................................................................................................... 88 Valkea-Kotisen ekosysteemin yleisrakenne ...................................................................................... 88 Valkea-Kotisen hiilibudjetin laskentamenetelmät .......................................................................... 88 Valkea-Kotisen hiilibudjetti ................................................................................................................. 90 Yhteenveto ................................................................................................................................................. 92 Tiivistelmä ............................................................................................................................ 93 Summary .............................................................................................................................. 94 Valkea-Kotisen tutkimusalueen julkaisuja ......................................................................... 95 Kuvailulehdet .......................................................................................................................102 8 Suomen ympäristö 34 | 2011 9Suomen ympäristö 34 | 2011 1 Laajat ympäristön seurannan ja tutkimuksen ohjelmat Valkea-Kotisella Ympäristön yhdennetty seuranta Kansainvälinen ohjelma Biosfäärin eli maapallon elonkehän ylläpitämät fysikaaliset, kemialliset ja biologiset tapahtumat ovat luonteeltaan monimutkaisia ja ajallisesti pit- käkestoisia eli ”pysyviä” prosesseja. Myös monet ympäristöongelmat ovat pitkäaikaisia. Siksi itse luonnon omien prosessien että ympäristöongelmi- en havainnointi edellyttävät systemaattista tutki- mus- ja seurantatoimintaa. Merkittäviä seurattavia ilmiöitä ovat erityisesti ilmansaasteiden ja ilmas- tonmuutoksen vaikutukset sekä biodiversiteetin muutokset. Keskittämällä monipuolista toimintaa valituille edustaville tutkimusalueille, voidaan havaita ilmiöitä ja tuottaa tutkimustietoa, jota ei hajautetuilla rakenteilla saavuteta. Lisäksi tutki- musresurssit hyödynnetään tehokkaasti, koska sa- ma aineisto palvelee useiden hankkeiden tarpeita. Ympäristön yhdennetyllä seurannalla tarkoite- taan ekosysteemin eri osa-alueiden samanaikaista ja samalla paikalla, esim. pienellä valuma-alueella tapahtuvaa intensiivistä fysikaalista, kemiallista ja biologista seurantaa. Seurannassa ekosysteemiä ja sen prosesseja tarkastellaan toiminnallisena koko- naisuutena. Ympäristön yhdennetyn seurannan (YYS) oh- jelma on YK:n Euroopan Talouskomission (UN- ECE) ilman epäpuhtauksien kaukokulkeutumista koskevan yleissopimuksen (CLTRAP, 1979) alainen seurantaohjelma (International Cooperative Pro- gramme on Integrated Monitoring of Air Polluti- on Effects on Ecosystems, UNECE ICP IM, www. environment./syke/im ). Hankkeessa oli vuonna 2010 mukana 44 tutkimusaluetta 16 maasta. Suo- Martin Forsius ja Jussi Vuorenmaa, Suomen ympäristökeskus mi on osapuolena ilman epäpuhtauksien kauko- kulkeutumista koskevassa yleissopimuksessa, ja meillä vastuutahona on ympäristöministeriö. Suo- messa ympäristön yhdennetyn seurannan ohjelma käynnistyi 1987 osana pohjoismaista yhteistyötä. YYS-ohjelma on yksi UNECE:n alaisista ns. vaikutusohjelmista, joiden avulla pyritään tuot- tamaan poliittisen päätöksenteon tueksi tietoa kansainvälisten päästörajoitusten vaikutuksista ja riittävyydestä (www.unece.org/env/lrtap/ WorkingGroups/wge/welcome.html). Hankkeen yleistavoitteena on seurata ja ennustaa kaukokul- keutuvien ilmansaasteiden, kuten typpi- ja rikkiyh- disteiden sekä raskasmetallien, mutta myös esim otsonin, sekä muiden ympäristömuutosten (mm. ilmastonmuutoksen) pitkän aikavälin vaikutuksia ekosysteemeihin. YYS-alueilta tuotettujen aineis- tojen avulla kehitetään ekosysteemimallinnusta ja mm. testataan kriittisen kuormituksen malli- laskelmia. YYS-alueiden monipuolisia aineistoja hyödynnetään laajasti myös erilaisissa tutkimus- hankkeissa. Viime aikoina käyttö erityisesti ilmas- tonmuutostutkimuksessa on lisääntynyt. Ohjelman kansainvälinen tieto- ja arviointikes- kus sijaitsee Suomen ympäristökeskuksessa (SY- KE). Tieto- ja arviointikeskus koordinoi kansain- välistä hanketta, ylläpitää kansainvälistä seuran- tatietokantaa sekä raportoi tuloksista. Yhdennetty seuranta Suomessa Suomessa on toteutettu ympäristön yhdennettyä seurantaa ympäristöhallinnon, valtion tutkimus- laitosten ja yliopistojen yhteistyönä vuodesta 1987 lähtien. Vuoteen 2000 saakka seurantaa tehtiin nel- jällä seuranta-alueella: Valkea-Kotinen (Kotisten luonnonsuojelualue, Hämeenlinna, Evo), Hietajär- vi (Patvinsuon kansallispuisto, Lieksa), Pesosjärvi 10 Suomen ympäristö 34 | 2011 (Oulangan kansallispuisto, Kuusamo) ja Vuosko- järvi (Kevon luonnonpuisto, Utsjoki). Vuodesta 2000 lähtien varsinaista YYS-seurantaa on toteu- tettu Valkea-Kotisen ja Hietajärven alueilla. Vuon- na 2006 Pallasjärven alue (Pallas-Yllästunturin kansallispuisto, Enontekiö) liitettiin kansallisena kohteena YYS:n pintavesien seurantaohjelmaan, ja vuonna 2009 Pallasjärvi liitettiin kansainvälisen YYS-verkoston (UNECE ICP IM) seuranta-alueek- si. Keskeiset YYS-toimijat ovat solmineet tutkimus- yhteistyösopimuksen seurannan toteuttamisesta vuosina 2009‒2012. Yhteistyötahot toteuttavat YYS -ohjelmaa Suomessa ohjelman voimassa olevan kansainvälisen ohjekirjan (Manual for Integrated Monitoring) mukaan. Ohjelmaa koordinoimaan on perustettu asiantuntijaryhmä, jossa on kunkin toteuttajatahon edustaja. YYS-alueilta on perusseurannan ja useiden tut- kimushankkeiden toiminnan tuloksena kertynyt erittäin kattava ja monipuolinen aineisto. Tulok- sista on julkaistu lukuisia artikkeleita kansainvä- lisissä tieteellisissä sarjoissa ja muita teknisiä ra- portteja. Toiminta on viime vuosina laajentunut ilman epäpuhtaussektorilta muille aihealueille, joista keskeisimmät ovat ekosysteemien hiilitaseet, typen ainevirtaamat sekä ilmastonmuutoksen vai- kutukset. YYS-toiminta on viime vuosina entisestään ver- kottunut. Seuranta-alueet kuuluvat Suomen Natu- ra 2000 -verkostoon. Valkea-Kotinen, Hietajärven alueelta Iso Hietajärvi ja Pieni Hietajärvi sekä Kelo- ja Hietapuro, Pallasjärven alue ja aiempi YYS-alue Vuoskojärvi kuuluvat EU:n vesipuitedirektiivin (VPD) edellyttämän perusseurannan (veden laatu, hydrologia, hydrobiologia) verkkoon referenssi- alueina Suomesta. Lisäksi Valkea-Kotinen, Hieta- järvi, Pallasjärvi ja aiempi YYS-alue Pesosjärvi ovat kuuluneet vuodesta 1999 lähtien ICP-Forest eli yleiseurooppalaisen metsien terveydentilan seu- rantaohjelman verkostoon (www.icp-forests.org/). Suomen YYS-alueet palvelevat myös luonnon monimuotoisuuden eli biodiversiteetin seurantaa, ja osana Suomen Natura 2000 -verkoston alueita YYS-alueet soveltuvat tämän verkoston edellyttä- mään seurantaan. YYS-alueilla on EU:n luontodi- rektiivin (92/43/ETY) mukaisia yhteisön tärkeinä pitämiä luontotyyppejä (esim. luonnonmetsät, pik- kujoet ja purot, humuspitoiset järvet ja lammet) ja lajeja sekä EU:n lintudirektiivin (79/409/ETY) lajeja. VPD-seuranta puolestaan tuottaa tietoa ve- siekosysteemien biodiversiteetistä, niiden luontai- sesta tilasta ja tilan vaihteluista. EU:n päästökattodirektiivin NECD (2001/81/ EY) uudistamistyössä on esitetty direktiiviin liitet- täväksi ilman epäpuhtauspäästöjen vaikutusten ar- viointi- ja raportointivelvoite. Suomen YYS-alueet soveltuvat erinomaisesti NECD:n mahdollisesti jatkossa edellyttämään tutkimus- ja seurantatyö- hön. Toiminnan laajentuminen ja kasvanut tutki- musyhteistyö on muuttanut yhteistyösopimusta tutkimuksellisempaan suuntaan ja sopimuksen ky- symyksenasettelua on muutettu vastaamaan uusia tutkimuksellisia ja hallinnollisia tarpeita. Kuva 1. Ympäristön yhdennetyn seurannan alueet Suomessa. Fig. 1. Location of the Finnish Integrated Monitoring sites. Suomen YYS-alueilla on kuluneiden vuosi- en aikana toteutettu pariakymmentä fysikaalis- kemiallista ja biologista osaohjelmaa. Osaa niistä on toteutettu kaikilla seuranta-alueilla jatkuvasti, joitain on toteutettu jaksoittain. Suomen kansal- lisen ohjelman toteuttamiseen ovat osallistuneet monet ympäristöntutkimusta ja -seurantaa teke- vät tutkimuslaitokset, ELY-keskukset (aiemmin ympäristökeskus) sekä yliopistot. Toimijat ovat olleet Suomen ympäristökeskus SYKE, Ilmatieteen laitos IL, Metsäntutkimuslaitos METLA, Geologi- an tutkimuskeskus GTK, Riista- ja kalatalouden tutkimuslaitos RKTL, Hämeen, Pohjois-Karjalan ja Lapin ELY-keskukset sekä Helsingin, Itä-Suomen (aiemmin Joensuun yliopisto), Jyväskylän, Oulun ja Turun yliopistot. 11Suomen ympäristö 34 | 2011 Yhdennetyn seurannan tavoitteet YYS -hankkeessa tuotetaan tietoa sekä kansalliseen tutkimus-, seuranta- ja viranomaiskäyttöön että kansainvälisen ICP IM-ohjelman tarpeisiin. ICP IM-ohjelma pyrkii Euroopan tasolla selvittämään mm. kaukokulkeutuvien ilmansaasteiden vaiku- tuksia mahdollisimman luonnontilaisissa ekosys- teemeissä sekä ilman epäpuhtauksien kaukokul- keutumista koskevan yleissopimuksen (1979) aikaansaamien päästörajoitusten vaikuttavuutta. Uudella sopimuskaudella lisätään huomattavasti panostusta ilmastonmuutoksen vaikutusten arvi- ointiin. YYS-ohjelma pyrkii vastaamaan eri hallinnon- alojen asettamiin keskeisiin kysymyksiin. Yhden- nettyä seurantaa toteuttavien laitosten yhteistyö- sopimuksessa vuosille 2009–2012 on listattu seu- raavat kysymykset: 1. Mitkä ovat raskasmetallien ja ravinteiden (eri- tyisesti typpiyhdisteet) kuormitukset ja nii- den muutokset? Miten ilmansaasteiden pääs- törajoitukset ja muuttuva ilmasto vaikuttavat kuormituksiin? Onko nähtävissä muutoksia raskasmetallien kuiva-/märkälaskeuman suhteellisessa osuudessa ja kotimaisen ja kau- kokulkeutuneen raskasmetallikuormituksen suhteissa? 2. Miten ilmansaasteiden päästörajoitusten vai- kutukset näkyvät typpiyhdisteiden, emäska- tionien ja raskasmetallien ainekierroissa ja varastoissa? Jatkuuko toipumisprosessi hap- pamoitumisesta odotusten mukaisesti? 3. Onko alueilla nähtävissä biologisia muutok- sia? Miten nämä mahdolliset muutokset ovat selitettävissä, liittyen mm. EU:n vesipuitedi- rektiivin taustaselvityksiin. 4. Millaisia kehitysarvioita dynaamiset mallit antavat muutosten suunnasta ja nopeudesta ekosysteemeissä? Miten mahdollinen ilmas- tonmuutos vaikuttaa toipumisprosesseihin? 5. Mitkä ovat hiili- ja typpivarastot ja ainevir- rat luonnontilaisissa metsäekosysteemeissä ja valuma-alueilla? Onko näissä tekijöissä odotettavissa muutoksia ilmaston ja typpi- laskeuman muuttuessa? 6. Miten ilmaston-/globaalimuutosten pitkä- aikaisten vaikutusten tutkimusta/seurantaa voitaisiin alueilla edelleen tehostaa? Mitä muutoksia/lisäyksiä YYS-osaohjelmiin tämä aiheuttaisi? Millä tavoin YYS-aineistoja voi- daan hyödyntää arvioitaessa ilmastonmuu- toksen vaikutusten kriittisiä kynnysarvoja ja kehitystä? Ilpo Hakala Valkea-Kotisen ympäristön yhdennetyn seurannan alue Valkea-Kotinen Integrated Monitoring site 12 Suomen ympäristö 34 | 2011 Suomen pitkäaikaisen ympäristötutkimuksen verkosto (FinLTSER) ja VACCIA-hanke Ympäristön yhdennetyn seurannan (YYS) toiminta liittyy läheisesti Suomen pitkäaikaisen ympäris- tötutkimuksen verkostoon (Finnish Long-Term Socio-Ecological Research network FinLTSER, www.environment./syke/lter), johon YYS-alu- eista kuuluvat Valkea-Kotinen sekä Pallasjärven alue. FinLTSER on ollut Euroopan LTER-verkoston (Europe LTER) ja kansainvälisen LTER-verkoston (ILTER) jäsen vuodesta 2007. LTER-konsepti toimii esimerkkinä uudenlaisesta kansainvälisestä seu- rantapohjaisesta tutkimusyhteistyöstä. FinLTSER- verkosto on luokiteltu kansallisen tason tutkimus- infrastruktuuriksi (RI) ja valittiin RI-tiekartalle Tieteellisten Seurain Valtuuskunnan (TSV) koor- dinoimassa prosessissa joulukuussa 2008. Suomen luonnon tuottamien ekosysteemipalve- lujen haavoittuvuutta ja ihmisen sopeutumismah- dollisuuksia on selvitetty Euroopan Unionin Life+ -ohjelman VACCIA-hankkeessa vuosina 2009–2011 (www.ymparisto./syke/vaccia). Ekosysteemi- palvelut ovat elävän luonnon ihmisille tuottamia hyötyjä. Ruuan ja raaka-aineiden tuotanto, puh- das vesi ja ilma, virkistyminen ja monet elinkeinot ovat suoraan riippuvaisia maaperän, vesistöjen ja metsien tarjoamista ekosysteemipalveluista. Koska ekosysteemipalveluiden tuotanto puolestaan riip- puu niiden taustalla olevista ekologisista proses- seista ja luonnon monimuotoisuudesta, on tärkeää ymmärtää hyödyntämisen ja ekosysteemien tilan väliset suhteet. VACCIA-hankkeen ydinalueina toimivat FinLTSER-verkoston intensiiviseuran- ta- ja tutkimusalueet (www.ymparisto./syke/ lter), jotka tuottavat ekosysteemipalvelujen arvi- ointiin erinomaista aineistoa. Laajassa VACCIA- hankkeessa olivat mukana Suomen ympäristökes- kus, Ilmatieteen laitos sekä Helsingin, Jyväskylän ja Oulun yliopistot. Valkea-Kotisen YYS-alue on FinLTSER-verkostoon kuuluvan Lammi LTER- alueen keskeisimpiä tutkimus- ja seurantakohtei- ta. Valkea-Kotinen on Suomen tutkituimpia luon- nontilaisia alueita ja aineisto on merkittävä myös kansainvälisellä tasolla. VACCIA-hankkeen keskeiset tavoitteet olivat: ● Tuottaa ympäristömuutoksia kuvaavia realis- tisia ennusteita eli skenaarioita. ● Havainnollistaa kaukokartoitusaineiston (GMES) käyttöä ekosysteemipalveluiden ja niiden muutosten arvioinnissa. ● Kehittää mallintamis-, paikkatieto- ja tieto- kantasovelluksia ekosysteemimuutosten ar- vioimiseksi. ● Arvioida kuinka ilmaston lämpeneminen muuttaa ekosysteemipalveluja ja tunnistaa muutosten kynnysarvoja. ● Selvittää keinoja, joilla ihminen voi sopeuttaa toimintaansa muuttuviin olosuhteisiin. ● Välittää hankittua tietoa kansalaisille ja päättäjille. ● Tukea alue- ja paikallistason suunnittelua ja päätöksentekoa. ● Tuottaa tietoa kansallisten ja EU-sopeutumis- strategioiden toimeenpanoa ja päivitystä var- ten. Tässä laajassa Valkea-Kotisen seuranta-alueen 20-vuotisraportissa on koottu tietoja eri ekosys- teemipalveluista ja -prosesseista ja niiden pitkäai- kaisesta kehityksestä ja muutospaineista. Raportti palvelee siten samanaikaisesti sekä VACCIA-hank- keen, YYS-ohjelman että FinLTSER-verkoston kes- keisiä tavoitteita. 13Suomen ympäristö 34 | 2011 2 Kotisten luonnonsuojelualue Kotisten suojelun ja maankäytön historiaa Evon alue jäi aikanaan valtion liikamaaksi, kun lähikylien talonpojat eivät sitä isojaossa maanvilje- lykseen kelpaamattomana huolineet. Evon alueen historiaan on ratkaisevasti vaikuttanut Suomen metsäopetuksen alkaminen alueella 1862 (Sistola 2002). Opetus Evolla jatkuu edelleenkin metsäope- tuksen yksikössä, jossa toimivat Hämeen ammatti- korkeakoulu ja Hämeen ammatti-instituutti. Metsäopetuksen alkuaikoina Evon kruunun- puisto oli suurten metsäpalojen, kaskeamisen se- kä lammilaisten ja kruununtorppareiden laittoman puunoton runtelema (Montell 1879). Hyvää tukki- metsää oli kruununpuistossa isojaon aikaan vain noin 100 hehtaaria (Sistola 2002). Ensimmäisissä metsätalouden tarkastuksissa puuston keskitila- vuudeksi arvioitiin vain 56 m3 hehtaarilla; raken- nushirsiksi kelpaavia järeitä mäntyjä oli vain vähän jäljellä (Montell 1879). Mäntyä oli lähinnä ylispuina ja pääosa metsistä oli kehittyviä kuusi-koivu-haa- pa sekametsiä. Metsäpalot polttivat 1700–1800-luvulla alueen metsiä jopa alle 30 vuoden välein (Tuominen 1990), joista monet saivat alkunsa kaskenpoltoista. Kas- kea lienee poltettu myös nykyisen luonnonsuoje- lualueen sisällä, johon viittaa seudulla todettujen palojen pienialaisuus (Wallenius ym. 2007). Metsien ”huono tila” oli osaltaan vaikuttamassa juuri Evon alueen valintaan metsäopetuksen koh- dealueeksi. 1800-luvun lopulla metsiä ryhdyttiin määrätietoisesti hoitamaan kylvöin ja myöhemmin istutuksin (Montell 1879). Korpia ja rämeitä ojitet- tiin tehokkaasti metsänkasvun parantamiseksi, ja puroja perattiin puunuittoa varten. Metsähallitus ryhtyi 1900-luvun alkupuolella suojelemaan eri pe- rustein arvokkaiksi katsottuja metsäalueita. Met- sänhoitajat olivat jo pitkään säästäneet hakkuilta Seppo Kallonen, Metsähallitus alueita, joita pitivät maisemallisesti tai muutoin tärkeinä. Tällaisia alueita voitiin ehdottaa erityisik- si säästömetsiksi (Parpola & Åberg 2009). 1920-lu- vulla Kotisten alueen komeat metsät ja järeät puut huomattiin, ja aluetta ehdotettiin säästömetsäksi. Kotisten ydinalueen metsät saivat kehittyä rau- hassa ja alueesta perustettiin Metsähallituksen päätöksellä ns. aarnialue vuonna 1955. Alue oli silloin kooltaan n. 55 ha ja se rauhoitettiin kaikelta metsätaloustoiminnalta. Suuri osa nykyisen suoje- lualueverkoston vanhojen metsien suojelualueista erityisesti Etelä-Suomessa on saanut alkunsa Met- sähallituksen perustamista aarnialueista. Vuonna 1987 alkaneen ympäristön yhdennetyn seurannan turvaamiseksi Metsähallitus laajensi aarnialuetta suunnilleen nykyisen suojelualueen kokoiseksi. Evon ja Kotisten alue on ollut jo mukana maam- me ensimmäisissä suojeluohjelmissa. Kansallis- puistokomitean mietinnössä (1976) ehdotettiin pe- rustettavaksi Evon luonnonpuisto. Kotisten aluetta ehdotettiin kaksiosaisen puiston toiseksi osaksi. Toinen osa olisi ollut nykyinen Sudenpesänkan- kaan alue. Mietinnön mukaan luonnonpuisto piti perustaa vuoteen 1982 mennessä. Vaikka luonnon- puistoa ei perustettu, oli Kotisten alue mukana vanhojen metsien suojelutyöryhmän mietinnössä 1992, jossa ehdotettiin alueen perustamista ase- tuksella luonnonsuojelualueeksi 221 hehtaarin suuruisena (Ympäristöministeriö 1992). Kotisten alue perustettiin lopulta 232 hehtaarin suuruisena asetuksella luonnonsuojelualueeksi 1.1.1994 (ku- va 1). Kotisten suojeluarvojen varmistamiseksi ja lajiston leviämismahdollisuuksien turvaamiseksi perusti Metsähallitus Länsi-Suomen luonnonva- rasuunnittelun yhteydessä 1997 Kotisten ympäril- le suojelumetsävyöhykkeen (Metsähallitus 1997). Vyöhykkeen metsätaloustoiminta loppui ja alueel- la tehdään vain ennallistamiseen ja luonnonhoi- toon liittyviä toimenpiteitä. 14 Suomen ympäristö 34 | 2011 Kuva 1. Kotisten luonnonsuojelualue. Fig. 1. Map of the Kotinen nature reserve area. Valkea-Kotinen Lake Valkea-KotinenErkki Oksanen 15Suomen ympäristö 34 | 2011 Kotisten luonnonpiirteet ja lajisto Kotisten metsät ovat rehevyydeltään pääosin tuo- reita tai lehtomaisia kankaita. Alueella esiintyy myös runsaasti luonnontilaisia tai vain lievästi muuttuneita korpia. Rehevyydeltään ne vastaavat metsien rehevyystasoa (Airaksinen ym.1989). Kotisten alueen metsien tilan kehitykseen ovat olleet leimallisia erityisesti metsäpalot. Alkuperäi- sen aarnialueen metsät ovat palojen jälkeen kehit- tyneet kuitenkin lähes ihmiskäden puuttumatta, tosin yksittäisiä puita tai rungon osia on aikojen kuluessa poistettu. Koillisharjanteella on todennä- köisesti tehty jopa jonkinlainen valikoiva hakkuu (Tuominen 1990). Luonnonsuojelualueen entisiä talousmetsäosia on sen sijaan hoidettu monin pai- koin aina 1950-luvulle saakka. Alkuperäisen aarnialueen männikön vanhim- man puuston ikä lähentelee 300 vuotta; männikön keski-ikä 1980-luvun lopussa oli 220 vuotta (Tuo- minen 1990). Metsähallituksen paikkatiedoissa vanhimpien kuvioiden mäntyjen kokonaisikä on noin 220 vuotta sekä kuusien, koivujen ja haapojen noin 150 vuotta. Vanhimmilla aarnialueen kuvi- oilla puuston kokonaismäärä on poikkeuksellisen suuri, jopa 600–700 m3 hehtaarilla. Luonnontilai- simmilla kuvioilla kasvavat runsaina kaikki ylei- semmät metsäpuulajimme (kuusi, mänty, koivu ja haapa). Haavan osuus on poikkeuksellisen suuri. Kotisten vanhalta osalta 25 hehtaarin alalta mitat- tiin yhteensä 1245 isoa haapaa mikä on noin 50 haapaa hehtaarilla. Suojelualuetta ympäröivillä talousmetsäalueilla vastaava tiheys on vain 2,7 haapaa hehtaarilla (Ahola 2005). Kotisten alueella onkin poikkeuksellisen suuri merkitys haapaan sitoutuneen lajiston säilyttämisessä. Luonnonti- laisessa metsässä on myös runsaasti lahopuuta. Kotisten parhailta kuvioilta lahopuuta on mitattu jopa 60–90 m3 hehtaarilla. Evon ja erityisesti Kotisten alueella on poikke- uksellisen suuri merkitys uhanalaisen ja silmälläpi- dettävän eliöstön suojelukohteena (Metsähallitus 2010). Evon alueella elää noin 100 uhanalaista tai silmälläpidettävää lajia (Rassi ym. 2001). Näistä pääosa elää vain Kotisten alueella. Uhanalaisia la- jeja on löydetty lähes kaikista eliöryhmistä: linnut, nisäkkäät, hyönteiset, sammalet, jäkälät ja sienet. Kotisten lahopuustoiset metsät elättävät run- saasti vanhojen metsien lintulajeja. Kolopesijöiden osuus oli vuonna 1988 tehdyssä selvityksessä jopa 39 % pesimälajeista (Koskimies 1988). Koloihin pe- sivistä varpuslinnuista runsaimpia ovat leppälintu, harmaasieppo, kirjosieppo, talitiainen ja puukii- pijä. Harvalukuisempia kolopesijöitä ovat pikku- sieppo, töyhtötiainen ja kuusitiainen. Tavattiinpa alueella jopa sinipyrstökin vuonna 1991 (Birdlife Suomi 1991). Tikoista alueella pesivät käpytikka, pohjantikka, pikkutikka ja palokärki. Pohjantikan tiheys oli Koskimiehen (1988) selvityksessä poik- keuksellisen suuri (jopa 8 paria km-2). Pöllöistä tavataan varpuspöllö, helmipöllö ja viirupöllö. Runsaimpia lintulajeja ovat kuitenkin hippiäi- nen, pajulintu, peippo ja vihervarpunen (Rusanen 1997). Kotisten koko alueella linnuston tiheys oli vuoden 1997 linjalaskennassa noin 280 paria km-2 (Rusanen 1997) ja Koskimiehen (1988) laskennassa vanhimmalla osalla noin 600 paria km-2. Kotisten alueen nisäkkäistä kanadanmajava asusteli yli 20 vuotta sitten Musta-Kotisen ja Val- kea-Kotisen rannoilla. Majavan jäljiltä on edelleen nähtävissä useita kaadettuja jättihaapoja. Karu ym- päristö ei soveltunut majavalle kuitenkaan kovin pitkään. Metsäjänis ja hirvi myös elävät alueella. Kotisilla elää myös elinvoimainen liito-oravapo- pulaatio, ja alueella saattaa tavata myös harvalu- kuisen metsäsopulin. Kotisilla elää monia lahopuusta ja erityisesti haa- vasta riippuvaisia hyönteislajeja (Rutanen 1995). Sellaisia ovat esimerkiksi idänlahopoukko, helo- jäärä ja suomenpuukärpänen (Ympäristöhallinnon Hertta eliölajit-tietojärjestelmä). Erityismaininnan ansaitsee äärimmäisen uhanalainen punahärö. Laji elää vain vanhojen kuolevien haapojen kuoren alla. Lajilla on Suomessa ainoastaan kaksi esiintymää (Kallonen ym. 2009). Toinen niistä sijaitsee Kotisilla ja sen ympäristössä. Punahärön ja muiden haavas- ta riippuvaisten lajien suojelemiseksi on Kotisten ympäristössä lisätty haavan määrää (Hämeen am- mattikorkeakoulu 2005). Valkea-Kotisen aarnimetsää Old virgin forest at Valkea-Kotinen Integrated Monitoring site Jorma Keskitalo 16 Suomen ympäristö 34 | 2011 Jäkälä- ja sammallajistossa on useita vanhojen metsien vaateliaita ja uhanalaisia lajeja. Esimer- kiksi erittäin uhanalaisen lännenmunuaisjäkälän populaatio on Kotisilla vielä kohtalaisen runsas. Kotisilla elää jopa kaksi kolmasosaa lajin koko maan tunnetusta populaatiosta mutta suuri osa elää vain yhdellä puun rungolla (Jääskeläinen 2010). Muita uhanalaisia jäkäliä ovat kelonuppijä- kälä, takkuhankajäkälä ja varjojäkälä. Uhanalaisis- ta sammalista mainittakoon haapariippusammal, kantopaanusammal ja hitupihtisammal. Hävin- neeksi luokiteltu kantopihtisammal löytyi Kotisilta vuonna 2001 (Ympäristöhallinnon Hertta eliölajit- tietojärjestelmä). Kotisten kääpälajisto tunnetaan myös poik- keuksellisen hyvin. Kääväkkäitä ovat tutkineet Penttilän ym. (2006) lisäksi mm. Tuomo Niemelä ja Pertti Renvall (Ympäristöhallinnon Hertta eliölajit- tietojärjestelmä). Alueella tavataan vaarantuneista uhanalaisista mm. erakkokääpää, poimukääpää ja välkkyludekääpää. Silmälläpidettävistä lajeista mainittakoon esim. huopakääpä, korkkikerros- kääpä, käpäläkääpä ja tippakääpä. Uhanalaisia ja silmälläpidettäviä kääpälajeja on tavattu yhteensä parikymmentä. Kotisten alue monipuolisen tutkimuksen kohteena Kotisten alue valittiin virallisesti ympäristön yh- dennetyn seurannan kohteeksi vuonna 1988, mutta yhdennetyn seurannan tutkimuksia alueella aloi- teltiin jo vuonna 1987. Alkuvaiheessa tehtiin mo- nipuoliset perusinventoinnit, mm. alueen kasvil- lisuus (Lindholm ym. 1988; Airaksinen ym. 1989), kallio- ja maaperä (Kaija ym. 1992) sekä linnusto (Koskimies 1988) kartoitettiin tarkasti. Yhdenne- tyn seurannan alkuvaiheessa tehdyt monipuoliset perusinventoinnit ovat osaltaan lisänneet kiinnos- tusta alueen käyttämiseksi myös muuhun tutki- mukseen yhdennetyn seurannan aihepiirin ulko- puolelta. Kotisten alue ja siellä erityisesti vanhan aarni- alueen luonnontilaisimmat osat ovat olleet muka- na mm. metsien pirstoutumista tutkivissa hank- keissa. Kotisten ja Sudenpesänkankaan luonnon- suojelualueet ovat olleet esimerkkeinä suuremmis- ta luonnonmetsäpirstaleista ja Evon pienemmät aarniosat vain hehtaarien kokoisista pirstaleista. Kääväkkäiden osalta on mm. todettu, että Hämeen metsäpirstaleissa esiintyy huomattavasti vähem- män harvinaisia ja uhanalaisia kääväkäslajeja kuin Kuhmossa. Suurimpana syynä tähän lienee Hä- meen alueen metsien tehokkaampi ja pidempään kestänyt metsätalouskäyttö (Penttilä ym. 2006). Kotisten runsas haapapopulaatio on ollut moni- puolisen mielenkiinnon kohteena. Haapojen kloo- nirakennetta koskevassa tutkimuksessa todettiin kloonien olevan yllättävän pieniä (Suvanto & Lat- va-Karjanmaa 2005). Kloonien pieni koko viittaa siihen, että Kotisten haavat ovat ensimmäistä sie- mentaimista syntynyttä sukupolvea. Haavan tie- detään lisääntyvän siementaimista yleensä hyvin huonosti (de Chantal ym. 2005), ja lisääntyminen edellyttää yleensä jonkinlaista suurempaa häiriö- tä, kuten metsäpaloa. Toistuvat palot 1800-luvulla ovat luoneet haavalle hyvät lisääntymisedelly- tykset (Montell 1879). Haavan rungolla elävien epifyyttisten jäkälälajien monimuotoisuutta on tutkinut erityisesti Kuusinen (1994). Haavalla sii- hen erikoistuneiden lajien osuus on varsin suuri. Punahärö (Cucujus cinnaberinus) Petri Martikainen Isokarpalo Cranberry (Vaccinium oxycoccos) Jorma Keskitalo 17Suomen ympäristö 34 | 2011 Uhanalaisen haapariippusammalen esiintymistä alueella on myös tutkittu, mutta lajia ei löydetty Kotisten parhaiden alueiden ulkopuolelta (Kuusi- nen & Penttinen 1999). Epifyyttitutkimuksia jatket- tiin toistamalla Kuusisen (1994) tekemät epifyytti- inventoinnit (Fedrowitz 2008). Sammalista erityisesti lahopuulla esiintyviä maksasammalia on tutkittu tiiviisti parin vuosi- kymmenen ajan (Laaka-Lindberg 2000). Tutki- musten yhteydessä on kertynyt runsaasti tietoa myös alueen muista sammallajeista. Vuoteen 2000 mennessä alueelta oli löydetty yhteensä 28 maksasammallajia, 21 rahkasammallajia ja 83 muuta lehtisammallajia (Laaka-Lindberg 2000). Maksasammaltutkimukset ovat jatkuneet myös 2000-luvulla (Laaka-Lindberg 2005; Hola 2009). Evon suojelualueilla on tärkeä rooli korpie- kosysteemien suojelussa. Evolla on jo kymmenen vuoden ajan pyritty ennallistamaan ojitettuja kor- pia, ja tekemään korpien ennallistamiseen liittyviä tutkimuksia Suomen ympäristökeskuksen (SYKE), Metsähallituksen ja Helsingin yliopiston yhteis- työnä. Kotisten luonnontilaiset tai vain lievästi muuttuneet korvet ovat toimineet luonnontilaisina vertailukohteina mm. kasvillisuuden muutosten (Aapala & Tukia 2008), puuston ja puustorakenteen muutosten (Nupponen 2010) sekä korpiekosystee- mien toiminnallisen monimuotoisuuden palautu- misen osalta (Maanavilja ym. 2009). Kirjallisuus Aapala, K. & Tukia, H. 2008. Restoration as a tool to improve the quality of drained spruce mires in conservation areas. In: Farrell, C. & Feehan, J. (eds.). After Wise Use – The Future of Peatlands. Volume 1, Oral Presentations. Procee- dings of the 13th International Peat Congress. Tullamore, Ireland, 8.-13 June 2008. Jyväskylä, International Peat Society. P. 17–20. Airaksinen, O., Mäkelä, K. & Tuominen,S. 1989. Aluskas- villisuuden ja puuston inventointi Kotisten yhdennetyn seurannan alueella 1988. Ympäristöministeriö, ympäristö- suojeluosasto. Selvitys 70 1989. 36 s. ISBN 951-47-2123-3. Ahola, R. 2005. Haavan esiintyminen Evon suojelualueiden ympäristössä. Hämeen ammattikorkeakoulu, metsätalou- den koulutusohjelma. Opinnäytetyö. 49 s. Birdlife Suomi. Vuoden 1991 harvinaisuushavainnot. www. birlife.>havainnot>rk>rk-1991. de Chantal, M., Kuuluvainen, T., Lindberg, H. & Vanha-Maja- maa, I. 2005. Early regeneration of aspen (Populus tremula) from seed after forest restoration with re. Scandinavian Journal of Forest Research 20 (Suppl 6): 33–42. Fedrowitz, K. 2008. Kirjallinen tiedonanto 12.2.2008. Hertta eliölajit. Uhanalaisten eliölajien tietorekisteri. Suomen ympäristökeskus. Helsinki. Hola, E. 2009. Kirjallinen tiedonanto 30.6.2009. Hämeen ammattikorkeakoulu, 2005. Evo – eteläsuomalaisen metsäluonnon suojelua ja tiedotusta –hanke 1.5.2002– 30.9.2005. HAMKin julkaisuja 16/2005. 13 s. ISBN 951-784- 332-1 Jääskeläinen, K. 2010. Tutkija, Kasvimuseo. Helsinki. Suulli- nen tiedonanto 14.12.2010. Kaija, J., Paukola,T. & Taskanen, H. 1992. Kotisten yhdenne- tyn seurannan alueen kallio- ja maaperä. Vesi- ja ympäris- töhallitus. Helsinki. Vesi- ja ympäristöhallituksen moniste- sarja nro 407. 17 s. ISBN 951-47-5611-8. Kallonen, S., Mannerkoski, I. & Ilmonen, J. 2009. Metsähalli- tuksen vastuulajien tila ja suojelutaso vuonna 2006. Tieto- lomake, lajit. Metsähallitus.4 s. Kansallispuistokomitean mietintö. 1976. Komiteanmietintö 1976: 88. Helsinki. 199 s. Koskimies, P. 1988. Pesimälinnuston kartoitus yhdennetyn seurannan alueilla 1987. Ympäristöministeriö, ympäristön- suojeluosasto. Sarja D:45. 38 s. ISBN 951-47-0449-5. Kuusinen, M. 1994. Epiphytic lichen ora and diversity on Populus tremula in old-growth and managed forest of southern and middle boreal Finland. Annales Botanici Fennici 31: 245–260. Kuusinen, M. & Penttinen, A. 1999. Spatial pattern of the thre- atened epiphytic bryophyte Neckera pennata at two scales in a fragmented boreal forest. Ecography 22: 729-735. Laaka-Lindberg, S. 2000. Bryophytes and Bryology at Kotinen Nature Reserve, Lammi. Lammi Notes 27: 3–10. Laaka-Lindberg, S. 2005. Reproductive phenology in the leafy hepatic Lophozia silvicola Buch in southern Finland. Journal of Bryology 27: 251–257. Lindholm, T., Airaksinen, O., Mäkelä, K. & Tuominen, S. 1988. Kotisten yhdennetyn seurannan alueen kasvillisuus. Ympäristöministeriö, ympäristönsuojeluosasto. Sarja D 44/1988. 117 s. ISBN 951-47-0448-7. Maanavilja, L., Aapala, K., Kotiaho, J. & Tuittila, E.-S. 2009. Restoration of functional biodiversity in boreal spruce swamp forests. Conference Abstracts. 19th Conference of the Society for Ecological Restoration International, Perth, Western Australia, Australia 23-27 Aug 2009. P. 254. Metsähallitus, 1997. Länsi-Suomen alueen luonnonvarasuun- nitelma. Metsähallituksen metsätalouden julkaisuja 12. 112 s. ISBN 952-446-037-8. Suopursu Labrador tea (Rhododendron tomentosum) Jorma Keskitalo 18 Suomen ympäristö 34 | 2011 Metsähallitus, 2010. Evon retkeilyalueen hoito- ja käyttösuun- nitelmaluonnos. 129 s. Montell, R. (toim.). 1879. Talouskirjoja Hokajärven metsälo- hosta Evon kruununpuistossa. Finska Forstföreningens Meddelanden 1: 99–139. Nupponen, H., 2010. Korpien ennallistamisen lyhyen aikavä- lin vaikutukset puustoon ja puustorakenteeseen. Metsä- ekologian pro gradu-työ, Metsätieteiden laitos, Helsingin yliopisto, Joulukuu 2010. Käsikirjoitus. Parpola, A. & Åberg, V. 2009. Metsävaltio, Metsähallitus ja Suomi 1859–2009. Helsinki. 496 s. ISBN 978-951-37-5582-9. Penttilä, R., Lindgren, M., Miettinen, O., Rita, H. & Hanski, I. 2006. Consequences of forest fragmentation for polyporo- us fungi at two spatial scales. Oikos 114: 225–240. Rassi, P., Alanen, A., Kanerva, T. & Mannerkoski, I. (toim.). 2001. Suomen lajien uhanalaisuus 2000. Ympäristöminis- teriö & Suomen ympäristökeskus. Helsinki. 432 s. ISBN 951-37-3594-X. Rusanen, P. 1997. Linnuston linjalaskennat Länsi-Suomen puistoalueessa 1997. Metsähallitus. Käsikirjoitus. Rutanen, I.1995. Etelä-Suomen vanhojen metsien kovakuo- riaiset II. Vesi- ja ympäristöhallitus. Helsinki. Vesi- ja ympäristöhallinnon julkaisuja – sarja A 215. 76 s. ISBN 951-53-0164-5. Sistola, K. (toim.). 2002. Evolla ensimmäisenä. Metsänhoito- opistosta osaksi ammattikorkeakoulua 1862–2002. Hämeen ammattikorkeakoulu. 214 s. Suvanto, L.I. & Latva-Karjanmaa, T.B. 2005. Clone identica- tion and clonal structure of the European aspen (Populus tremula). Molecular Ecology 14: 2851–2860. Tuominen, S. 1990. Kotisten aarniometsän metsähistoria ja puustorakennetyypit. Pro gradu –tutkielma. Helsingin yliopisto, kasvitieteen laitos. 77 s. Ympäristöministeriö, 1992. Vanhojen metsien suojelu valtion mailla Etelä-Suomessa: vanhojen metsien suojelutyöryh- män osamietintö. Ympäristöministeriö, Helsinki. Työryh- män mietintö 70/1992. 61 s. ISBN 951-47-5198-1. Wallenius, T.H., Lilja, S. & Kuuluvainen, T. 2007. Fire history and tree species composition in managed Picea abies stands in southern Finland: Implications for restoration. Forest Ecology and Management 250: 89–95. 19Suomen ympäristö 34 | 2011 3 Valkea-Kotisen tutkimusalueen yleiskuvaus Jussi Vuorenmaa, Suomen ympäristökeskus Petri Horppila, Hämeen ELY-keskus Valkea-Kotisen yhdennetyn seurannan alue sijait- see Hämeessä Hämeenlinnan Evon järvi- ja metsä- alueella Kotisten luonnonsuojelualueella (61° 14´ N, 25° 04´ E). Tutkimusalueen pinta-ala on noin 30 hehtaaria, ja rajoittuu eteläpuolella järven ulosvir- tauspuron mittapadolle ja luonnonsuojelualueen rajalle (kuva 1). Alueen kokonaispinta-alasta noin 62 % on keski- ja niukkaravinteista kangasmetsää ja 25 % soita ja turvekangasta. Tutkimusalue sijaitsee 155–180 metriä merenpinnan yläpuolella (mpy). Järven varsinaisen valuma-alueen pinta-ala on 26 hehtaaria. Valkea-Kotinen-järven pinta-ala on 3,6 hehtaaria, eli 12 % tutkimusalueen pinta-alasta. Jär- ven maksimisyvyys on 6,5 metriä ja keskisyvyys kolme metriä. Valkea-Kotisen tutkimusalue sijaitsee eteläbo- reaalisella metsäkasvillisuusvyöhykkeellä, noin 100 vuotta lähes luonnontilaisena säilyneellä aar- nialueella. Alueelle ovat tyypillisiä pienpiirteisesti vaihtelevat kankaat ja suot. Metsät alueella ovat pääosin kehitysvaiheeltaan vanhaa metsää, ja ovat puulajisuhteiltaan monipuolisia, ja ikä- ja koko- rakenteeltaan vaihtelevia. Pääpuulajina on kuusi, lisäksi alueella esiintyy mäntyjä, koivuja sekä haa- paa. Alueella esiintyy luonnonmetsille ominaisesti kuolleita pystypuita ja varsin runsaasti kaatuneita hajoavia maapuita. Alueella esiintyneiden van- hojen metsäpalojen jälkiä näkyy vielä vanhoissa puunrungoissa. Harvapuustoisia soita on järven rannoilla ja laajempana alueena järven pohjois- ja eteläpuolella. Eteläpuolella on myös vähän avo- suota (kuva 2). Arviolta 1900-luvun alkupuolel- la järven eteläosaan tehtiin lasku-uoma, minkä seurauksena järven pinta jonkin verran laski ja rantasuot ovat kuivahtaneet. Alueen kasvillisuus- tyyppejä hallitsee mustikkatyyppi (MT). Muut esiintyvät tyypit ovat käenkaali-mustikkatyyppi (OMT), mustikkakorpi (MK) ja mustikkaturvekan- gas (Mtkg) (Tuominen ym. 2001, Kokko ym. 2002). Kuva 1. Valkea-Kotisen ympäristön yhdennetyn seurannan tutkimusalue. Fig. 1. Map of the Valkea-Kotinen Integrated Monitoring area. Kuva 2. Kotisten alueen kasvillisuus (Seppo Tuominen, SYKE). Fig. 2. Vegetation of Kotinen area (Seppo Tuominen, SYKE). 20 Suomen ympäristö 34 | 2011 Valkea-Kotisen tutkimusalueen kallioperä on osa vanhaa prekambrista peneplaania eli puolita- sankoa, joka on pitkäaikaisen kulutuksen tulokse- na syntynyttä loivasti kumpuilevaa aluetta. Kallio- perä koostuu pääosin noin 1900 miljoonaa vuotta vanhoista kiillegneisseistä, jotka ovat alun perin olleet veteen kerrostuneita vaihtelevan paksuisia savi- ja hiekkasedimenttejä. Tutkimusalueen ete- läpuolella esiintyy myös suuri granodioriittialue (Kaija ym. 1992). Tutkimusalue on kokonaisuu- dessaan supra-akvaattista eli jääkauden jälkeisen ylimmän rannan yläpuolista aluetta. Näin ollen alueella ei ole huuhtoutuneita rantakerrostumia kuten hiekkoja ja soria, vaan jäätikön kulutustoi- minnasta syntyneen moreenin raekokojakauma on säilynyt lähes muuttumattomana. Vallitsevin maa- laji on hietaista hiekkamoreenia, joka ohuena peit- teenä (< 3 m) verhoaa alla olevaa kallioperää. Mo- reenipeitteen päällä on tyypillinen podzolikerros. Valuma-alueen itäpuolella rinteissä on kalliopal- jastumia ja alle metrin moreenikerroksen peittämiä kallioita. Maaston alavissa kohdissa on pienialaisia turvealueita, joissa saraturve on vallitsevin (Kaija ym. 2001). Valkea-Kotisen maa- ja kallioperää on kuvattu tarkemmin luvussa 6. Kirjallisuus Kaija, J., Paukola, T. & Tanskanen, H. 1992. Kotisten yhdenne- tyn seurannan alueen kallio- ja maaperä. Vesi- ja ympäris- töhallitus. Vesi- ja ympäristöhallituksen monistesarja nro. 407, Helsinki. 17 s. Kokko, A., Mäkelä K., Tuominen, S. 2002. Aluskasvillisuuden seuranta Suomen ympäristön yhdennetyn seurannan alueilla 1988–1998. Suomen ympäristö 544. 97 s. Tuominen, S., Kokko, A. & Mäkelä K. 2001. Kasvillisuuden ja puuston kartoitukset ja inventoinnit Suomen yhdennetyn seurannan alueilla. Suomen ympäristökeskus. Suomen ympäristökeskuksen moniste 241. Helsinki. 52 s. 21Suomen ympäristö 34 | 2011 4 Ilmasta tuleva kuormitus ja sen muutokset Valkea-Kotisen alueella Tuija Ruoho-Airola, Ilmatieteen laitos Matti Verta ja Markku Korhonen, Suomen ympäristökeskus Mittaukset ilman kautta tulevan kuormituksen selvittämiseksi Valkea-Kotisen ympäristön yhdennetyn seurannan ilman ja sadeveden laadun mittausohjelma käyn- nistettiin vuonna 1987 tuottamaan kuormitustie- toa ilman kautta laskeutuvista ekosysteemeille haitallisista aineista. Tiedettiin, että ilman saasteet saattoivat kulkeutua ilmamassojen mukana jopa tuhansien kilometrien päähän päästölähteistä. Ri- kin pitoisuudet ja laskeumat olivat kansainvälisen ilmansaasteiden päästörajoituksen myötä alentu- neet jonkin verran 1970-luvun huippuarvoista, mutta olivat edelleen haitallisia laajalla alueella Eu- roopassa. 1980-luvulla ilman laadun tutkimuksen mielenkiinto oli laajentunut kattamaan rikin lisäksi Taulukko 1. Mittaukset ilmasta tulevan kuormituksen selvittämiseksi Valkea-Kotisen tutkimusalueella. Table 1. Precipitation, air quality and meteorology measurements in Valkea-Kotinen Integrated Monitoring area. Keräysmedia Mittaaja Mittausaika Mitatut komponentit Aloitusaika Lopetusaika Laskeuma IL 1 kk H+, Cl, NO3, SO4, NH4, Mg, Ca, Na, K 1.4.1987 Laskeuma IL 1 kk Zn, Pb, Cu, Cd, Cr, Fe, Mn, V 1.6.1990 Laskeuma IL 1 kk Ni, As 1.1.1994 Laskeuma IL 1 kk Al, Co 1.1.2003 Laskeuma SYKE 1 kk Hg 1.7.19943) 12.2009 Laskeuma IL 1 kk Hg 1.9.2009 Laskeuma SYKE 1 kk 1) PCB, PAH, OCP2) 1.6.1993 Laskeuma SYKE 1 kk 1) PCDD/F, non-orto PCBt 19.5.1998 2.1.2009 Kaasut IL 1 kk SO2 1.1.1996 31.12.2003 Kaasut IL 1 kk NO2 1.1.1996 31.12.2007 Kaasut IL 1 t O3 30.11.1994 Meteorologia IL 1 t–1 vrk sademäärä, lämpötila, kosteus, tuulen suunta ja nopeus, säteily 1.4.1987 1) Suurimman osan ajasta vain touko–marraskuu Measurements mostly between May-Novemeber 2) Sisältää: HCB, α HCH, γ HCH, lindaani, α klordaani, DDT-yhdisteet Including: HCB, α HCH, γ HCH, lindane, α chlordane, DDT-compounds 3) Vuosina 1994–2004 keräys Janakkalan tutkimuskentällä, etäisyys n. 30 km Evolta During 1994–2004 sampling was made at Janakkala research area, the distance from Janakkala to Evo is about 30 km. muitakin yhdisteitä. Siten yhdennetyn seurannan mittausohjelma käynnistyi Valkea-Kotisella alus- ta alkaen laajalla happamoittavien ja rehevöit- tävien yhdisteiden ohjelmalla, jota myöhemmin laajennettiin otsoni- ja raskasmetallimittauksilla. Valkea-Kotisen lähialueella on myös mitattu py- syvien orgaanisten ympäristömyrkkyjen (ns. POP- yhdisteet) pitoisuuksia sadevedestä 1993 lähtien. Valkea-Kotisen mittausasemalta mitattavat suureet on esitetty taulukossa 1. Mittausten alkaessa pe- rustettiin lähelle Valkea-Kotista Iso-Evon ilmas- toasema tuottamaan meteorologisia perustietoja tulosten tulkintaa varten. Osa tarvittavista meteo- rologisista havainnoista on peräisin läheisiltä Il- matieteen laitoksen havaintoasemilta. Alueellisen ympäristöviranomaisen ja Evon metsäopiston pa- nos seurannan toteuttamisessa on ollut merkittävä. 22 Suomen ympäristö 34 | 2011 Muutoksia epäpuhtauspitoisuuksissa Sadeveden happamoitumiseen liittyvien yhdistei- den laskeumat Valkea-Kotiselle tasoitettuna, Gaus- sin käyrällä painotettuna aikasarjana, on esitetty kuvassa 1. Menetelmä suodattaa vaihtelusta pois lyhimmät aallonpituudet, jolloin jäljelle jää pitkän ajanjakson muutosta kuvaava käyrä. Ilman kaut- ta ekosysteemiä kuormittavan sulfaattilaskeuman määrä vähentyi Valkea-Kotisella voimakkaasti 1980-luvun lopulla. 1990-luvun puoliväliin vähen- tyminen jatkui kohtalaisena, mutta 2000-luvulla selvää muutosta ei enää ole mitattavissa (kuva 1). Vetyioni- nitraatti- ja ammoniumlaskeumat alenivat mittausjakson alusta 1990-luvun puo- liväliin saakka, jonka jälkeen nitraatti- ja ammo- niumkuormituksessa ei ole havaittavissa selvää muutosta ja vetyionikuormituksen väheneminen tasoittui. Sulfaatti- ja ammoniumpitoisuus sadeve- dessä ovat alentuneet tilastollisesti merkitsevästi, sulfaattipitoisuuden väheneminen koko jaksolla 1990–2000 oli –54 %, ja vastaavasti ammoniumin –36 % (Ruoho-Airola ym. 2004). Sadeveden pH-arvo kuvaa sateen happamoit- tavaa vaikutusta. Mittauksien alussa 1980-luvun lopulla pH-arvon vuosikeskiarvo oli Valkea-Ko- tisella noin 4,4, josta se on noussut noin 4,7:ään 2000-luvun loppupuolella. Muutos on suuri, kun yhden pH-yksikön muutos tarkoittaa kymmenker- taista muutosta happamuudessa. Raskasmetallien laskeuman muutosta selvitet- tiin ajanjaksolle 1998–2007 kaikkien Ilmatieteen laitoksen ilmanlaadun havaintoasemien tuloksis- ta. Neljälle yhdisteelle havaittiin Valkea-Kotisilla tilastollisesti merkitsevä muutos: laskeuma aleni alumiinilla, arseenilla (–43 %) ja lyijyllä (–35 %), sen sijaan kromilaskeuma nousi (+130 %). Mui- den raskasmetallien (Cd, Mn, Ni, Cu, Fe, V ja Zn) laskeuman muutos ei Valkea-Kotisella ole ollut tilastollisesti merkitsevää (Kyllönen ym. 2009). Myös elohopealaskeuma alueella on vähentynyt merkitsevästi, noin 40 % ajanjaksolla 1998–2006 (Wängberg ym. 2010). Muutoksen suuruuteen to- sin voi vaikuttaa se, että mittauspaikka on siirtynyt vuonna 2004 Janakkalan tutkimusalueelta Valkea- Kotiselle. Pysyvistä orgaanisista ympäristömyrkyistä dioksiinien ja furaanien (PCDD/F) laskeuma on ollut Valkea-Kotisen ympäristössä pääosin alle 1 pg WHO-TEQ m-2 d-1 (Korhonen ym. 2011). WHO- TEQ tarkoittaa YK:n maailman terveysjärjestön määrittelemää kokonaistoksisuuspitoisuutta eri dioksiiniyhdisteillä. Korkeampia pitoisuuksia ja laskeumaa (1–3,5 pg m-2 d-1) on mitattu erityisesti syksyisin (1999, 2000, 2003, 2006, 2007). Syksyjen 1999 ja 2000 selvästi kohonneita laskeuman ta- soja (10–13 pg m-2 d-1) ei ole viime vuosina enää havaittu (kuva 2). Dioksiinin kaltaisten PCB-yh- disteiden laskeumat ovat olleet pieniä verrattuna PCDD/F-yhdisteisiin. PCDD/F-yhdisteiden tok- sisuuden päämuodostajina ovat olleet kongeneerit 12378-PeCDD ja 23478-PeCDF ja PCB:n osalta PCB- 126. Kongeneerit ovat samankaltaisia yhdisteitä, joissa on kuitenkin esimerkiksi eri määrä klooria. Dioksiinien laskeumataso on Suomessa pienempi kuin Itämeren pääaltaalla. Mittausjakson aikana on havaittu laskeva suuntaus varsinkin korkeammin kloorautuneissa dioksiineissa ja furaaneissa. Otsonipitoisuus noudattaa voimakasta vuo- denaikaisvaihtelua. Lammi Evon mittausasemalla Valkea-Kotisen läheisyydessä kuukausipitoisuus on ollut maksimissaan keskimäärin 75 µg m-3 huh- tikuussa ja minimissään noin 50 µg m-3 syksyn ja alkutalven aikana. Vuosipitoisuus ei ole muuttu- nut tilastollisesti merkittävästi (Anttila & Tuovinen 2010). 0 100 200 300 400 500 600 1987 1992 1997 2002 2007 tasoitettu laskeuma (mg m-2, H+ 100 µmol m-2) H+ NO3-N SO4-S NH4-N Kuva 1. Sadeveden sulfaatti- (SO4-S) , vetyioni- (H+), nit- raatti- (NO3-N) ja ammoniumlaskeuman (NH4-N) muutos Valkea-Kotisen tutkimusalueella vuosina 1988–2009. Yk- sikkö mg m-2 vuodessa, paitsi H+ 100 µmol m-2 vuodessa. Tasoitettu, painotettu aikasarja. Fig. 1. Change in the sulphate (SO4-S), hydrogen ion (H+), nitrate (NO3-N) and ammonium (NH4-N) deposition at Valkea-Kotinen Integrated Monitoring site in 1988–2009. Unit mg/m2 per year, except H+ 100 µmol/m2 per year. Smoothed, weighted time series. 23Suomen ympäristö 34 | 2011 Valkea-Kotisen alueen tulokset verrattuna pitoisuuksiin muualla Suomessa ilman kautta laskeutuva ilmansaas- teiden kuormitus on yleensä suurinta etelässä ja vähenee pohjoiseen päin. Tämä johtuu siitä, että vallitsevat ilmavirtaukset käyvät lounaasta ja lou- naan sekä etelän puolella Suomea sijaitsee suuria päästöalueita. Maan koillisimmassa osassa on joil- lakin yhdisteillä toinen alueellinen maksimi Kuo- lan niemimaan päästöjen vuoksi. Valkea-Kotisen mittausasema sijoittuu eteläisen Suomen suuren laskeuman alueelle. Arvot ovat kuitenkin selväs- ti alhaisemmat kuin useimmilla Keski-Euroopan tausta-alueiden mittausasemalla. Valkea-Kotisella mitattiin ilman kaasumaisia yhdisteitä rikkidioksidia ja typpidioksidia passii- vimenetelmällä vuosien 1995 ja 2004 välisenä ai- kana. Samaa menetelmää on käytetty muillakin yhdennetyn seurannan mittausasemilla eripituisi- na jaksoina. Kuvassa 3 on verrattu näiden mittaus- asemien tuloksia toisiinsa. Valkea-Kotisella rikkidioksidipitoisuus on erityisesti talvella ollut hieman alhaisempi kuin Kevolla. Vuodenaikaisvaihtelu on molemmil- la asemilla ollut samanlainen, suurimmat arvot saavutetaan talvella, sen sijaan kesällä pitoisuus on ollut hyvin alhainen. Rikkidioksidia pääsee ilmaan rikkipitoisten polttoaineiden palamisessa energiantuotannossa sekä teollisuusprosesseissa, talviaikana myös Suomen päästöt lisääntyvät. Utsjoella Kevon ja Vuoskojärven asemilla on mi- tattu suurimmat kuukausikeskiarvot 1990-luvun lopulla. Näihin huippuihin on vaikuttanut Kuolan niemimaan suuret päästöt ilmanmassojen kulkeu- tuessa ajoittain koillisen-idän puolelta. Kuukauden mittaisen keruuajan vuoksi ei yksittäisen havain- non lähdealueita pystytä kuitenkaan jäljittämään. Valkea-Kotisella kuukausiarvot ovat yleensä olleet hieman alhaisemmat kuin Lieksan Hietajärvellä mitatut passiivikeräintulokset. Rikkidioksidin vuosipitoisuudet ovat Valkea-Kotisella olleet vuo- sina 1996–99 rikiksi laskettuna noin 1 µg m-3 luok- kaa, eli melko samansuuruisia kuin asemilla joilla mitataan impregnoituun (keräyskemikaalilla kyl- lästetty) suodattimeen perustuvalla menetelmällä. Virolahdella on pitoisuus kuitenkin ollut yleensä hieman muita asemia korkeampi. Typpidioksidin passiivikeräimellä mitattuja tuloksia on kuudelta asemalta: Valkea-Kotiselta, Hietajärveltä, Oulangalta, Pesosjärveltä, Kevolta ja Vuoskojärveltä. Typpidioksidia pääsee ilmaan polttoprosesseista, osa syntyy kotimaassa, mutta suuri osa kulkeutuu ilmamassojen mukana. Näin on ymmärrettävää, että eteläisimmän aseman Val- kea-Kotisen tulokset ovat korkeimmat. Joulu–hel- mikuiden pitoisuudet nousivat siellä jopa yli 1,5 µg m-3, kun ne muilla asemilla pysyttelivät yleensä alle 0,5 µg m-3. Kromin rikastumiskerroin sadevesinäytteissä on varsin alhainen, joten maaperästä peräisin olevan aineksen osuus kromipitoisuuksiin esim. aiemmin maahan laskeutuneen ja tuulen uudelleen kiertoon Kuva 2. Dioksiinien ja furaanien (PCDD/F) ja dioksiinin kaltaisten PCB-yhdisteiden (kPCB) laskeuma Evolla eri kuukausina vuosina 1998–2008 pg WHO-TEQ m-2 d-1. PCB-yhdisteiden laskeuma on havainnollisuuden vuoksi kerrottu luvulla 10. Vuosina 1998 ja 1999 ei analysoitu PCB-yhdisteitä. WHO-TEQ tarkoittaa YK:n maailman terveysjärjestön määrittelemää kokonaistoksisuuspitoisuutta eri dioksiiniyhdisteillä. Fig. 2. Monthly deposition of PCDD/F and dioksin-like PCB compounds in Evo in 1998–2008 (pg WHO-TEQ m-2 d-1). The deposi- tion values of PCB-compounds are multiplied by a number of 10. PCB-compounds were not analysed in the years 1998 and 1999. 1 4 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 kPCBs PCDD/F-s pg WHO-TEQ m -2 d -1 24 Suomen ympäristö 34 | 2011 nostattaman pölyn muodossa on suuri (Kyllö- nen ym. 2009). Kromipäästöjen on myös arvioi- tu lisääntyneen monissa Euroopan maissa kuten Valko-Venäjällä, Latviassa, Liettuassa ja Venäjällä vuosina 2000–2010. Valko-Venäjällä ja Liettuassa li- säys on ollut noin 50 % (Espreme 2008). Sadeveden mukana tulleen kromilaskeuman määrä kahdek- salla Ilmatieteen laitoksen mittausasemalla tasoi- tettuna, painotettuna käyränä on esitetty kuvassa 4. Virolahdella laskeuma on suurin ja Pallaksella ja Kevolla pienin. Muiden asemien, ml. Valkea- Kotinen, arvot asettuvat näiden väliin ja kehitys on niillä ollut keskenään varsin samanlainen (kuva 4). Eteläisen Suomen kromilaskeuman nousun ar- vioidaan johtuvan pääosin kaukokulkeutuneesta Kuva 3. Rikkidioksidipitoisuuden vaihtelu Suomen ympäristön yhdennetyn seurannan asemilla vuosina 1995−2003. Fig. 3. Fluctuation in the sulphur dioxide concentration at the Finnish Integrated Monitoring sites in 1995–2003. 0 1 2 3 4 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 Kevo Hietaj ärvi Valkea-Kotinen V uoskojärvi 5 SO2-S (passiivikeräin, µg m -3) Kuva 4. Kromin vuosilaskeuman ajallinen vaihtelu Suomen tausta-asemilla vuosina 1991−2009, yksikkö µg m-2, tasoitettu, painotettu aikasarja. Fig. 4. Fluctuation in the annual chromium deposition at the Finnish background stations in 1991−2009, unit µg m-2, smoothed, weighted time series. kromikuormasta, pohjoisemmilla asemilla koti- maisten päästöjen, mm. Tornion ferrokromitehdas ja Kemin kaivos, osuus on suurempi (Kyllönen ym. 2009). Wängberg ym. (2010) vertasivat elohopean las- keumia laajalla alueella Pohjois-Euroopassa (kuva 5). Mittausasemat on järjestetty etelä-pohjoisjärjes- tyksessä (Hollanti, De Zilk - Pohjois-Suomi, Pal- las). Laskeuman aleneminen näkyy lähes kaikilla näyteasemilla ja Etelä-Skandinaviasta (Råö-Lista) alkaen laskeuman taso alenee mitä pohjoisemmas- sa asema sijaitsee. Osalla asemista laskeuman pie- neneminen selittyy osin sademäärän muutoksella, mutta Evolla muutos johtuu kokonaan elohopea- pitoisuuden alenemisesta (Wängberg ym. 2010). 2010 0 50 100 150 200 1990 1995 2000 2005 tasoitettu kromilaskeuma (µg m-2) Koti nen Hietajärvi Virolahti Utö Hailuoto Oulanka Pallas Kevo 25Suomen ympäristö 34 | 2011 Ilmansaasteiden kulkeutuminen Valkea-Kotisen alueelle Ilmansaasteiden kulkeutumista voidaan selvittää ilmamassojen kulkeutumisreittien eli trajektorien avulla. Määrättyyn pisteeseen päättyneen ilma- massan liikettä seurataan taaksepäin useita vuoro- kausia, jolloin ilmamassan mukana kulkeutuneen ilmansaasteen kulkeutumisreitti ja alkuperä saa- daan arvioitua. Eri puolilta kulkeutunut ilma sisäl- tää hyvin erilaisia pitoisuuksia ilmansaasteita sen mukaan, millaisia päästökenttiä se on kulkeutu- mismatkansa aikana kohdannut. Jonkin suunnan kulkeutumisvuorokaudeksi on laskettu sellainen vuorokausi, jolloin vähintään kaksi neljästä 96 tun- nin mittaisesta trajektorista osuu ko. ilmansuun- taan. Noin kolmannes päivistä jää määrittelemättä vaihtelevan virtauksen vuoksi. EMEP-kaukokulkeutumisohjelman trajektori- en avulla Valkea-Kotiselle on laskettu keskimää- räinen (ka) ilmamassojen kulkeutumisfrekvenssi sekä suurin (max) ja pienin (min) vuosiarvo ko. suunnasta vuosina 1997–2003 (kuva 6) (EMEP 2011). Ilmamassat kulkeutuivat Valkea-Kotiselle useimmiten lännestä sekä muista ilmansuunnis- ta pohjoisen ja lounaan välillä. Näissä suunnissa sijaitsevien alueiden päästöt ja niiden muutokset ovat olleet tärkeitä Valkea-Kotisen ilman laadul- le ja laskeuman määrälle ja niiden kehitykselle. Harvimmin ilmamassojen kulkeutumissuunta on ollut idästä tai kaakon ja etelän suunnista. Näis- täkin suunnista tulevat ilmamassat vaikuttavat ilman laatuun ja laskeumaan, jos ne kulkiessaan ylittävät voimakkaita päästöalueita. Kulkeutuminen lännestä on ollut yleisintä ja sitä tapahtui suunnilleen yhtä paljon joka vuosi. Valkea-Kotisen ilmakuormituksen kannalta tämä on myönteinen asia, koska länsipuolella Suomea ei ole suuria päästölähteitä. Ilmanmassojen kul- keutuminen muista suunnista vaihteli vuosittain enemmän, idästä kulkeutuminen on kuitenkin aina ollut harvinaista. Kuva 5. Vuosittaisten Hg-laskeumien kehittyminen yhdeksällä Keski- ja Pohjois-Eurooppalaisella tutkimusasemalla vuosina 1995−2006 (Wängberg ym. 2010). Fig. 5. Time series of annual mercury deposition at nine Central and North European monitoring sites in 1995–2006 (Wängberg et al. 2010). 0 5 10 15 20 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 elohopealaskeuma (µg m-2) VavihillDe Zilk Zingst Westerl. R å ö Lista/Bi rk. E vo B redkälen Pallas 26 Suomen ympäristö 34 | 2011 Yhteenveto Valkea-Kotinen sijaitsee Etelä-Suomessa, missä il- man epäpuhtauslaskeuma ja sen vaikutus ekosys- teemeihin on suurempi kuin maan pohjoisosissa. Keski-Euroopan kuormitukseen verrattuna, Val- kea-Kotisen laskeumat ovat kuitenkin pieniä. Happamoittavien rikki- ja typpiyhdisteiden päästövähennyksistä johtuen rikkilaskeuman mää- rä on vähentynyt vuodesta 1987 noin kolmannek- seen ja vetyioni- sekä ammoniumlaskeuman määrä noin puoleen 1980-luvun lopun tasosta. Nitraatti- laskeuman määrä on alentunut vähiten. Monien raskasmetallien päästöt ilmaan ovat myös vähentyneet. Hivenalkuaineista alumiinin ja arseenin, sekä varsinaisista raskasmetalleista elo- hopean ja lyijyn laskeuman määrät ovat vähenty- neet. Kromin laskeuma on kasvanut, johtuen kro- mipäästöjen kasvusta osissa Eurooppaa. Pysyvien orgaanisten ympäristömyrkkyjen las- keumassa 1990-luvun lopulta on havaittu laskeva suuntaus varsinkin korkeammin kloorautuneissa dioksiineissa ja furaaneissa. Ilmamassat kulkeutuivat Evolle useimmiten lännestä, harvoin idästä. Vuosittainen vaihtelu kulkeutumissuuntien jakaumassa oli suurta. Kirjallisuus Anttila, P. & Tuovinen, J.-P. 2010. Trends of primary and se- condary pollutant concentrations in Finland in 1994–2007. Atmospheric Environment 44: 30–41. EMEP, 2011. Air trajectories, 2-d trajectories. www.emep.int ESPREME, 2008. National Emission Inventories. URL:http:// espreme.ier.uni-stuttgart.de/2008 (May, 2008). Korhonen, M., Verta, M., Salo, S., Vuorenmaa, J., Assmuth, T., Kiviranta, H. & Ruokojärvi, P. 2011. The deposition of PCDD/Fs and dioxin-like PCBs in Finland. (käsikirjoitus) Kyllönen, K., Karlsson, V. & Ruoho-Airola, T. 2009. Trace element deposition and trends during a ten year period in Finland. Science of the Total Environment 407: 2260–2269. Ruoho-Airola, T., Anttila, P. & Salmi, T. 2004. Airborne sulphur and nitrogen in Finland — trends and exposure in relation to air transport sector. Journal of Environmental Monitoring 6: 1–11. Wängberg, I., Aspmo Pfaffhuber, K., Berg, T., Hakola, H., Kyllönen, K., Munthe, J., Porvari, P. & Verta, M. 2010. Atmospheric and catchment mercury concentrations and uxes in Fennoskandia. TemaNord 2010:594. Nordic Council of Ministers, Copenhagen 2010. Kuva 6. Ilmamassojen kulkeutumissuunnan frekvenssi Valkea-Kotisen tutkimusalueelle trajektorien mukaan 1997‒2003, yksikkö kulkeutumis-vrk, keskimäärin vuo- dessa eri ilmansuunnista sekä suurin ja pienin vuosisumma ilmansuunnittain. Trajektoriaineisto EMEP-ohjelmasta (www.emep.int). Fig. 6. The frequence in the transport direction of air masses to Valkea-Kotinen Integrated Monitoring site according to trajec- tories 1997–2003, unit days of transport, average in year from the different sectors as well as the minimum and maximum annual sum. The trajectory data from the EMEP programme (www.emep.int). 0 20 40 60 N NE E SE S SW W NW keskiarvo max min Laskeuman keräystä Valkea-Kotisen tutkimusalueella Bulk deposition collectors at Valkea-Kotinen Integrated Moni- toring site Tuija Ruoho-Airola 27Suomen ympäristö 34 | 2011 5 Ilmasto ja sen muuttuminen Lammin alueella Kirsti Jylhä, Juha Kersalo ja Mikko Laapas, Ilmatieteen laitos Lauri Arvola, Helsingin yliopisto, Lammin biologinen asema Millainen on Lammin ilmasto? Kanta-Hämeen maakunta on kokonaisuudessaan eteläboreaalista ilmastovyöhykettä ja kuuluu kas- vien menestymisvyöhykkeisiin II ja III. Erillisiä pienehköjä ilmastollisia alueita on erotettavissa useitakin. Lammin ympäristöään korkeampi ja karumpi metsäseutu on menestymisvyöhykettä III. Vuoden keskilämpötila on Kanta-Hämeessä 3,5–4,5 °C siten, että viileintä on Lammin seudulla ja lämpimintä suurimpien järvien läheisyydessä (Kersalo & Pirinen 2009). Lammin biologisella ase- malla vuonna 1963 alkaneiden mittausten perus- teella vuoden keskilämpötila on vähitellen koho- amassa. Vertailujakson 1971–2000 keskilämpötila oli 3,9 °C kylmimpien vuosien keskilämpötilojen ollessa 1,6–1,7 °C ja lämpimimpien tätä kolme as- tetta korkeampia (kuva 1). Talveen siirrytään yleensä Lammin seudulla 10.11. vaiheilla. Kylmimmän kuukauden helmi- kuun keskilämpötila on Lammin seudulla noin –8 astetta, biologisella asemalla hieman korkeampi, –6,8 °C (kuva 2). Heinäkuussa keskilämpötila on lähellä 16 ºC. Kuukausikeskilämpötilan ääriarvoja ovat tammikuu 1987 Lammin Evolla (–21,0 °C) sekä heinäkuu 2003 Hattulan Lepaalla (20,4 °C) ja heinäkuu 2010, jolloin keskilämpötila oli Evolla 21,0 °C ja Hämeenlinnan Katisella 21,9 °C. Uusi Kanta-Hämeen lämpöennätys 34,6 °C mitattiin 28.7.2010 Lammin Evolla. Kesäkuukausina kylmäksi paikaksi on osoittau- tunut Lammin Vestola. Kesäkuun alin lämpötila on ollut siellä –4,5 °C (5.6.1997), heinäkuun –2,0 °C (17.7.1987) ja elokuun –3,3 °C (27.8.1984). Hei- näkuussa Lammilla on keskimäärin kaksi hallayö- tä, muilla havaintoasemilla ei yhtään. Kesäkuussa (1971–2000) siellä on ollut 7 ja elokuussa 4 halla- päivää, muualla vastaavasti 1–3 ja 0–2 päivää. Lammilla on todettu maamme suurin lämpötilan vuorokausivaihtelu heinäkuussa, kun 7.7.1989 yön alin lämpötila +2,6 °C vaihtui päivällä 28,5 asteen helteeksi. Kuva 1. Vuoden keskilämpötila Lammin biologisella ase- malla. Vuosien 1964–2010 havaintoihin perustuvia arvoja esittää ohut sininen käyrä. Havaintoihin sovitettu 30 vuoden liukuva keskiarvo on näytetty paksulla sinisellä käy- rällä. Tämän käyrän etenemiselle ajan mukana on esitetty kolme vaihtoehtoista skenaariota, jotka perustuvat 19 ilmastomallin keskiarvoina saatuihin tuloksiin lämpötilojen muutoksesta biologista asemaa lähinnä olevassa laskenta- hilapisteessä. Käytetyt kolme kasvihuonekaasuskenaariota ovat ns. SRES A2 (punainen), A1B (musta) ja B1 (vihreä). Vastaavat hiilidioksidin päästöskenaariot on esitetty kuvan oikeassa alanurkassa (GtC a-1). Lisätietoja: Jylhä ym. (2009). Fig. 1. The annual mean temperature at the Lammi Biological Station. The observed values in 1964–2010 are shown by a thin blue curve, and the thick blue curve depicts 30-year run- ning means. Projections of how these long-term averages might evolve in the future are given separately for three greenhouse gas emission scenarios: SRES A2 (red curve), A1B (black) and B1 (green). The projected changes in temperature are multi- model mean estimates based on 19 global model simulations. The corresponding CO2 emission scenarios are given in the right corner (PgC a-1). For more information, see Jylhä et al. (2009). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1960 1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100 Lämpötila (°C) Vuosi 0 10 20 30 2000 2050 2100 28 Suomen ympäristö 34 | 2011 Suurimmat maakunnan alueella mitatut vuosi- sateet on havaittu Lammin havaintoasemilla, missä vuotuinen sademäärä oli vuosina 1971–2000 noin 650 mm a-1. Vuoden 1959 jälkeen tilaston kärjessä on 892 mm a-1 Lammin Evolla v. 1988 ja 881 mm a-1 v. 1981. Lammin Vestolassa sadetta kertyi vuonna 1984 875 mm a-1 ja vuonna 1988 869 mm a-1. Biolo- gisella asemalla jakson 1971–2000 keskiarvo oli 631 mm a-1. Pienin siellä mitattu vuosisademäärä on 449 mm a-1 ja suurin 851 mm a-1 (kuva 3). Helmi–huhtikuun kuukausittaiset sademäärät ovat keskimäärin 30–35 mm, kun sateisimpana kuukautena heinä- tai elokuussa sadetta kertyy 75– 85 mm (kuva 4). Sadepäiviä (sademäärä vähintään 0,1 mm) on vuodessa yleensä 180–200 kpl. Jakson 1971–2000 sateisin kuukausi on ollut vuoden 1979 heinäkuu, jolloin Lammin Evolla kuukauden sade- määrä oli peräti 279 mm. Tilastoista löytyy myös rutikuivia kuukausia. Lammilla Jahkolassa satoi heinäkuussa 1994 vain 0,4 mm ja huhtikuut 2002 ja 2004 olivat sateettomia. Eri kuukausien ennätysarvot painottuvat Lammin seudulle, sillä peräti kahdeksan kuukauden sateis- sa joko Vestola tai biologinen asema pitävät kär- kipaikkaa. Sateisimpia syyskuukausia ovat olleet syyskuu 1988 Lammin Evolla (179 mm), lokakuu 2006 biologisella asemalla (172 mm) ja marraskuu 1996 Vestolassa (137 mm). Ensilumi sataa keskimäärin Lammin seudulla marraskuun alkupäivinä ja järvilaaksoissa viikkoa myöhemmin. Pysyvä lumipeite tuli vuosina 1971– 2000 Lammille (Vestola) keskimäärin 30.11., pari- sen viikkoa aiemmin kuin Vanajaveden laaksoon. Lumipeite kasvaa talven mittaan siten, että maa- liskuun alkupuolella lunta on suurimmassa osas- sa Kanta-Hämeen maakuntaa keskimäärin 30–40 cm, Lammin seudulla kuitenkin 40–50 cm. Yhte- näinen lumipeite katoaa Lammin alueelta 15.4. tienoilla. Suurin Kanta-Hämeen alueella mitattu lumensyvyys 108 cm mitattiin Lammin Vestolassa 9.–12.3.1984. Kuva 2. Kalenterikuukausien mitatut keskilämpötilat Lam- min biologisella asemalla vuosien 1971–2000 keskiarvona (sininen käyrä) ja ilmastonmuutosskenaarioiden perusteella arvioituna vuoden 2030 tienoilla jakson 2015–2044 keski- arvona (punainen käyrä). Eri päästöskenaarioita vastaavat arvot ovat niin lähellä toisiaan, ettei niitä voi käytännössä erottaa toisistaan. Fig. 2. Monthly mean temperatures at the Lammi Biological Station in 1971–2000 based on observations (blue curve) and in 2015–2044 (centred in 2030) based climate change projec- tions (red curve). The projections under the three alternative emission scenarios (small diagram in Fig. 1) are too similar to be differentiated. -10 -5 0 5 10 15 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Keskilämpötila (° C) Kuukausi Kuva 3. Vuotuinen sademäärä Lammin biologisella asemal- la. Käyrien selitykset samat kuin kuvassa 1. Fig. 3. Observed time series of annual precipitation amount at the Lammi Biological Station in 1964–2010 (thin black curve), the observed 30-year average (black line) and three future pro- jections (2010-2085) for SRES-emission scenarios B1 (green), A1B (black) and A2 (red). 400 500 600 700 800 900 1960 1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100 Sademäärä (mm) Vuosi 0 10 20 30 2000 2050 2100 Kuva 4. Kalenterikuukausien keskimääräiset sademäärät Lammin biologisella asemalla vuosien 1971–2000 havainto- jen nojalla (siniset pylväät) ja niihin tuleva lisäys ilmaston- muutosskenaarioiden perusteella vuoden 2030 tienoilla jakson 2015–2044 keskiarvona (punaiset pylväät). Eri päästöskenaarioita vastaavat muutosarvot ovat niin lähellä toisiaan, ettei niitä voi käytännössä erottaa toisistaan. Fig. 4. Monthly mean precipitation amounts at the Lammi Biological Station in 1971–2000 based on observations (in blue) and in 2015–2044 (centred in 2030) based climate change projections (in red). The projections under the three alternative emission scenarios (small diagram in Fig. 3) are too similar to be differentiated. 0 20 40 60 80 100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Sademäärä (mm) Kuukausi 29Suomen ympäristö 34 | 2011 Miksi Hämeen ilmaston ennakoidaan muuttuvan? Maapallon ilmaston muuttuessa kasvihuoneilmiön voimistumisen myötä myös Suomen ja sitä myötä Hämeen ilmaston ennakoidaan muuttuvan. Kas- vihuonekaasujen, kuten hiilidioksidin, metaanin ja typpioksiduulin, lisääntyneet pitoisuudet ilma- kehässä vähentävät maanpinnan lähettämän läm- pösäteilyn karkaamista avaruuteen, jolloin ilmasto lämpenee. Hiilidioksidin pitoisuus ilmakehässä on kohonnut teollistumista edeltävästä ajasta jo noin 40 % viimeaikaisen vuosittainen kasvun ollessa keskimäärin 0,5 %. Toisaalta ihmistoiminnan ai- heuttamien pienhiukkaspäästöjen takia ilma voi sameta, mikä jäähdyttää maanpinnan läheistä il- maa. Suomessa tämä vaikutus on kuitenkin vä- häinen. Sen sijaan maankäytön muutokset (mm. kaupungistuminen, metsien raivaus, soiden ojitus) muuttavat meilläkin paikallista ilmastoa. Erottuuko Hämeen ilmaston muuttuminen jo nyt luonnollisesta vaihtelusta? Ilman lämpötila ja sadanta Kuluneen 50 vuoden aikana keskilämpötila on ko- honnut Lammilla 0,3–0,4 astetta vuosikymmenessä (kuva 1). Tämä on sopusoinnussa koko Suomea koskevien tulosten kanssa. Tietäväinen ym. (2010) ovat tutkineet Suomen keskilämpötilan ajallista vaihtelua keskittyen kolmeen ajanjaksoon: 1909– 2008, 1959–2008 ja 1979–2008. Koko vuoden keski- lämpötilan lineaarinen nouseva trendi eli suuntaus oli tilastollisesti merkitsevä kaikkina näinä jaksoi- na. Myös eri vuodenaikojen keskilämpötilat ovat Suomessa keskimäärin kohonneet, mutta vuoden- ajasta riippuen tilastollisesti merkitsevällä tavalla toistaiseksi vain yhtenä tai kahtena analysoiduista jaksoista. Tilastollisen merkitsevyyden puuttumi- nen heijastelee lämpötilojen voimakasta luonnol- lista vaihtelua. Sademäärille vuosien välinen vaihtelu on vielä suurempaa kuin lämpötiloille (vrt. kuvat 1 ja 3). Ylhäisi ym. (2010) ovat tarkastelleet kasvukauden aikaisia sademääriä lounaisessa Hämeessä. Heidän mukaansa sademäärät ovat kasvaneet lievästi v. 1908–2008, mutta nousu ei ole toistaiseksi ollut ti- lastollisesti merkitsevää. Sademäärät ovat hieman kasvaneet myös Lammilla, jossa aikasarjan lyhyys tosin vähentää kasvavan trendin tilastollista luotet- tavuutta (kuva 3). Sademäärien suuren luontaisen vaihtelun takia taustalla oleva ilmastonmuutos al- kaa erottua vasta vähitellen. Järvien jäätalven kesto Vuosien 1990−2011 välisenä aikana Valkea-Kotinen on jäätynyt pysyvästi keskimäärin 14. marraskuuta ja vapautunut jäistä Vapun päivänä. Siten järven jäätalven pituudeksi tulee keskimäärin noin 170 vuorokautta. Jäätymisajankohdan osalta vuosit- tainen vaihtelu on kuitenkin suurta, sillä aikaisin ajankohta on ollut jo heti lokakuun puolivälin jälkeen ja myöhäisin juuri ennen jouluaattoa. Ke- väällä jääpeitteen sulaminen on tapahtunut aikai- simmillaan hieman ennen huhtikuun puoliväliä ja myöhäisimmillään noin viikkoa ennen toukokuun puoliväliä. Jääpeitteinen aika Valkea-Kotisessa on tilastol- lisesti merkitsevästi (p < 0,05) lyhentynyt kulu- neiden kahdenkymmenen vuoden aikana noin 1,5 päivää vuotta kohti. Lyhenevän jäätalven ohella toinen merkittävä piirre on suuri vuosien välinen vaihtelu. 0 50 100 150 200 250 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 Jääpei tteen kesto (d) Kuva 5. Valkea-Kotisen jääpeitteisen ajan kesto (päiviä, y-akseli) vuosina 1990−2011. Fig. 5. Duration of permanent ice cover (days, y-axis) on Lake Valkea-Kotinen in 1990–2011. 30 Suomen ympäristö 34 | 2011 Miten ilmaston arvioidaan muuttuvan Hämeessä? VACCIA-hankkeen sekä ilmastonmuutoksen so- peutumistutkimusohjelmaan (ISTO) kuuluneen ACCLIM-hankkeen (Jylhä ym. 2009) tulosten no- jalla Hämeen ilmasto on asteittain muuttumassa. Kuvissa 1–4 keskitytään noin 20 ilmastomallin tulosten keskiarvojen antamiin ns. parhaisiin ar- vioihin. On kuitenkin huomattava, että ilmaston- muutosta koskevissa ennusteissa on väistämättä epävarmuutta. Pitkällä tähtäimellä suurimpia virhelähteitä ovat ilmastonmuutosskenaarioiden tekemiseen käytettävien ilmastomallien rajoitukset sekä kasvihuonekaasujen ja pienhiukkasten tule- viin päästöihin liittyvät epävarmuudet. Lyhyisiin ilmastoennusteisiin eniten epävarmuutta aiheuttaa ilmaston luonnollinen vaihtelu. Mitä pienempää aluetta tai lyhyempää ajanjaksoa tarkastellaan, sitä suurempi on luonnollisesta vaihtelusta aiheutuva ennusteen epävarmuus. Niinpä esimerkiksi Hä- meessä ilmaston luonnollinen, vuosien ja vuosi- kymmenien välinen vaihtelu tulee aika-ajoin kiih- dyttämään, ja välillä taas jarruttamaan ilmaston muuttumista. Hämeen arvioidaan lämpenevän lähivuosi- kymmeninä 0,3–0,4 astetta vuosikymmenessä eli suunnilleen samalla nopeudella kuin mitä Lam- milla on havaittu (kuva 1). Vuoden keskiläm- pötilan ennustetaan olevan Lammilla vuoden 2030 tienoilla (jakson 2015–2044 keskiarvona) noin 1,5 astetta korkeampi kuin vertailujaksona 1971–2000. Talvella keskilämpötila nousee kaksi astetta, kesällä asteen. Niinpä biologisella ase- malla vuoden keskilämpötilan arvioidaan koho- avan vertailujakson 3,9 asteesta noin 5,5 astee- seen (kuva 1) epävarmuusvälin ollessa 4,6–6,2 °C. Helmikuun keskilämpötila kohoaa –7,3 asteesta –5,2 asteeseen (kuva 2) epävarmuusvälin ollessa –6,4… –4,0 °C. Heinäkuussa vastaavasti 30 vuo- den keskilämpötila kohoaa mitatusta 16,2 asteesta 17,3 (16,4–19,4) asteeseen. Lämpötilojen kohotessa myös termisten vuodenaikojen pituudet muuttu- vat, kasvukausi pitenee ja korkeiden lämpötilojen esiintymisen todennäköisyys kasvaa huomattavas- ti. Ilmaston lämmetessä sademäärät lisäänty- vät (kuva 3). Kahdenkymmenen vuoden päästä vuotuisen sademäärän arvioidaan olevan noin 5 % (noin 35 mm) suurempi kuin vertailujaksolla 1971–2000. Epävarmuusväli on kuitenkin varsin leveä (1–10 %) ja toisaalta muutoksen suuruus vielä pieni sademäärien luonnolliseen vaihteluun ver- rattuna. Talvella sademäärät kasvavat suhteellises- ti ottaen enemmän kuin kesällä, mutta kesäsateet ovat jatkossakin talvisateita runsaampia (kuva 4). Kuukausisademäärien kasvun taustalla on rank- Räntäsadetta Valkea-Kotisella Sleet at Lake Valkea-Kotinen Jorma Keskitalo 31Suomen ympäristö 34 | 2011 kasateiden voimistuminen kaikkina vuodenaikoi- na ja sateettomien päivien väheneminen etenkin talvella. Lumena tulevan sateen osuus vähenee ja lumipeite hupenee etenkin alku- ja lopputalvesta. Yhteenveto Viime vuosikymmenten keskiarvojen mukaan Hä- meen alueella on viileintä Lammin seudulla ja läm- pimintä suurimpien järvien läheisyydessä. Lam- min ilmasto on lämmennyt kuluneen 50 vuoden aikana: keskilämpötila on kohonnut 0,3–0,4 astetta vuosikymmenessä. Tämä on sopusoinnussa koko Suomea koskevien tulosten kanssa. Ilman lämpö- tilan kasvu on aiheuttanut sen, että jääpeitteinen aika Valkea-Kotisessa on lyhentynyt kuluneiden kahdenkymmenen vuoden aikana noin 1,5 päivää vuotta kohti. Kahdenkymmenen vuoden päästä keskiläm- pötilan alueellinen jakauma on kutakuinkin en- nallaan, mutta lämpötilat ovat arvioiden mukaan keskimäärin 1-2 astetta korkeampia kuin vertai- lujaksolla 19712000. Lämpötilojen kohotessa myös termisten vuodenaikojen pituudet alkavat muuttua, kasvukausi pidetä ja lumipeitteinen ai- ka lyhetä. Vuotuisten sademäärien kasvu on vie- lä verrattain vähäistä sademäärien luonnolliseen vaihteluun verrattuna. Kiitokset Esitetyt ilmastonmuutosskenaariot perustuvat CMIP3-malliaineistoon (“World Climate Research Program’s Coupled Model Intercomparison Pro- ject phase 3 multi-model dataset”), jota Suomea varten on analysoinut dos. Kimmo Ruosteenoja, Ilmatieteen laitos. Kirjallisuus Jylhä, K., Ruosteenoja, K., Räisänen, J., Venäläinen, A., Tuomenvirta, H., Ruokolainen, L., Saku, S. & Seitola, S. 2009. Arvioita Suomen muuttuvasta ilmastosta sopeutu- mistutkimuksia varten. ACCLIM-hankkeen raportti 2009. Ilmatieteen laitos, Raportteja 2009:4. 102 s. (In Finnish, abstract, extended abstract and captions for  gures and tables also in English) Kersalo J. & Pirinen, P. 2009: Suomen maakuntien ilmasto. Raportteja, 2009:8. Ilmatieteen laitos. 185 s. https://helda. helsinki. /handle/10138/15734 Tietäväinen, H., Tuomenvirta, H. & Venäläinen, A. 2010. An- nual and seasonal mean temperatures in Finland during the last 160 years based on gridded temperature data. International Journal of Climatology 30 (15): 2247–2256. DOI:10.1002/joc.2046 Ylhäisi, J. S., Tietäväinen, H., Peltonen-Sainio, P., Venäläinen, A., Eklund, J., Räisänen, J. & Jylhä, K. 2010. Growing season precipitation in Finland under recent and projected climate. National Hazards and Earth System Sciences 10: 1563–1574. DOI:10.5194/nhess-10-1563–2010. Ilmatieteen laitoksen sääasema Lammin biologisella asemalla Weather station (Finnish Meteorological Institute) at Lammi Biological Station Jussi Vuorenmaa 32 Suomen ympäristö 34 | 2011 6 Maaperän ja pohjaveden geokemiallinen koostumus Valkea-Kotisen alueella Tarja Hatakka, Geologian tutkimuskeskus Valkea-Kotisen alueen geologiasta Geologian tutkimuskeskus (GTK) on tutkinut maa- perän geokemiallista koostumusta Hämeenlinnan Lammin Valkea-Kotisen tutkimusalueella vuonna 2007. Maapeite tutkimusalueella on varsin ohut, enimmillään vain noin kolmen metrin paksuinen, ja valuma-alueen koillisosassa on kalliopaljastu- mia (liite 1). Maaperä on varsin kivistä hietaista hiekkamoreenia. Maapeitteen alla oleva kallioperä on pääasiassa kiillegneissiä (liite 2), jonka päämi- neraalit ovat plagioklaasi, kvartsi ja biotiitti (Kaija ym. 1992). Eteläosassa on myös porfyyrigranodio- riittia. Valkea-Kotisen alue sijaitsee Etelä-Suomen arseeni- ja metalliprovinssissa (Eklund 2008, Jarva ym. 2010), jonka maaperä valtakunnallisissa geo- kemiallisissa kartoituksissa erottuu suurien arsee- ni- ja metallipitoisuuksien alueena (liitteet 3 ja 4) (Koljonen 1992; Salminen 1995; Hatakka ym. 2010). Geologian tutkimuskeskus on tutkinut pohjave- den laatua Hämeenlinnan Lammin ja Hämeenkos- ken alueella yhdeksässä kohteessa vuodesta 1969 alkaen (Backman ym. 1999, Hatakka & Väisänen 2007) ja Suomen ympäristökeskus (SYKE) yhdessä kohteessa vuodesta 1975 alkaen (Soveri ym. 2001). Valkea-Kotisen tutkimusalueen sisällä ei pohjave- den laadun tai määrän tarkkailua varten ole asen- nettu kaivoja tai havaintoputkia, koska maapeite on siellä ohut ja pohjaveden varastoitumiseen so- veltuvia maaperämuodostumia ei ole. GTK:n ja SYKEn seurantakohteiden pohjaveden laatuvaih- telut kertovat kuitenkin myös Valkea-Kotisen alu- een pohjaveden laadun yleisistä muutoksista, joten tässä raportissa esitetään tuloksia GTK:n Käikälän lähteen ja Kellolähteen pohjaveden seurannasta Hämeenkoskelta sekä SYKEn Tullinkankaan läh- teen seurantatuloksista Hämeenlinnan Lammilta (liite 5). Geokemialliset näytteenotto- ja analyysimenetelmät GTK tutki maaperän geokemiallista koostumusta ottamalla yhteensä kahdeksan mineraalista maape- ränäytettä ja neljä humusnäytettä Valkea-Kotisen tutkimusalueelta vuonna 2007. Maaperänäytteet otettiin neljästä tutkimuskuopasta (liite 6). Pinta- maanäytteet kustakin kuopasta otettiin 0–25 cm sy- vyydeltä ja pohjamaanäytteet 60–90 cm syvyydeltä (kuva 1). Mineraalimaanäytteistä määritettiin < 2 mm raekoosta kuningasvesiliukoiset (AR-uutto) Kuva 1. Maaperänäytteen näytteenottokuoppa (näytepiste 4) Valkea-Kotisen tutkimusalueella v. 2007. Fig. 1. Close-up of a sample pit (sample site 4) in Valkea-Koti- nen study area in 2007. Mikael Eklund 33Suomen ympäristö 34 | 2011 pitoisuudet 35 alkuaineen ja ominaisuuden osalta Labtium Oy:ssä voimassaolevien standardien ja akkreditoitujen menetelmien mukaisesti. Kunin- gasvedellä uuttamalla (90 oC) maaperänäytteestä arvioidaan suurinta alkuaineiden pitoisuutta, mikä luonnossa maaperästä äärimmäisen happamissa olosuhteissa voi liueta. Humusnäytteet uutettiin väkevällä typpihapolla ja niistä määritettiin yh- teensä 38 alkuainetta ja ominaisuutta. Pohjavesinäytteitä on GTK:n ja SYKEn seuran- takohteista otettu eri vuosina 3–6 kertaa. GTK:n pohjavesinäytteet on suodatettu näytteenoton yhteydessä 0,45 m suodattimella, SYKEn pohja- vesinäytteitä ei ole suodatettu. GTK:n näytteistä on analysoitu noin 40 alkuainetta ja ominaisuutta Labtium Oy:ssä (aiemmin Geologian tutkimuskes- kuksen kemian laboratorio). SYKEn näytteistä on analysoitu noin 26 alkuainetta ja ominaisuutta Suo- men ympäristökeskuksen laboratoriossa. Maaperän geokemiallinen koostumus Valkea- Kotisen alueella Humus Valkea-Kotisen humuksen alkuainepitoisuuksia ja niiden mediaaniarvot v. 2007 on esitetty taulukossa 1. Tuloksia on verrattu humuksen pitoisuuksiin Pirkanmaalla (Hatakka ym. 2010), pääkaupunki- seudun kehyskunnissa (Tarvainen ym. 2006) ja koko maassa (Salminen ym. 2003). Valkea-Kotisen humuksessa on hieman enem- män arseenia kuin koko maan humuksissa keski- määrin, mutta vähemmän kuin Pirkanmaan etelä- osien suurten arseenipitoisuuksien alueen humuk- sissa. Elohopeapitoisuus Valkea-Kotisen humus- näytteissä on hieman suurempi kuin koko maan humuksissa keskimäärin, samaa suuruusluokkaa kuin pääkaupunkiseudun kehyskunnissa. Valkea- Kotisen humuksen lyijypitoisuudet eivät poikkea koko maan humusten keskimääräisestä lyijypi- toisuudesta. Useiden metallien mm. kadmiumin, koboltin, kromin, kuparin, ja vanadiinin määrät Valkea-Kotisen humuksessa ovat suuremmat kuin koko maan humuksissa keskimäärin, mutta pitoi- suudet ovat kuitenkin selvästi pienemmät kuin Pirkanmaan eteläosien suurten metallipitoisuuk- sien alueen humusten keskimääräiset pitoisuudet. Valkea-Kotisen humuksessa on enemmän uraania kuin koko maan humuksissa keskimäärin. Pintamaa Pintamaan (0 – 25 cm) alkuainepitoisuuksia ja nii- den mediaanit Valkea-Kotisen tutkimusalueella v. 2007 on esitetty taulukossa 2. Vertailuaineistona on käytetty Etelä-Pirkanmaan suurten arseeni- ja metallipitoisuuksien alueiden (liitteet 3 ja 4) mo- reenimaiden pintamaanäytteiden vastaavia me- diaaniarvoja (Hatakka ym. 2010) ja pääkaupun- kiseudun kehyskuntien vastaavia mediaaniarvoja (Tarvainen 2006). Valkea-Kotisen maaperän pintaosissa on hieman enemmän arseenia kuin pääkaupunkiseudun ym- päristössä pintamaanäytteissä keskimäärin, mutta selkeästi vähemmän kuin eteläisellä Pirkanmaalla vastaavissa näytteissä keskimäärin. Elohopeapi- toisuudet ovat samaa suuruusluokkaa kuin pää- kaupunkiseudun kehyskuntien mineraalisessa pintamaassa keskimäärin. Eniten elohopeaa oli Valkea-Kotisen aarnialueen koillisosan pintamaas- sa. Lyijypitoisuudet tutkimusalueella ovat suu- remmat kuin pääkaupunkiseudun kehyskuntien ja myös eteläisen Pirkanmaan pintamaanäytteissä keskimäärin. Koboltti- ja kromipitoisuudet eivät Valkea-Kotisen pintamaassa merkittävästi poik- kea pääkaupunkiseudun ympäristön vastaavista pitoisuuksista, sen sijaan nikkeli-, kupari- ja sink- kipitoisuudet ovat tutkimusalueen pintamaassa selkeästi pienemmät. Kadmiumia ja vanadiinia Valkea-Kotisen pintamaanäytteissä on enemmän kuin pääkaupunkiseudun kehyskuntien moreeni- maiden pintamaanäytteissä keskimäärin, mutta vähemmän kuin eteläisellä Pirkanmaalla pinta- maassa keskimäärin. Pohjamaa Pohjamaan (60 – 90 cm) alkuainepitoisuuksia ja niiden mediaaniarvot Valkea-Kotisen tutkimus- alueella v. 2007 on esitetty taulukossa 3. Vertailu- aineistona on käytetty Etelä-Pirkanmaan suurten arseeni- ja metallipitoisuuksien alueiden (liitteet 3 ja 4) moreenimaiden pintamaanäytteiden mediaa- niarvoja (Hatakka ym. 2010) ja pääkaupunkiseu- dun kehyskuntien pintamaiden vastaavia medi- aaniarvoja (Tarvainen 2006). Valkea-Kotisen pohjamaanäytteissä arseenipi- toisuudet ovat suuremmat kuin pintamaanäyt- teissä. Pääkaupunkiseudun kehyskuntien mo- reenimaiden keskimääräisiin arseenipitoisuuksiin verrattuna Valkea-Kotisen pohjamaassa arseenia on enemmän. Arseenipitoisuudet ovat kuitenkin pienemmät kuin eteläisellä Pirkanmaalla pohja- maan maaperänäytteissä keskimäärin. Kaikissa analysoiduissa Valkea-Kotisen tutkimusalueen pohjamaanäytteissä elohopeapitoisuudet jäivät 34 Suomen ympäristö 34 | 2011 Taulukko 1. Humuksen alkuainepitoisuuksia Valkea-Kotisen tutkimusalueella v. 2007. Vertailuaineistoina vastaavat mediaa- niarvot Pirkanmaan humuksissa (Hatakka ym. 2010), pääkaupunkiseudun kehyskuntien humuksissa (Tarvainen ym. 2006) ja kokomaan humuksissa (Salminen ym. 2003). Table 1. Element concentrations and median values of element concentrations in humus at Valkea-Kotinen Integrated Monitoring site in 2007 and in the Pirkanmaa region (Hatakka et al. 2010), in the Helsinki Metropolitan Area (Tarvainen et al. 2006) and in Finland (Salminen et al. 2003). Alkuaine = Element, Ominaisuus = Property, Pitoisuudet = Concentrations, Pääkaupunkiseudun kehyskunnat = Helsinki Metropolitan Area, Koko maa = Finland, Näytemäärä = Number of samples. Alkuaine Valkea-Kotinen Pitoisuudet/Med. mg kg-1 Pirkanmaa, Med. mg kg-1 Pääkaupunkiseudun kehyskunnat, Med. mg kg-1 Koko maa, Med. mg kg-1 Näytemäärä 4 170 206 288 Alumiini (Al) 1470–7 780/3 470 3 510 3 390 1 960 Antimoni (Sb) 0,03–0,52/0,32 0,23 0,42 0,24 Arseeni (As) 1,12 –2,02/1,52 1,9 2,0 1,3 Barium (Ba) 91,1–154/135 116 74,1 79,6 Beryllium (Be) <0,01–0,48/<0,01 0,12 0,13 0,04 Boori (B) 2,6–4,0/3,01 4,7 4,3 5,0 Elohopea (Hg) 0,18–0,29/0,23 0,21 0,21 0,18 Fosfori (P) 564–1 040/765 1 040 868 742 Hopea (Ag) 0,20–0,43/0,26 0,20 0,18 0,2 Kadmium (Cd) 0,24–0,51/0,42 0,36 0,37 0,32 Kalium (K) 837–1 210/955 1 280 1 020 927 Kalsium (Ca) 2 550–3 560/2 965 5 105 4 105 2 610 Koboltti (Co) 1,0–8,9/1,4 2,6 1,4 1,1 Kromi (Cr) 3,0–5,9/5,3 10,4 7,2 3,9 Kupari (Cu) 6,7–10,6/7,9 13,0 9,3 7,9 Litium (Li) 0,8–2,4/1,9 3,2 2,5 0,6 Lyijy (Pb) 29,0–44,9/36,3 31,2 48,9 30,8 Magnesium (Mg) 480–848/641 1 270 792 531 Mangaani (Mn) 107–159/125 766 303 187 Molybdeeni (Mo) 0,56–0,95/0,61 0,72 0,65 0,4 Natrium (Na) 43,9–84,3/72,4 77,5 94,5 50,0 Nikkeli (Ni) 4,0–12,0/4,8 9,1 6,9 4,6 Rauta (Fe) 1 440–6 880/4 410 5 150 4 435 2 250 Rikki (S) 859–1 780/1 410 1 510 1 550 1 230 Rubidium (Rb) 8,4–15,2/10,8 13,9 9,9 7,4 Seleeni (Se) <0,5–0,60/<0,5 <0,5 <0,5 0,5 Sinkki (Zn) 19,8–71,6/37,4 75,0 62,5 40,5 Strontium (Sr) 28,3–45,1/38,4 34,6 24,5 22,4 Tallium (Tl) 0,14–0,20/0,17 0,24 0,21 0,15 Titaani (Ti) 117–657/451 408 294 176 Torium (Th) 0,75–3,13/1,39 1,5 2,26 0,69 Uraani (U) 0,21–0,70/0,45 0,47 0,66 0,19 Vanadiini (V) 5,9–19,5/9,9 16,7 14,7 6,9 Vismutti (Bi) 0,17–0,26/0,21 0,19 0,25 0,21 Alkuaine tai ominaisuus Pirkanmaa Med. Pääkaupunkiseudun Kehyskunnat, humus Med. Koko maa, humus, Med. Hiili (C), % 23,9–46,9/36,0 40,1 36,4 40,5 Hehkutushäviö (LOI) % 45,3–89,0/70,2 77,7 70,6 (LOIX) - pH 2,78–3,47/3,21 3,58 3,38 - 35Suomen ympäristö 34 | 2011 Taulukko 2. Pintamaan (0–25 cm:n syvyydellä) alkuainepitoisuuksia Valkea-Kotisen tutkimusalueella v. 2007 (< 2mm raekoko, kuningasvesiuutto). Vertailuaineistoina vastaavat mediaaniarvot Pirkanmaan moreenimaiden pintamaanäytteissä (Hatakka ym. 2010) ja pääkaupunkiseudun kehyskuntien moreenimaiden pintamaanäytteissä (Tarvainen ym. 2006). Table 2. Element concentrations and median values of element concentrations for topsoil samples (0 – 25 cm) at Valkea-Kotinen Integrated Monitoring site in 2007 (<2 mm grain size, aqua regia extraction) and in the Pirkanmaa region (Hatakka et al. 2010) and in the Helsinki Metropolitan Area (Tarvainen et al. 2006). Alkuaine tai ominaisuus = Element or property, Pitoisuudet = Con- centrations, Etelä-Pirkanmaa, suurten arseenipitoisuuksien alue = Southern Pirkanmaa arsenic province, Pirkanmaa, suurten me- tallipitoisuuksien alue = Pirkanmaa metal province, Pääkaupunkiseudun kehyskunnat = Helsinki Metropolitan Area, Näytemäärä = Number of samples. Alkuaine tai omi- naisuus Valkea-Kotinen Pitoisuudet/Med. mg kg-1 Etelä-Pirkanmaa, suurten arseeni- pitoisuuksien alue Med. mg kg-1 Pirkanmaa, suurten metallipitoisuuksien alue Med. mg kg-1 Pääkaupunkiseudun kehyskunnat Med. mg kg-1 Näytemäärä 4 59 66 300 Alumiini (Al) 8 980– 16 100/11 675 19 600 19 400 12 950 Antimoni (Sb) 0,07–0,16/0,13 0,13 0,13 0,12 Arseeni (As) 2,4–5,1/3,6 7,4 7,4 3,1 Barium (Ba) 26,3–76,0/36,4 69,3 70,0 31,2 Beryllium (Be) 0,29–0,67/0,46 0,71 0,73 0,41 Boori (B) <5,0/<5,0 <5,0 <5,0 <5,0 Elohopea (Hg) <0,01–0,035/<0,025 0,030 0,031 0,023 Fosfori (P) 107–801/225 505 499 432 Hopea (Ag) 0,05–0,09/0,08 0,14 0,16 0,06 Kadmium (Cd) 0,06–0,11/0,08 0,09 0,09 0,06 Kalium (K) 277–507/382 1 710 1 695 706 Kalsium (Ca) 666–1 560/914 1 070 1 040 1 170 Koboltti (Co) 4,10–7,0/6,1 10,8 10,7 6,3 Kromi (Cr) 15,2–24,3/20,7 44,1 44,3 18,1 Kupari (Cu) 2,5–6,2/4,7 16,2 16,2 9,2 Lyijy (Pb) 8,7–15,7/10,0 8,4 8,2 8,4 Magnesium (Mg) 1 650–3 690/2 270 6 110 6 120 2 830 Mangaani (Mn) 57,6–200/87,5 262 259 151 Molybdeeni (Mo) 0,95–2,3/1,1 1,2 1,2 0,56 Natrium (Na) 67,7–92,1/76,8 89,5 90,4 96,1 Nikkeli (Ni) 3,6–8,9/6,8 20,1 20,0 9,6 Rauta (Fe) 14 200–25 700/20 050 28 500 28 600 16 400 Rikki (S) 79,5–168/129 186 185 156 Rubidium (Rb) 8,2–31,8/15,3 40,4 40,9 - Seleeni (Se) 0,21–0,40/0,36 <1,0 <1,0 <1,0 Sinkki (Zn) 14,9–52,2/22,4 102 101 46,3 Strontium (Sr) 8,3–15,9/10,7 7,8 7,7 6,7 Tallium (Tl) <0,05–0,14/0,09 0,23 0,23 0,11 Tina (Sn) 0,70–0,89/0,88 0,90 0,90 0,81 Titaani (Ti) 912–1 920/1 330 1 620 1 605 827 Torium (Th) 4,6–6,7/5,5 6,6 6,5 - Uraani (U) 0,73–1,0/0,95 1,6 1,6 1,5 Vanadiini (V) 31,7–61,4/37,1 56,6 56,7 29,6 Vismutti (Bi) 0,16–0,20/0,18 0,21 0,21 0,18 pH 3,75–4,34/4,26 4,39 4,34 4,55 36 Suomen ympäristö 34 | 2011 alle analyysimenetelmän määritysrajan, 0,01 mg kg-1. Kadmium-, koboltti- ja vanadiinipitoisuudet ovat samaa suuruusluokkaa pääkaupunkiseudun kehyskuntien pohjamaanäytteiden vastaavien keskimääräisten pitoisuuksien kanssa, sen sijaan kupari-, nikkeli-, lyijy- ja sinkkipitoisuudet Val- kea-Kotisen maaperässä ovat selvästi pienemmät. Valkea-Kotisen maaperän pohjamaanäytteissä on enemmän molybdeeniä ja kromia kuin pääkau- punkiseudun ympäristön vastaavissa näytteissä. Valkea-Kotisen maaperänäytteiden määrä on liian pieni tilastolliseen käsittelyyn, mutta aiempi- en tutkimusten mukaan (esim. Tarvainen ym. 2003; Hatakka ym. 2010) orgaanisen aineksen määrä vai- kuttaa maaperän kykyyn sitoa alkuaineita. Eloho- pean, kadmiumin ja lyijyn määrät ovat usein suu- remmat humuksessa kuin mineraalisessa pinta- ja pohjamaassa. Myös Valkea-Kotisen maaperässä suurimmat lyijy-, kadmium- ja elohopeapitoisuu- det ovat humuksessa ja pitoisuudet pienenevät maaperässä syvemmälle mentäessä. Pinta- ja poh- jamaan alkuainepitoisuuksissa ei ole suuria eroja. Pohjamaanäytteissä Valkea-Kotisella on enemmän mm. arseenia, uraania, kalsiumia, kobolttia, kro- mia, kuparia, kaliumia, magnesiumia, natriumia, nikkeliä ja fosforia kuin pintamaanäytteissä. Pin- tamaanäytteissä on enemmän molybdeeniä, anti- monia, rautaa, vanadiinia ja sinkkiä. Alumiinia, mangaania ja rikkiä oli kahden näytepisteen pinta- maanäytteissä enemmän kuin pohjamaanäytteissä, mutta kahdessa näytepisteessä taas päinvastoin. Pohjaveden laadun pitkäaikaismuutokset Valkea- Kotisen ympäristössä Tässä raportissa esitetään pohjaveden laadun muu- toksia Valkea-Kotisen tutkimusalueen ympäristös- sä vuosina 1974−2009. Käsiteltävistä pohjaveden seurantakohteista Hämeenkosken Käikälän lähteen valuma-alue muistuttaa eniten Valkea- Kotisen valuma-aluetta. Käikälän lähde sijaitsee moreenialueella ja sen valuma-alue on pienehkö. Maapeitteet ovat kuitenkin paksummat Käikälän valuma-alueella kuin Valkea-Kotisen maapeitteet. Kellolähde ja Tullinkankaan lähde sijaitsevat suurissa hiekkamuodostumissa, joissa ympäristön muutokset näkyvät yleensä pohjaveden laadussa pidemmällä viiveellä ja ovat loivapiirteisempiä kuin pienten valuma-alueiden vedessä. Pohjaveden laadussa näkyy vuodenaikaisvaih- telu kaikissa kolmessa seurantakohteessa. Seuran- tajakson alusta aina 1980-luvun loppupuolelle asti pohjaveden pH-arvot laskivat (kuva 2). 1990-luvun alusta pH-arvot alkoivat jälleen vähitellen nousta, kun laskeuman rikkidioksidipitoisuudet saatiin 1980-luvulla ratkaisevasti vähenemään (Backman 1993). Pohjaveden pH-arvot ovat nousseet aina 2000-luvun alkupuolelle asti, jonka jälkeen arvot ovat pysyneet lähes samalla tasollaan ja Käikälän valuma-alueella jopa hieman laskeneet. Liuenneiden aineiden määrää pohjavedessä kuvastavat sähkönjohtavuusarvot ovat Käikälän lähteessä nousseet koko seurantajakson ajan (kuva 3). Tämä johtuu nitraatin määrän lisääntymisestä pohjavedessä, joka on vain kyseisen lähteen paikal- lisessa ympäristössä tapahtunut muutos (kuva 4). Kellolähteen ja Tullinkankaan lähteiden vesissä ei vastaavaa nitraattipitoisuuden nousua ole. Sulfaattipitoisuudet ovat 1980-luvun lopun las- kun jälkeen pysyneet lähes ennallaan tai nousseet vähän sekä Käikälän lähteen vedessä että Kello- lähteen ja Tullinkankaan lähteen vesissä (kuva 5). Bikarbonaatti-, kalsium-, magnesium-, natrium- ja kaliumpitoisuuksissa ei vuodenaikaisvaihtelua lu- kuun ottamatta ole tapahtunut merkittäviä muu- toksia seurantajakson aikana missään kohteessa (kuvat 6 ja 7). Kuva 2. Pohjaveden pH-arvot Hämeenlinnan Lammin Tullinkankaan lähteessä (Suomen ympäristökeskuksen Oiva-tietokanta 2010) sekä Hämeenkosken Kellolähteessä ja Käikälän lähteessä (Geologian tutkimuskeskuksen pohja- vesitietokanta 2010) vuosina 1974–2009. Fig. 2. pH of groundwater in Tullinkangas spring in Lammi, Hämeenlinna (the Oiva database of Finnish Environmental Institute 2010) and in Kellolähde spring in Hämeenkoski and in Käikälä spring in Hämeenkoski (the groundwater database of Geological Survey of Finland 2010) in 1974–2009. Pvm = Date, Lähde = Spring. Käikälän lähde Tullinkankaan lähde Kellolähde 8,0 7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 5,0 17.09.197 4 19.05.197 6 19.01.197 8 20.09.197 9 12.05.198 1 11.01.198 3 11.06.198 4 13. 11.198 5 24.09.198 7 17.05.198 9 24.01.199 1 16.09.199 2 23.05.199 4 02.10.199 5 19.02.199 8 10.03.200 0 04.03.200 2 22.07.200 4 23.03.200 7 31.07.200 9 pH 37Suomen ympäristö 34 | 2011 Taulukko 3. Pohjamaan (60–90 cm:n syvyydellä) alkuainepitoisuuksia Valkea-Kotisen tutkimusalueella v. 2007 (< 2mm raekoko, kuningasvesiuutto). Vertailuaineistoina vastaavat mediaaniarvot Pirkanmaan moreenimaiden pohjanmaanäytteis- sä (Hatakka ym. 2010) ja pääkaupunkiseudun kehyskuntien moreenimaiden pohjamaanäytteissä (Tarvainen ym. 2003). Table 3. Element concentrations and median values of element concentrations for subsoil samples (60 – 90 cm) at Valkea-Kotinen Integrated Monitoring site in 2007 (<2 mm grain size, aqua regia extraction) and in the Pirkanmaa region (Hatakka et al. 2010) and in the Helsinki Metropolitan Area (Tarvainen et al. 2006). Alkuaine tai ominaisuus = Element or property, Pitoisuudet = Con- centrations, Etelä-Pirkanmaa, suurten arseenipitoisuuksien alue = Southern Pirkanmaa arsenic province, Pirkanmaa, suurten me- tallipitoisuuksien alue = Pirkanmaa metal province, Pääkaupunkiseudun kehyskunnat = Helsinki Metropolitan Area, Näytemäärä = Number of samples. Alkuaine tai ominaisuus Valkea-Kotinen Pitoisuudet/ Med. mg kg-1 Etelä-Pirkanmaa, suurten arseeni- pitoisuuksien alue Med. mg kg-1 Etelä-Pirkanmaa, suurten metalli- pitoisuuksien alue Med. mg kg-1 Pääkaupunkiseudun kehyskunnat Med. mg kg-1 Näytemäärä 4 59 66 300 Alumiini (Al) 10 400–18 600/11 675 17 100 17 200 10 550 Antimoni (Sb) 0,05–0,07/0,07 0,11 0,11 0,07 Arseeni (As) 4,3–6,1/5,2 8,7 8,5 3,3 Barium (Ba) 24,0–87,5/27,2 73,0 66,9 29,5 Beryllium (Be) 0,38–0,60/0,43 0,51 0,52 0,36 Boori (B) <5,0/<5,0 <5,0 <5,0 <5,0 Elohopea (Hg) <0,01/<0,01 0,017 0,017 0,007 Fosfori (P) 192–503/313 399 393 350 Hopea (Ag) 0,04–0,08/0,06 0,08 0,08 0,05 Kadmium (Cd) 0,04–0,06/0,06 0,06 0,06 0,05 Kalium (K) 492–3 620/753 3 500 3 260 1 165 Kalsium (Ca) 872–1 630/1 350 1 130 1 130 1 555 Koboltti (Co) 4,7–9,5/6,0 8,7 8,5 5,7 Kromi (Cr) 16,3–38,4/21,1 41,1 40,5 17,3 Kupari (Cu) 10,3–15,0/11,4 23,0 23,1 14,1 Lyijy (Pb) 4,5–6,4/4,8 6,6 6,4 5,5 Magnesium (Mg) 2 870–6 090/3 520 6 670 6 655 3 275 Mangaani (Mn) 102–154/121 212 208 119 Molybdeeni (Mo) 0,74–1,4/0,98 1,3 1,3 0,39 Natrium (Na) 86,0–200/94,3 104 104 131 Nikkeli (Ni) 8,9–14,9/10,7 21,2 20,8 11,6 Rauta (Fe) 11 600–21 200/13 700 23 500 23 750 13 000 Rikki (S) 69,7–510/147 101 107 66,3 Rubidium (Rb) 6,8–34,0/8,5 35,1 33,9 - Seleeni (Se) 0,37–0,57/0,52 <1,0 <1,0 <1,0 Sinkki (Zn) 19,6–37,8/23,5 53,4 53,3 30,1 Strontium (Sr) 10,0–14,3/11,7 6,6 6,9 7,2 Tallium (Tl) <0,05–0,21/0,05 0,26 0,25 0,10 Tina (Sn) 0,41–0,50/0,47 0,81 0,77 0,67 Titaani (Ti) 784–1 590/942 1 540 1 455 720 Torium (Th) 6,5–9,9/7,9 8,4 8,1 - Uraani (U) 1,6–2,2/1,8 2,2 2,2 2,0 Vanadiini (V) 19,4–45,7/25,2 48,9 48,8 23,8 Vismutti (Bi) 0,08–0,14/0,12 0,19 0,18 0,17 pH 4,66–5,13/4,97 4,60 4,60 4,98 38 Suomen ympäristö 34 | 2011 Kuva 3. Pohjaveden sähkönjohtavuusarvot Hämeenlinnan Lammin Tullinkankaan lähteessä (Suomen ympäristö- keskuksen Oiva-tietokanta 2010) sekä Hämeenkosken Kellolähteessä ja Käikälän lähteessä (Geologian tutkimus- keskuksen pohjavesitietokanta 2010) vuosina 1974–2009. Fig. 3. Electric conductivity of groundwater in Tullinkangas spring in Lammi, Hämeenlinna (the Oiva database of Finnish Environmental Institute 2010) and in Kellolähde spring in Hämeenkoski and in Käikälä spring in Hämeenkoski (the groundwater database of Geological Survey of Finland 2010) in 1974–2009. Pvm = Date, Lähde = Spring. Kuva 4. Pohjaveden kloridi- (Cl-) ja nitraattipitoisuudet (NO3-) Hämeenlinnan Lammin Tullinkankaan lähteessä (Suomen ympäristökeskuksen Oiva-tietokanta 2010) sekä Hämeenkosken Kellolähteessä ja Käikälän lähteessä (Geologian tutkimuskeskuksen pohjavesitietokanta 2010) vuosina 1974–2009. Fig. 4. Chloride (Cl-) and nitrate (NO3-) concentrations of groundwater in Tullinkangas spring in Lammi, Hämeenlinna (the Oiva database of Finnish Environmental Institute 2010) and in Kellolähde spring in Hämeenkoski and in Käikälä spring in Hämeenkoski (the groundwater database of Geological Survey of Finland 2010) in 1974–2009. Pvm = Date, Lähde = Spring. Käikälän lähde Tullinkankaan lähde Kellolähde 20 15 10 5 0 17.09.197 4 19.05.197 6 19.01.197 8 20.09.197 9 12.05.198 1 11.01.198 3 11.06.198 4 13. 11.198 5 24.09.198 7 17.05.198 9 24.01.199 1 16.09.199 2 23.05.199 4 02.10.199 5 19.02.199 8 10.03.200 0 04.03.200 2 22.07.200 4 23.03.200 7 31.07.200 9 Sähkönjohtavuus (mS m-1, 25 °C) Cl Käikälän lähde NO3 Käikälän lähde Cl Tullinkankaan lähde NO3 Tullinkankaan lähde Cl Kellolähde NO3 Kellolähde 17.09.197 4 19.05.197 6 19.01.197 8 20.09.197 9 12.05.198 1 11.01.198 3 11.06.198 4 13. 11.198 5 24.09.198 7 17.05.198 9 24.01.199 1 16.09.199 2 23.05.199 4 02.10.199 5 19.02.199 8 10.03.200 0 04.03.200 2 22.07.200 4 23.03.200 7 31.07.200 9 40 30 20 10 0 mg l-1 SO4 Käikälän lähde HCO 3 Käikälän lähde SO4 Tullinkankaan lähde HCO 3 Tullinkankaan lähde SO4 Kellolähde HCO 3 Kellolähde mg l-1 17.09.197 4 19.05.197 6 19.01.197 8 20.09.197 9 12.05.198 1 11.01.198 3 11.06.198 4 13. 11.198 5 24.09.198 7 17.05.198 9 24.01.199 1 16.09.199 2 23.05.199 4 02.10.199 5 19.02.199 8 10.03.200 0 04.03.200 2 22.07.200 4 23.03.200 7 31.07.200 9 40 30 20 10 0 Kuva 5. Pohjaveden sulfaatti- (SO42-) ja bikarbonaattipi- toisuudet (HCO3-) Hämeenlinnan Lammin Tullinkankaan lähteessä (Suomen ympäristökeskuksen Oiva-tietokanta 2010) sekä Hämeenkosken Kellolähteessä ja Käikälän läh- teessä (Geologian tutkimuskeskuksen pohjavesitietokanta 2010) vuosina 1974–2009. Fig. 5. Sulphate (SO42-)and bicarbonate (HCO3-) concentrations of groundwater in Tullinkangas spring in Lammi, Hämeenlinna (the Oiva database of Finnish Environmental Institute 2010) and in Kellolähde spring in Hämeenkoski and in Käikälä spring in Hämeenkoski (the groundwater database of Geological Survey of Finland 2010) in 1974–2009. Pvm = Date, Lähde = Spring. 39Suomen ympäristö 34 | 2011 Yhteenveto Valkea-Kotisen tutkimusalueen maaperässä usei- den alkuaineiden pitoisuudet ovat hieman suurem- pia kuin keskimääräiset pitoisuudet eteläisimmän Suomen maaperässä. Arseeni- ja metallipitoisuudet eivät kuitenkaan ole yhtä suuret kuin Pirkanmaan eteläosien suurten arseeni- ja metallipitoisuuksien alueella. Orgaaninen aines sitoo hyvin metalleja ja Valkea-Kotisenkin humuksessa elohopea-, kad- mium- ja lyijypitoisuudet ovat selkeästi suuremmat kuin mineraalisessa pinta- ja pohjamaassa. Valkea- Kotisen alueen pintamaanäytteissä on enemmän mm. molybdeeniä, antimonia, rautaa, vanadiinia ja sinkkiä kuin pohjamaassa. Pohjamaassa on taas pintamaata enemmän mm. arseenia, uraania, kal- Kuva 6. Pohjaveden kalsium- (Ca) ja magnesiumpitoisuu- det (Mg) Hämeenlinnan Lammin Tullinkankaan lähteessä (Suomen ympäristökeskuksen Oiva-tietokanta 2010) sekä Hämeenkosken Kellolähteessä ja Käikälän lähteessä (Geologian tutkimuskeskuksen pohjavesitietokanta 2010) vuosina 1974–2009. Fig. 6. Calsium (Ca) and magnesium (Mg) concentrations of groundwater in Tullinkangas spring in Lammi, Hämeenlinna (the Oiva database of Finnish Environmental Institute 2010) and in Kellolähde spring in Hämeenkoski and in Käikälä spring in Hämeenkoski (the groundwater database of Geological Survey of Finland 2010) in 1974–2009. Pvm = Date, Lähde = Spring. Kuva 7. Pohjaveden kalium- (K) ja Natriumpitoisuudet (Na) Hämeenlinnan Lammin Tullinkankaan lähteessä (Suomen ympäristökeskuksen Oiva-tietokanta 2010) sekä Hämeen- kosken Kellolähteessä ja Käikälän lähteessä (Geologian tutkimuskeskuksen pohjavesitietokanta 2010) vuosina 1974–2009. Fig. 7. Potassium (K) and sodium (Na) concentrations of groundwater in Tullinkangas spring in Lammi, Hämeenlinna (the Oiva database of Finnish Environmental Institute 2010) and in Kellolähde spring in Hämeenkoski and in Käikälä spring in Hämeenkoski (the groundwater database of Geological Survey of Finland 2010) in 1974–2009. Pvm = Date, Lähde = Spring. 17.09.197 4 19.05.197 6 19.01.197 8 20.09.197 9 12.05.198 1 11.01.198 3 11.06.198 4 13. 11.198 5 24.09.198 7 17.05.198 9 24.01.199 1 16.09.199 2 23.05.199 4 02.10.199 5 19.02.199 8 10.03.200 0 04.03.200 2 22.07.200 4 23.03.200 7 31.07.200 9 12,5 10,0 7,5 5,0 0,0 2,5 mg l-1 Ca Käikälän lähde Mg Käikälän lähde Ca Tullinkankaan lähde Mg Tullinkankaan lähde Ca Kellolähde Mg Kellolähde 17.09.197 4 19.05.197 6 19.01.197 8 20.09.197 9 12.05.198 1 11.01.198 3 11.06.198 4 13. 11.198 5 24.09.198 7 17.05.198 9 24.01.199 1 16.09.199 2 23.05.199 4 02.10.199 5 19.02.199 8 10.03.200 0 04.03.200 2 22.07.200 4 23.03.200 7 31.07.200 9 8 6 4 2 0 Na Käikälän lähde K Käikälän lähde Na Tullinkankaan lähde K Tullinkankaan lähde Na Kellolähde K Kellolähde mg l-1 Pohjaveden arseenipitoisuudet ovat Valkea- Kotisen tutkimusalueen ympäristössä samaa suu- ruusluokkaa (Käikälän lähde mediaaniarvo 0,09 g l-1, Kellolähde mediaaniarvo 0,22 g l-1) kuin koko maan rengaskaivovesissä keskimäärin (mediaani- arvo 0,14 g l-1) (Lahermo ym. 2002). Valkea-Ko- tisen ympäristön pohjavesien metallipitoisuudet ovat yleensä pieniä, esim. kadmium-, kromi- ja lyi- jypitoisuudet ovat usein alle analyysimenetelmän määritysrajan (Backman 1999; Soveri ym. 2001; Hatakka & Väisänen 2007). 40 Suomen ympäristö 34 | 2011 siumia, kobolttia, kromia, kuparia, kaliumia, mag- nesiumia, natriumia, nikkeliä ja fosforia. Pohjaveden laadussa näkyy vuodenaikais- vaihtelua. Seurantajakson alusta 1980-luvun lop- puun asti pohjaveden pH-arvot laskivat, mutta alkoivat vähitellen nousta 1990-luvun alussa, kun laskeuman rikkidioksidipitoisuudet pienenivät. 2000-luvun alussa pohjaveden pH-arvot ovat py- sytelleet samalla tasolla tai hieman laskeneet. Sul- faattipitoisuudet Käikälän lähteen ja Kellolähteen vedessä ovat hienoisesti nousseet v. 1974–2009. Arseeni- ja metallipitoisuudet ovat Valkea-Kotisen ympäristön pohjavesissä pieniä. Kirjallisuus Backman, B. 1993. Lammin – Kosken (Hl) alueen pohjaveden seurantatutkimus. Vuosien 1969– 1990 tulokset. Summary: Groundwater monitoring in the Lammi – Koski area, re- sults for 1969– 1990. Geologian tutkimuskeskus. Tutkimus- raportti 118. 99 s. Backman, B., Lahermo, P., Väisänen, U., Juntunen, R., Karhu, J., Paukola, T., Pullinen, A., Rainio, H. & Tanskanen, H. 1999. Geologian ja ihmisen toiminnan vaikutus pohjave- teen. Seurantatutkimuksen tulokset vuosilta 1969–1996. Summary: The effect of geological environment and human activities on groundwater in Finland. The results of monitoring in 1969–1996. Geologian Tutkimuskeskus, Geological Survey of Finland. Tutkimusraportti, Report of Investigations 147. 261 s. Eklund M. 2008. Valtakunnalliset taustapitoisuusprovinssit maaperän pilaantuneisuuden arvioinnissa. Pro gradu- tutkielma, Helsingin yliopisto, Geologian laitos. 60 s. Hatakka, T. & Väisänen, U. 2007. Geologian ja ihmistoimin- nan vaikutus pohjaveteen – seurantatutkimuksen tulokset vuoteen 2004 asti. Summary: The effect of the geological environment and human activities on groundwater in Finland – the results of monitoring to 2004. Geologian Tutkimuskeskus. Tutkimusraportti 165. Espoo. Geologian tutkimuskeskus. 230 s. Hatakka, T. (toim.), Tarvainen, T., Jarva, J., Backman, B., Eklund, M., Huhta, P., Kärkkäinen, N. & Luoma, S. 2010. Pirkanmaan maaperän geokemialliset taustapitoisuudet. Summary: Geochemical baselines in Pirkanmaa area. Geo- logian tutkimuskeskus, tutkimusraportti 182. (painossa). Jarva, J., Tarvainen, T., Reinikainen, J. & Eklund, M. 2010. TAPIR – Finnish national geochemical baseline database. Science of the Total Environment 408: 4385–4395. Kaija, J., Paukola, T. & Tanskanen, H. 1992. Kotisten yhdenne- tyn seurannan alueen kallio- ja maaperä. Vesi- ja ympäris- töhallitus. Vesi- ja ympäristöhallituksen monistesarja nro. 407, Helsinki. 17 s. Koljonen, T. (toim.) 1992. Suomen geokemian atlas, osa 2: moreeni – The Geochemical Atlas of Finland, Part 2: Till. Espoo. Geologian Tutkimuskeskus. 218 s. Lahermo, P., Tarvainen, T., Hatakka, T., Backman, B., Jun- tunen, R., Kortelainen, N., Lakomaa, T., Nikkarinen, M., Vesterbacka, P., Väisänen, U. & Suomela, P. 2002. Tuhat kaivoa – Suomen kaivovesien fysikaalis-kemiallinen laatu vuonna 1999. Summary: One thousand wells – the physical-chemical quality of Finnish well waters in 1999. Geologian tutkimuskeskus, Geological Survey of Finland. Tutkimusraportti, Report of Investigation 155. 92 s. Salminen, R. (toim.) 1995. Alueellinen geokemiallinen kar- toitus Suomessa vuosina 1982 – 1994. English Summary: Regional geochemical mapping in Finland in 1982 – 1994. Espoo. Geologian Tutkimuskeskus, tutkimusraportti 130. 47 s. Salminen, R., Bogatyrev, I., Chekushin, V., Gavatskikh, S.P., Grekorauskiene, V., Niskavaara, H., Selenok, L., Tenhola, M. & Tomilina, O. 2003. Barents Ecogeochemistry - a large scale geochemical baseline study of heavy metals and ot- her elements in surcial deposits, NW-Russia and Finland. In: Autio, S. (ed.) Geological Survey of Finland, Current research 2001–2002. Geological Survey of Finland, Special Paper 36. P. 45–52. Soveri, J., Mäkinen, R. & Peltonen, K. 2001. Pohjaveden korke- uden ja laadun vaihteluista Suomessa 1975 – 1999. Suomen ympäristökeskus, Suomen ympäristö nro. 420. Helsinki. 382 s. Tarvainen, T., Hatakka, T., Kumpulainen, S., Tanskanen, H., Ojalainen, J. & Kahelin, H. 2003. Alkuaineiden taustapitoi- suudet eri maalajeissa Porvoon ympäristössä. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti S/41/3021/2003/1. 56 s. 1 liite. Tarvainen, T. (toim.), Eklund, M., Haavisto-Hyvärinen, M., Hatakka, T., Jarva, J., Karttunen, V., Kuusisto, E., Ojalai- nen, J. & Teräsvuori, E. 2006. Alkuaineiden taustapitoi- suudet pääkaupunkiseudun kehyskuntien maaperässä. Summary: Geochemical baselines around the Helsinki metropolitan area. Geologian Tutkimuskeskus, tutkimus- raportti 163. 40 s. 41Suomen ympäristö 34 | 2011 Liite 2. Valkea-Kotisen alueen kallioperä. Pohjakartta, Maanmittauslaitos, lupa nro 13/MML/11 ja Logica Suomi Oy. Annex 2. Bedrock map of the Valkea-Kotinen region. Maaperänäytepisteet = Location of the soil samples, Porfyyrinen grnodioriitti = Porphyric granodiorite, Kiillegneissi = Mica gneiss. Geological mapping data Geological Survey of Finland, Basemap National Land Survey of Finland, licence no. 13/MML/11 and Logica Suomi Oy. Liite 1. Valkea-Kotisen alueen maaperä. Maaperäkartta ? Geologian tutkimuskeskus, pohjakartta ? Maanmittauslaitos, lupa nro 13/MML/11 ja Logica Suomi Oy. Annex 1. Quaternary deposits in the Valkea-Kotinen region. Maaperänäytepisteet = Location of the soil samples, Kallio ja kallio- paljastuma = Bedrock, Moreeni- ja –muodostuma = Till, Sora ja soramuodostuma = Glaciouvial deposits, Rahkaturve = Sphag- num peat, Saraturve = Carex peat, Vesi = Water. Geological mapping data Geological Survey of Finland, Basemap National Land Survey of Finland, licence no. 13/MML/11 and Logica Suomi Oy. 42 Suomen ympäristö 34 | 2011 Liite 3. Moreenikartoitusten perusteella rajatut suurten arseenipitoisuuksien alueet Suomessa. Pohjakartta Maanmitta- uslaitos, lupanro 13/MML/11. Annex 3. Areas with high arsenic concentrations in soils in Finland. Areas are delineated using the results of the regional geoche- mical mapping of till. Valkea-Kotisen tutkimusalue = Study area of Valkea-Kotinen, Etelä-Pirkanmaan arseeniprovinssi = Southern Pirkanmaa arsenic province, Etelä-Suomen arseeniprovinssi = Southern Finland arsenic province. Basemap National Land Survey of Finland, licence no. 13/MML/11. 43Suomen ympäristö 34 | 2011 Liite 4. Moreenikartoitusten perusteella rajatut suurten metallipitoisuuksien alueet Suomessa. Pohjakartta ? Maanmitta- uslaitos, lupanro 13/MML/11. Annex 4. Areas with high metal concentrations in soils in Finland. Areas are delineated using the results of the regional geochemi- cal mapping of till. Valkea-Kotisen tutkimusalue = Study area of Valkea-Kotinen, Metalliprovinssi = Metal province, Etelä-Suomen metalliprovinssi = Southern Finland metal province. Basemap National Land Survey of Finland, licence no. 13/MML/11. 44 Suomen ympäristö 34 | 2011 Liite 5. Geologian tutkimuskeskuksen ja Suomen ympäristökeskuksen pohjaveden laadun seurantakohteet Valkea-Kotisen tutkimusalueen ympäristössä. Pohjakartta Maanmittauslaitos, lupanro 13/MML/11. Annex 5. Groundwater monitoring sites of Geologiacl Survey of Finland and Finnish Environmental Institute around the Valkea- Kotinen study area. Valkea-Kotisen tutkimusalue = study area of Valkea-Kotinen, lähde = spring. Basemap National Land Survey of Finland, licence no. 13/MML/11 and Logica Suomi Oy. 45Suomen ympäristö 34 | 2011 Liite 6. Maaperän näytteenottopisteet Valkea-Kotisen tutkimusalueen ympäristössä v. 2007. Pohjakartta ? Maanmittaus - laitos, lupanro 13/MML/11. Annex 6. Location of the soil samples (maaperänäytepisteet) around the Valkea-Kotinen study area in 2007. Basemap National Land Survey of Finland, licence no. 13/MML/11 and Logica Suomi Oy. 46 Suomen ympäristö 34 | 2011 7 Muutokset metsään tulevassa sadannassa ja ravinnevirrat Valkea-Kotisen alueella Liisa Ukonmaanaho, Metsätutkimuslaitos, Vantaa Michael Starr, Helsingin yliopisto, Metsätieteiden laitos Johdanto Pääosa metsikköön tulevista ravinteista tulee sa- teen ja kuivalaskeuman mukana sekä maaperästä rapautumisen kautta. Ravinteita poistuu metsikös- tä huuhtoutumalla pintavalunnassa, huuhtoutu- malla pohjaveteen, puunkorjuun ja keräilytuottei- den mukana sekä haihtumalla kuten esimerkiksi typpeä denitrikaatiossa, mikä on kuitenkin vä- häistä pohjoisissa havumetsissä. Suurin osa met- sikön ravinteista on varastoituna puustossa, pin- takasvillisuudessa ja maassa, pieni osa ravinteista on ravinnevirroissa, jotka kuljettavat ravinteita systeemin eri osien välillä. Metsämaahan tuleva sadevesi poikkeaa sekä määrältään että laadultaan avoimelle paikalle sata- neesta vedestä. Osa sadevedestä pidättyy metsässä puiden latvuksiin tai haihtuu sieltä takaisin ilmaan, osa tulee maahan latvusten läpi tai latvusaukoista metsikkösadantana, ja osa suotautuu maaperään maavetenä. Sadevesi huuhtoo kasvillisuuden pin- nalta ravinteita tai liuottaa niitä ionivaihdon avulla. Latvukset myös pidättävät ravinteita, etenkin typ- piyhdisteitä. Latvustoon pidättyneen sadeveden haihtuessa sen sisältämät aineet jäävät latvustoon. Metsikkösadannan määrään ja laatuun vaikuttaa ennen kaikkea sadeveden koostumus ja etenkin sen happamuus. Myös sateen kestolla ja voimak- kuudella, vuodenajalla, puulajistolla, puiden iällä, tiheydellä ja puiden fysiologisella tilalla on mer- kitystä. Metsikkösadannan osuus on keskimäärin 60–90 % avoimen paikan sadannasta. Metsikkösa- dannassa pienen, mutta paikallisesti merkittävän osan, muodostaa puun runkoa pitkin valuva sa- danta, runkovalunta. Kuusivaltaisessa metsässä runkovalunnan määrä on pieni, sillä kuusen runko on rosoinen ja oksat ovat pitkät ja alaspäin kaar- tuvat, jolloin absorboiva pinta-ala on huomatta- vasti suurempi kuin puulajeilla, joiden kaarna on sileä ja kova ja oksien asento suora tai ylöspäin suuntautunut, kuten esim. männyllä ja koivulla. Runkovalunnan osuus vaihtelee avoimen paikan sadannasta 0–10 % puulajista riippuen, Suomessa se on yleensä < 2 % (Päivänen 1966). Metsään satanut vesi ja lumen sulamisvesi imey- tyvät maahan maavedeksi, josta se painovoiman vaikutuksesta liikkuu kohti pohjavettä tai pinta- kerrosvaluntana kohti uomaa tai muuta vesistöä. Runsaiden sateiden tai lumensulamisen aikana vedet voivat valua vesistöihin myös maanpintaa pitkin pintavaluntana. Metsäisillä alueilla Etelä- Suomessa noin 30-40 % vuotuisesta sademäärästä päätyy uomiin valunnaksi, Pohjois-Suomessa hie- man enemmän, noin 50-60 % (Hyvärinen, 1986). Maaperään suotautuneen veden määrälliset ja laadulliset vaihtelut ovat suuria sademäärästä, vuoden ajasta ja metsikön rakenteesta riippuen. Kasvien vedenotto vähentää maaveden määrää maan pintakerroksissa (suurin osa kasvien juuris- ta sijaitsee siellä), lisäksi haihdunta maan pinnal- ta kuivattaa maata. Kasvillisuuden ja mikrobien ravinteidenotto vähentää maaveden ravinnepitoi- Valkea-Kotisen tutkimusmetsää Research forest at Valkea-Kotinen Integrated Monitoring site Erkki Oksanen 47Suomen ympäristö 34 | 2011 suuksia ja muuttaa aineiden suhteita. Orgaanisen aineen hajotustoiminta ja rapautuminen lisäävät maaveden ravinnepitoisuuksia. Maassa tapahtuu myös kemiallisia reaktioita, jotka vapauttavat ja sitovat alkuaineita hetkellisesti tai pysyvästi. Metsikkökarikesadon mukana siirtyy ravinteita puustosta maaperään. Metsikkökarike muodostuu ekosysteemin kuolevasta aineksesta kuten neula- sista, lehdistä, kävyistä ja oksista. Karikkeen mu- kana ravinteet muuttuvat jälleen käyttökelpoiseen muotoon hajotustoiminnan kautta. Eri puulajeista saatu karike on erilaista, esim. havupuiden neu- laset ovat hitaammin hajoavia kuin lehtikarike. Siten lehtipuiden karikkeen sisältämät ravinteet ovat nopeammin uudelleen käytettävissä kuin neulaskarikkeen. Intensiivialat Valkea-Kotisella – mitä mitataan, miten mitataan? Valkea-Kotisen alueen kasvillisuutta ja puustoa on kuvattu luvuissa 2 ja 3. Seuranta-alueelle pe- rustettiin vuonna 1988–89 kaikkiaan 8 intensiivia- laa, joista kahdella seurattiin metsikkösadantaa, runkovaluntaa, maavettä ja karikesatoa. Tässä julkaisussa esitetään tuloksia vain toiselta näistä intensiivialoista, jossa toiminta jatkuu edelleen. Näiden alojen tarkempi puustokuvaus on esitetty taulukossa 1. YYS-toiminta siirtyi Metsäntutkimus- laitoksessa (Metla) vuonna 1999 osaksi Euroopan unionin tukemaa intensiivistä ICP metsäohjelmaa (UNECE ICP Forest, level II), joka vuonna 2003 muuttui Forest Focus-ohjelmaksi (Derome ym. 2007). Vuodesta 2009 lähtien seuranta on jatkunut EU-rahoitteisena LIFE+ FutMon-hankkeena, ja heinäkuusta 2011 Metlan Metsänympäristön tilan seurantahankkeessa (MYT). Intensiivialan koko on 30 m x 40 m (näyteala 3), ja sille on sijoitettu 14 metsikkösadantakeräintä. Metsikkösadantaa on kerätty kasvukauden aikana suppilotyyppisillä keräimillä (pinta-ala = 308 cm2), talvikeräintyyppi on vaihdellut, mutta sen kerä- yspinta-ala on ollut suurempi kuin kesäkeräimen. Runkovaluntakeräimet asennettiin valtapuihin, viiteen kuuseen ja koivuun. Keräimenä on käytet- ty silikoniletkuista valmistettuja spiraalityyppisiä keräimiä. Runkovaluntaa on kerätty vain kasvu- kauden aikana ja sen keräys lopetettiin vuonna Karike- ja metsikkösadantakeräimiä Valkea-Kotisen tutkimusalueella Litterfall and throughfall collectors at Valkea-Kotinen Integrated Monitoring site Liisa Ukonmaanaho 48 Suomen ympäristö 34 | 2011 1999. Maavettä on kerätty käyttäen alipainelysi- metrejä. Keraamisen lysimetrin huokoskoko on 1 m. Lysimetrit on asennettu kahteen eri syvyyteen (15 ja 35 cm), 3 lysimetriä/syvyys ja niitä pide- tään n. 60kPa alipaineessa. Karikesatoa on kerätty kuukausittain karikesuppiloista (6–12 keräintä / koeala, pinta-ala=0,5 m2) kasvukauden aikana. Tal- ven aikana kerääntynyt karike on kerätty keväällä ennen kasvukauden alkua. Ainemääritykset näyt- teistä on tehty pääosin käyttäen ICP-AES-, FIA-, IC ja TOC-V CPH/CPN, LECO CHN 1000-laitteita Met- lan keskuslaboratoriossa. Karikkeen esikäsittely on tehty Parkanon tutkimusasemalla. Aloilta on tehty lisäksi esim. puustomittaukset, kasvipeite- kuvaukset ja maaperäanalyysit. Taulukko 1. Valkea-Kotisen tutkimusalueen intensiivialojen puustokuvaus (Ukonmaanaho 2001). Table 1. Characteristics of stands on the intensive plots at Valkea-Kotinen Integrated Monitoring site (Ukonmaanaho 2001). Näyteala 3 Näyteala 2 Pinta-ala, ha 0,12 0,16 Metsätyyppi OMT Mtkg Puuston pohja- pinta-ala, m3 ha-1 566 406 Mänty % 2 3 Kuusi % 62 87 Lehtipuut % 36 10 Keskikorkeus, m 18 16 Pääpuulajin ikä, v. 170 155 Ravinnepitoisuudet sadannasta maaveteen Sadeveden määrä ja laatu muuntuvat voimakkaas- ti kulkiessaan latvuskerroksen läpi maaperään (taulukko 2). Metsikkösadannassa ainepitoisuudet ovat korkeammat kuin avoimen paikan sadannas- sa (lukuun ottamatta typpeä), mikä johtuu ensisi- jaisesti latvustosta liukenevien ja kuivalaskeumana kertyneiden aineiden huuhtoutumisesta. Esimer- kiksi kaliumpitoisuus (K) on metsikkösadannassa huomattavasti korkeampi kuin avoimen paikan sadannassa, sillä kalium esiintyy ionimuodossa ja on helppoliukoinen. Kaliumilla on tärkeä merki- tys ilmarakojen avautumis- ja sulkeutumismeka- nismeissa. Huomattava osa metsikkösadannassa huuhtoutuneesta kaliumista on kationinvaihdosta peräisin. Metsikkösadannan korkea sulfaattipitoi- suus (SO4) johtuu kuivalaskeumasta, sekä siitä että SO4 reagoi heikosti kasvien kanssa eikä pidä- ty latvustoon. Epäorgaanisten typpiyhdisteiden, nitraatin (NO3) ja ammoniumin (NH4), alhaisempi pitoisuus metsikkösadannassa johtuu siitä, että latvusto pidättää osan typpiyhdisteistä ravinnok- seen. Liuenneen orgaanisen hiilen (DOC) pitoisuus (taulukko 2) on metsikkösadannassa suurempi kuin avoimen paikan sadannassa. Hiililisä met- sikkösadannassa johtunee kasvien joko itsensä ja/ tai puun pinnalla elävien mikrobien ja hyönteisten erittämistä aineista ja hajoamistuotteista. Runkovalunnan pitoisuudet ovat olleet huomat- tavasti korkeammat kuin avoimen paikan, metsik- kösadannan ja maaveden pitoisuudet. Valkea-Koti- silla runkovaluntakeräimet oli asennettu kuusiin ja koivuihin. Pääsääntöisesti kuusen runkovalunnan ainepitoisuudet olivat korkeammat kuin koivun, mitä selittää kuusen rungon pintarakenne (tauluk- ko 2). Kuusen rosoiselle kuorelle kertyy enemmän kuivalaskeumaa, siinä on pinta-alaa enemmän mikrobeille, epifyyteille ja muulle eliöstölle, jot- ka voivat vaikuttaa runkoa pitkin valuvan veden ainepitoisuuksiin. Lisäksi vesi viipyy kuusen rosoisella pinnalla kauemmin kuin sileällä koi- vun kuorella, mikä voi edesauttaa ionienvaihtoa rungon pinnalla. Alalta, josta on mitattu haavan runkovaluntaa, on todettu erityisen korkeita K- ja kalsium(Ca)-pitoisuuksia (Starr & Ukonmaanaho 1994). Haapaa ympäröivä kasvillisuus onkin usein poikkeuksellisen rehevää ravinteikkaan runkova- lunnan vaikutuksesta. Vaikka pitoisuudet runko- valunnassa ovat korkeat, sen merkitys sademäärää tarkasteltaessa on vähäinen, vain < 2 % avoimen paikan sadannasta (kuva 1). Tämän takia runkova- lunta on jätetty jatkossa esitetyistä tuloksista pois. Maavedessä pitoisuudet ovat olleet typpiyhdis- teitä lukuun ottamatta korkeampia kuin avoimen paikan ja metsikön sadannassa, ja useimmiten korkeampi pitoisuus oli syvemmässä maakerrok- sessa (35 cm) (taulukko 2). Myös happamuus laski syvyyden mukaan, mikä johtuu maan puskuri- ja neutralointireaktioista, lisäksi rapautuminen ja ka- tioninvaihto vaikuttavat asiaan. 49Suomen ympäristö 34 | 2011 Taulukko 2. Avoimen paikan (BD), metsikkösadannan (TF), maaveden (SW) ja runkovalunnan (SF) keskimääräisiä pitoisuuksia (mg l-1, paitsi H+ mol l-1) Valkea-Kotisen tutki- musalueella ajanjaksolla 1991–1997 (Ukonmaanaho & Starr 2002; Starr & Ukonmaanaho 2004). Table 2. Average solute concentrations in bulk deposition (BD), throughfall (TF), soilwater (SW) and stemow (SF) at Valkea- Kotinen Integrated Monitoring site during 1991–1997 (Ukon- maanaho & Starr 2002, Starr & Ukonmaanaho 2004). BD TF SW 15 cm SW 35 cm SF, kuusi* SF, koivu* 1991–1997 1992–1999* SO4-S 0,70 1,82 3,53 3,86 8,28 5,73 NH4-N 0,31 0,22 0,05 0,06 0,93 0,31 NO3-N 0,35 0,26 0,01 0,01 0,18 0,10 Ca 0,18 1,01 2,82 3,21 10,9 5,12 K 0,10 2,90 1,71 1,71 11,7 19,6 DOC 3,70 14,0 20,1 9,5 129,9 91,9 H+ 35,6 38,0 15,7 13,1 171,8 112,9 *julkaisematon data/unpublished data västi. ANC on happamuuden neutralointikykyä kuvaava laskennallinen suure, ja se saadaan vä- hentämällä emäskationien summasta (Ca, Mg, K, Na) vahvojen happojen anionien summa (SO4, Cl, NO3). Positiivinen summa osoittaa puskurikykyä happamuutta vastaan, joten ANC:n nousun myö- tä metsikkösadannan happamoittava vaikutus on vähentymässä. Taulukko 3. Metsikkösadannan ja maaveden (syvyys 40 cm) keskimääräiset ainepitoisuudet sekä Mann-Kendall analyy- sillä lasketut muutokset ajan suhteen Valkea-Kotisen tutki- musalueella vuosina 1989−2006 (DOC 1991−2006). Slope (=kulmakerroin) kertoo minkä verran ravinteen pitoisuus on laskenut tai noussut ajan kuluessa (Ukonmaanaho ym. 2009). Table 3. Mean solute concentrations in throughfall and soil wa- ter at the depth of 40 cm, and Mann-Kendall slope estimates and associated signigances for linear trends in solute concent- rations in 1989–2006 ( DOC 1991–2006) at Valkea-Kotinen Integrated Monitoring site (Ukonmaanaho et al. 2009). Muuttuja TF SW 40 cm SO4-S mg l-1 slope p 1,43 –0,06 *** 4,68 0,01 DOC mg l-1 slope p 18,0 0,64 *** 12,0 –0,4 Emäskationit (Ca+Mg+Na+K) µmolc l-1 slope p 177 2,9 *** 324 −11,4 * ANC µmolc l-1 slope p 17,2 7,10 *** –29,8 –6,11 Merkitsevyystaso/signicance * < 0,05, ** < 0,01, *** < 0,001 Metsikkösadannan liuenneen orgaanisen aineen (DOC) pitoisuus on myös merkitsevästi noussut kuluneen noin 20 vuoden aikana (taulukko 3). DOC muodostuu liuenneessa muodossa olevista hiiliyh- disteistä, jotka ovat pääosin peräisin kasvinosien hajoamistuotteista. Laskeuman vähentynyt happa- muus on voinut osaltaan edistää puiden kasvua, ja sitä kautta vaikuttanut Valkea-Kotisella havait- tuun puuston biomassan ja karikemäärän kasvuun tutkimusajanjakson aikana. Hajotettavan aineksen määrän lisääntyminen on siten osaltaan voinut ai- heuttaa nousevaa suuntausta DOC-pitoisuudessa. Maaveden pitoisuuksissa pitkäaikaismuutokset ovat olleet vähäisempiä. Emäskationipitoisuudet ovat kuitenkin merkitsevästi pienentyneet tutki- musjakson aikana, mikä selittänee samanaikaisesti alentuneen ANC-pitoisuuden. Ilmeistä kuitenkin on, että myös maaperässä on käynnistynyt toipu- minen happamoitumisesta, mutta se voi olla pitkä prosessi, ja toipumisen merkit maavedessä (ja poh- javedessä) näkyvät hitaammin kuin pintavesissä (ks. luvut 6 ja 8). Kuva 1. Runkovalunnan määrä suhteessa avoimen paikan sadantaan eri puulajeilla ympäristön yhdennetyn seuran- nan intensiivialoilla (Starr 1995). Fig. 1. Stemow yield (percentage of precipitation) for each tree species at the Finnish Integrated Monitoring sites (Starr 1995). Kuusi Haapa Mänty Koivu 0 1 2 3 Puulaji runkovalunta/vapaa sadanta % Mitä aikasarjat kertovat Valkea-Kotisella on mitattu metsikkösadannan ja maaveden ainepitoisuuksia 1980-luvun lopulta lähtien. Samalla ajanjaksolla Euroopan happa- moittavia rikkipäästöjä on onnistuttu tehokkaas- ti vähentämään. Muutokset metsikkösadannan ainepitoisuuksissa tarkastelujaksolla 1989−2006 ovatkin yleisesti olleet merkittäviä. Sulfaattipitoi- suus metsikkösadannassa on vähentynyt merkit- sevästi, keskimäärin muutos on noin 0,05 mg l-1 a-1 (taulukko 3, kuva 2). Happamuutta vähentävien emäskationien sekä hapon neutraloitumiskyvyn eli ANC:n pitoisuudet ovat nousseet merkitse- 50 Suomen ympäristö 34 | 2011 Mitä tapahtuu metsikön sisällä? Karikesadon määrä on lisääntynyt Valkea-Kotisel- la vuosien 1992−2006 aikana. Tutkimusajanjakson alussa vuosikarikemäärä intensiivialalla oli 2590 kg ha-1, ja lopussa 3750 kg ha-1. Valkea-Kotisen intensiivialan karikesadosta lä- hes puolet koostuu muusta kuin neulaskarikkees- ta, mitä selittänee alan ikärakenne. Vanhemmissa metsissä karikesadossa on tyypillisesti enemmän mm. oksia, kaarnaa, ja käpyjä suhteessa neulasiin ja lehtiin. Kuusivaltaisissa nuoremmissa talous- metsissä yleensä neulasten määrä karikesadosta on huomattavasti suurempi kuin muun karikkeen osuus. Hiiltä karikkeessa oli noin 50 % kuivapai- nosta riippumatta karikelajista (taulukko 4), typ- peä pääsääntöisesti < 1 %, esim. elävien kuusen Taulukko 4. Eri karikeositteiden pitoisuuksia (Ukonmaanaho ym. 2008) Valkea-Kotisen tutkimusalueella ja kuusen neulas- ten nuorimman vuosikerran keskimääräisiä pitoisuuksia ICP Forest aloilla Suomessa (Merilä 2007). Table 4. Annual mass-weighted litterfall concentrations by litter fraction at Valkea-Kotinen Integrated Monitoring site (Ukonmaan- aho et al. 2008) and average nutrient concentrations in current year Norway spruce needles at ICP Forest sites in Finland (Merilä 2007). Osite N % Ca mg g-1 K mg g-1 Mg mg g-1 S mg g-1 P mg g-1 C % Männyn karikeneu- laset Keskiarvo sd 0,53 0,11 4,92 0,38 1,16 0,09 0,52 0,04 0,47 0,03 0,29 0,03 53,5 1,31 Kuusen karikeneu- laset Keskiarvo sd 0,8 0,06 12,4 0,55 2,19 0,22 0,09 0,05 0,69 0,04 0,58 0,07 49,6 0,55 Karikelehdet Keskiarvo sd 0,78 0,05 10,4 0,89 3,49 0,49 3,14 0,25 0,66 0,04 0,51 0,08 53,3 0,61 Muu karike Keskiarvo sd 1,12 0,074 4,26 0,27 2,17 0,56 0,74 0,06 0,97 0,03 0,86 0,10 52,8 1,07 Kuusen neulaset (nuorin vuosikerta) Keskiarvo sd 1,18 0,17 3,67 0,75 6,65 0,79 1,14 0,14 0,84 0,09 1,60 0,22 - - Kuva 2. Sulfaattipitoisuuden (SO4-S) muutos metsikkösadannassa (TF) Valkea-Kotisen tutkimusalueella vuosina 1989– 2006 (Ukonmaanaho ym. 2009). Fig. 2. Sulphate concentrations in throughfall at Valkea-Kotinen Integrated Monitoring site during 1989–2006 (Ukonmaanaho et al. 2009). SO4-S (mg l -1) 0 2 4 6 8 10 12 198 9 199 0 199 1 199 2 199 3 199 4 199 5 199 6 199 7 199 8 199 9 200 0 200 1 200 2 200 3 200 4 200 5 200 6 nuorimpien neulasten pitoisuus on keskimäärin 1,2 %. Muu karikeositteen typpipitoisuus oli 1,12 % (muu karikeosite= pienet oksat, kaarna, jäkälä, kukinnot jne.). Typpi kulkeutuu yleensä takaisin puun runkoon tai muuhun elävään osaan talveen- tumisen myötä, minkä takia karikkeessa pitoisuu- det ovat pieniä. Emäskationeista kalsiumin pitoi- suus oli korkein kuusen karikeneulasissa (12,41 mg g-1), keskimäärin tuoreiden kuusenneulasten pitoisuus oli 3,67 mg g-1. Liikkuvien ravinteiden määrät (N, P, K, S) vähenevät vanhemmissa neula- sissa kasvukauden alussa, mutta liikkumattomien (mm. kalsium) määrät lisääntyvät neulasen iän mukana. Kalsiumia on erityisesti soluseinämissä rakennusaineessa, jonka takia sitä kerääntyy kuol- leisiin solukoihin. 51Suomen ympäristö 34 | 2011 Puustobiomassa intensiivialalla oli 220,3 t ha-1. Kuusella keskimäärin noin 69 % biomassasta muo- dostuu runkopuusta, 20 % elävistä oksista, 5 % neulasista, kuoren osuus on noin 2 % sekä kuollei- den oksien 3 % (Ukonmaanaho ym. 2008). Aloilla, joista on mitattu myös männyn biomassaositteita, runkopuun osuus on yli 80 % kokonaisbiomassasta (Ukonmaanaho ym. 2008). Valkea-Kotisella kuusen puustobiomassan eri ositteiden (runkopuu, elävät oksat, neulaset, kuori ja kuolleet oksat) korkeim- mat ravinnepitoisuudet olivat pääsääntöisesti neulasbiomassassa. Poikkeus oli kalsium, jonka pitoisuus oli korkein kuoressa ja kuolleissa oksis- sa, mitä selittää jo aikaisemmin mainittu kalsiumin kerääntyminen soluseinämiin. Typpeä puustobio- massassa on 377 kg ha-1. Vuositasolla puustobiomassasta palautui 2 % karikkeen mukana metsämaahan (taulukko 5, ku- va 3). Tarkastelluista ravinteista rikkiä palautui eniten (11 %) ja kaliumia vähiten (< 3,5 %). Typpeä palautui karikkeena 9 %. Esimerkiksi typen osalta tämä vastaa määrällisesti 33 kg ha-1. Kun tarkastel- laan vastaavasti elävän ja kuolleen neulasmassan suhdetta, noin 12 % neulasbiomassasta palautui vuositasolla maahan karikeneulasina. Typestä, kaliumista ja fosforista alle 8 % palautui neulas- karikkeena maahan, eli yli 90 % ko. ravinteesta oli siirtynyt takaisin puun eläviin osiin; runkoon ja neulasiin tai huuhtoutunut sadeveden mukana pois, kuten osa kaliumista. Kalsiumia sen sijaan siirtyi vain 70 % takaisin puuston eläviin osiin. Metsikön sisäisessä ravinnekierrossa karikkeen mukana saatava ravinnelisäys on metsikkösadan- Kuva 3. Karikesatona ja karikeneulasten mukana maahan palautuneet biomassa ja ravinteet prosentteina puusto- biomassasta ja elävästä neulasmassasta Valkea-Kotisen tutkimusalueella (Ukonmaanaho ym. 2008). Fig. 3. Annual turnover rates (%) of biomass and nutrients (total litterfall/above-ground tree compartments and litterfall needles/living needles) at Valkea-Kotinen Integrated Monitoring site (Ukonmaanaho et al. 2008). 0 5 10 15 20 25 30 b i o m a s sa N Ca K M g S C % - o su u s k o k o nai s k a r i k e / puus t obio ma s s a k a r i k eneul a s et / v i hr eä t neula set Taulukko 5. Ravinnevarastot puustossa ja karikkeessa Valkea-Kotisen tutkimusalueella (Ukonmaanaho ym. 2008). Table 5. Nutrient pools in above-ground tree biomass and litterfall (kg ha-1) at Valkea-Kotinen Integrated Monitoring site. Osite N Ca K Mg S C Puustobiomassa, kg ha-1 Runko 49,7 150,8 68,2 12,8 5,7 83530 Elävät oksat 149,6 154,0 99,4 16,1 8,9 16407 Neulaset 136,8 57,0 63,9 11,2 8,4 10585 Kuori 33,3 125,1 13,9 3,2 2,5 4185 Kuolleet oksat 8,1 38,3 1,8 1,3 0,5 2282 Yhteensä 377,5 525,2 247,1 44,5 26 116989 Karike, kg ha-1 Neulaset 10,4 16,1 2,8 1,2 0,9 640 Muu karike 22,5 13,6 5,7 3,3 1,9 1159 Yhteensä 32,9 29,7 8,5 4,5 2,8 1799 Taulukko 6. Karikesato (Ukonmaanaho ym. 2008) ja metsikkösadannan määrät (Lindroos ym. 2007) Valkea-Kotisen tutki- musalueella. Table 6. Nutrient amount in litterfall (Ukonmaanaho et al. 2008) and deposition in throughfall (Lindroos et al. 2007) at Valkea- Kotinen Integrated Monitoring site. Muuttuja N Ca K Mg S C/DOC Karike kg ha-1 32,9 29,8 8,5 4,5 2,7 1600 Metsikkösadanta kg ha-1 2,7 2,9 11,1 0,9 3,8 70,0 Yhteensä kg ha-1 35,6 32,7 19,6 5,4 6,5 1670 Täysikasvuisen männikön vuotuinen ravinnetarve* kg ha-1 26 8 13 - - - Vuotuinen karike + metsikkösadanta/ravinnetarve % 127 407 151 - - - *Helmisaari ym./et al. 1992. 52 Suomen ympäristö 34 | 2011 taan verrattuna selvästi suurempi. Karikkeen ha- joaminen on kuitenkin hidasta, joten siitä saatavat ravinteet tulevat kasvien käyttöön vasta muuta- man vuoden viiveellä riippuen karikkeen laadus- ta. Sen sijaan metsikkösadannasta saatavat ravin- teet ovat heti käytettävissä. Männyn vuosittainen ravinnetarve männiköissä muutamien aineiden osalta on esitetty taulukossa 6. Valkea-Kotisen kuusikossa karikkeen ja metsikkösadannan mu- kana saatavat ravinteet ylittävät reilusti männikön vuotuisen ravinnetarpeen, kuusikon ravinnetarve onkin todennäköisesti männikköä suurempi. Yhteenveto Metsikkösadannan ainepitoisuudet olivat kor- keammat kuin avoimen paikan sadannan, typpeä lukuun ottamatta, mikä johtuu latvustosta liukene- vien ja kuivalaskeuman mukana kertyneiden ainei- den huuhtoutumisesta. Euroopan rikkipäästöjen vähentymisen myötä metsikkösadannan sulfaatti- pitoisuus on alentunut merkitsevästi kuluneen 20 vuoden aikana. Haponneutralointikyky eli ANC on noussut merkitsevästi, osoittaen metsikkösa- dannan happamoittavan vaikutuksen vähentymis- tä. Maavedessä kemialliset muutokset olivat vähäi- sempiä. Maaperän toipuminen happamoitumisen aiheuttamista muutoksista on pitkä prosessi, joten toipumisen merkit maavedessä ilmenevät yleensä hitaammin kuin pintavesissä. Karikkeen ja metsikkösadannan mukana siirtyy merkittävä määrä ravinteita uudelleen metsikön ravinnekiertoon. Suurin osa metsikön ravinteis- ta on kuitenkin varastoistunut elävään puusto- ja muuhun kasvillisuusbiomassaan sekä maaperään. Kirjallisuus Derome, J., Lindgren, M., Merilä, P., Beuker, E. & Nöjd, P. 2007. Forest condition monitoring under the UN/ECE and EU programmes in Finland. Yleiseurooppalainen metsien terveydentilan seuranta (YK-ECE/EU) Suomessa. In: Me- rilä, P., Kilponen, T. & Derome, J. (eds.). Forest condition monitoring in Finland - National report 2002–2005. Metlan työraportteja/Working Papers of the Finnish Forest Rese- arch Institute 45. P. 11–20. Helmisaari, H-S. 1992. Nutrient retranslocation in three Pinus sylvestris stands. Forest Ecology and Management 51: 347–367. Hyvärinen, V. 1986. Valunta. Julk.: Mustonen, S. (toim.). So- vellettu hydrologia. Vesiyhdistys r.y. Helsinki. S. 152−225. Lindroos, A.-J., Derome, J. & Derome, K. 2007. Open area bulk deposition and stand throughfall in Finland during 2001– 2004. Avoimen paikan ja metsikkösadannan laskeuma Suomessa vuosina 2001–2004. In: Merilä, P., Kilponen, T. & Derome, J. (eds.). Forest condition monitoring in Finland – National report 2002–2005. Metlan työraportteja/Working Papers of the Finnish Forest Research Institute 45. P. 81–92. Merilä, P. 2007. Needle chemistry on the intensive monitoring plots 1995–2003. Neulasten kemiallinen koostumus inten- siiviseurannan havaintoaloilla vuosina 1995–2003. In: Me- rilä, P., Kilponen, T. & Derome, J. (eds.). Forest condition monitoring in Finland – National report 2002–2005. Metlan työraportteja/Working Papers of the Finnish Forest Rese- arch Institute 45. P. 46–62. Päivänen, J. 1966. Sateen jakautuminen erilaisissa metsiköissä. Summary: The distribution of rainfall in different types of forest stands. Silva Fennica 119(3): 1–37. Starr, M. 1995. Quantity of throughfall and stemow. In: Bergström, I., Mäkelä, K., Starr, M., (eds.), Integrated Monitoring Programme in Finland, First National Report. Ministry of the Environment, Environmental Policy De- partment, Helsinki. Report 1. P. 59–60. Starr, M. & Ukonmaanaho, L. 1994. Metsikkösadannan ja maaveden laatu ympäristön yhdennetyn seurannan valuma-alueilla. Julk.: Mälkönen, E. & Sivula, H. (toim.). Suomen metsien kunto. Metsien terveydentilan tutkimus- ohjelman väliraportti. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonan- toja 527. S. 271–284. Starr, M. & Ukonmaanaho, L. 2004. Levels and characteristics of TOC in throughfall, forest oor and soil solution in undisturbed boreal forest ecosystems. Water, Air and Soil Pollution: Focus 4: 715–729. Ukonmaanaho, L. 2001. Canopy and soil interaction with deposition in remote boreal forest ecosystems: a long-term integrated monitoring approach (väitöskirja). Metsäntut- kimuslaitoksen tiedonantoja. The Finnish Forest Research Institute, Research Papers 818. 69 s. + 5 osajulk. Ukonmaanaho, L. & Starr, M. 2002. Major nutrients and acidity: budgets and trends at four remote boreal stands in Finland during the 1990s. The Science of the Total Environ- ment 297: 21–41. Ukonmaanaho, L., Merilä, P., Nöjd, P. & Nieminen, T.M. 2008. Litterfall production and nutrient return to the forest oor in Scots pine and Norway spruce stands in Finland. Boreal Environment Research 13 (supp.B): 67–91 Ukonmaanaho, L., Starr, M., Lindroos, A.-J. & Derome, J. 2009. Long-term changes in sulphate and acid neutralizing capa- city of throughfall and effects on soil water DOC concent- rations in Finnish forests. In: Kaennel Dobbertin, M. (ed.). Long-term ecosystem research: understanding the present to shape the future. Birmensdorf. P. 106. 53Suomen ympäristö 34 | 2011 8 Valkea-Kotisen veden laatu ja valuma-alueen hydrologiset olot sekä niiden pitkä- aikaismuutokset Jussi Vuorenmaa, Suomen ympäristökeskus Petri Horppila, Hämeen ELY-keskus Johdanto Valkea-Kotinen on yksi Suomen tutkituimmista järvistä. Järven sijainti suojellulla alueella, jossa ei ole suoraa ihmistoiminnan vaikutusta, tekee siitä arvokkaan kohteen tutkittaessa esimerkiksi globaa- lien ympäristöongelmien kuten kaukokulkeutuvi- en ilman epäpuhtauksien ja ilmaston muuttumisen vaikutuksia järven ekosysteemiin. Valkea-Kotinen on pienen valuma-alueensa ainoa järvi; sinne ei tule tulovirtaamaa muista vesistöistä. Tämäntyyppiset ns. pienet latvajärvet ovat herkkiä ympäristövai- kutuksille, mm. ilmansaasteille. Valuma-alueeltaan luonnontilaisena tausta- eli referenssijärvenä Val- kea-Kotinen tarjoaa siten arvokasta vertailutietoa arvioitaessa ihmisen toimenpiteiden vaikutuksia ekosysteemiin. Luonnontilaisena säilyneitä pitkä- aikaisia ympäristöntutkimusalueita Suomessa sekä Martin Forsius Valkea-Kotinen Lake Valkea-Kotinen 54 Suomen ympäristö 34 | 2011 muualla maailmassa on vain vähän. Arvioitaessa esimerkiksi ilmaston muuttumisen vaikutuksia nyt ja tulevaisuudessa, näiden alueiden tutkimusarvo kasvaa mitä enemmän laadukasta seurantatutki- musaineistoa karttuu. Ilman epäpuhtauslaskeuman sekä ilmaston- muutoksen vesistövaikutuksien tutkimuksessa on tärkeää saada poissuljettua suorat ihmistoiminnan vaikutukset. Luonnontilaisille ympäristön yhden- netyn seurannan alueille on parin vuosikymmenen aikana keskitetty runsaasti aiheeseen liittyvää tut- kimusta ja seurantaa. Valkea-Kotisen veden laadun tutkimus alkoi jo 1982 osana pienten metsäjärvien kalaston elohopeatutkimusta (Verta ym. 1986). Ym- päristöhallinto aloitti intensiivisen veden laadun seurannan järvellä vuonna 1987 osana ympäris- tön yhdennettyä seurantaa (ks. luku 1). Samassa yhteydessä aloitettiin Valkea-Kotisen laskupuron vesikemialliset sekä hydrologiset mittaukset. Hel- singin yliopiston Lammin biologinen asema aloitti Valkea-Kotisen intensiivisen fysikaalis-kemiallisen sekä biologisen seurannan omin tutkimuksin sekä YYS-toiminnan tarpeisiin vuonna 1990. Vuonna 2006 Valkea-Kotinen liitettiin tuottamaan tietoa myös ympäristöhallinnon ilmansaasteiden ja il- mastonmuutoksen vesistövaikutuksien seuranta- ohjelmalle sekä EU:n vesipuitedirektiivin edellyt- tämän järvien perusseurannan ohjelmalle. Tässä luvussa tarkastellaan Valkea-Kotisen ve- den laatua sekä vedenlaadun pitkäaikaismuutok- sia sekä järvestä että laskupurosta ympäristöhallin- non keräämästä aineistosta vuosina 1987–2009. Li- säksi tarkastellaan Valkea-Kotisen valuma-alueen sadanta- ja valuntaolosuhteita vuosina 1989–2009. Vesikemialliset, hydrologiset ja meteorologiset mittaukset Veden laatu Valkea-Kotisen järven ja laskupuron fysikaalis-ke- miallista veden laatua on seurattu ympäristön yh- dennetyn seurannan ohjelmalla vuodesta 1987 läh- tien. Ympäristöhallinnon seurantaohjelmassa järvi- vesinäytteitä on otettu seitsemän kertaa vuodessa järven keskeltä syvännepisteen kohdalta: maalis-, touko-, kesä-, heinä, elo-, loka- ja joulukuussa. Joi- nain vuosina on järjestetty erilaisia perusseuranta- ohjelmaa täydentäviä mittauskampanjoita, jolloin näytteenottokertoja on ollut 30–40 vuodessa. Näytteet järvestä on otettu eri syvyyksiltä: 1 metri, 3 metriä (edustaa vesipatsaan puoliväliä) sekä 5 metriä (edustaa pohjan läheistä vesikerros- ta). Lisäksi avovesiaikana otetaan kokoomanäyt- teitä (0–2 metriä) a-klorofyllin ja kasviplanktonin määrityksiä varten (ks. luku 10). Helsingin yliopis- ton Lammin biologinen asema on seurannut Val- kea-Kotisen vedenlaatua avovesiaikana viikoittain. Valkea-Kotisen laskupurosta näytteitä on otettu 21 kertaa vuodessa: kevätvalumien aikana kerran viikossa (8 näytettä), syysvalumien aikana kaksi kertaa kuukaudessa (6 näytettä) ja muina aikoina kerran kuukaudessa (7 näytettä). Joinain vuosina mittauskampanjoissa näytekertoja on ollut enem- män. Järvisyvännenäytteistä ja purovesinäytteistä on analysoitu lämpötila, happi, sameus, sähkönjohta- vuus, alkaliniteetti, pH, väriluku (komparaattori- menetelmä), absorbanssi, CODMn, kokonaistyppi, NO3-N, NH4-N, kokonaisfosfori, PO4-P, a-klorofylli (vain järvisyvänne), Ca, Mg, Na, K, SO4, Cl, F, SiO2, TOC, TIC, Al, Fe, Mn, As, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Se, Zn, V, kokonais Hg, ja metyylielohopea. Näyt- teet on analysoitu Uudenmaan ja Pirkanmaan ELY- keskuksien (aiemmin ympäristökeskus) ja Suomen ympäristökeskuksen laboratorioissa akkreditoi- duin menetelmin. Metyylielohopeanäytteet on analysoitu Ruotsin ympäristöntutkimuslaitoksen (IVL) laboratoriossa. Sadanta ja valunta Sadantatietoja Valkea-Kotisen YYS-alueen tutki- mustarpeisiin kerättiin vuosina 1989–2008 Ilma- tieteen laitoksen Iso-Evon ilmastoasemalta (IL LP- NN 1433), joka sijaitsi 6 kilometriä Valkea-Kotiselta lounaaseen. Tässä raportissa käytetyt vuoden 2009 sadantatiedot ovat Ilmatieteen laitoksen Lammin biologisella asemalla sijaitsevalta sääasemalta (IL LPNN 1403). Valkea-Kotisen laskupurossa valunnan mitta- ukset mittapadolla aloitettiin toukokuussa 1988. Mittapato sijaitsee laskupurossa 150 metriä järven luusuasta. Valunnalla tarkoitetaan aikayksikössä valuma-alueelta purkautuvaa vesimäärää. Mitta- us perustuu laskupuron jatkuvatoimiseen veden- korkeuden mittaukseen. Mittaustieto piirtyy käsin vaihdettavalle limnigrapaperille. Tieto analysoi- daan ja lasketaan valunnaksi padolle määritellyn purkautumiskäyrän avulla. Vuodesta 2007 lähtien mittaustoiminta automatisoitiin vaihtamalla limni- gra paineanturiin, joka lähettää mittaustiedot päi- vittäin ympäristöhallinnon tietokantaan. Mitattu vesimäärä (l s-1) muutetaan valunnaksi eli aikayk- sikössä tietyltä alueelta valuvaksi vesimääräksi (l s-1 km-2) käyttäen valuma-alueen pinta-alaa. Usein valunta ilmoitetaan millimetriä per aikayksikkö, jolloin se on vertailukelpoinen sadannan ja haih- dunnan kanssa. 55Suomen ympäristö 34 | 2011 Valkea-Kotisen vesikemialliset ominaisuudet Valkea-Kotinen on pieni (3,6 ha) ja matala (keski- syvyys 3 m), joka edustaa ominaisuuksiltaan tyy- pillistä eteläsuomalaista metsäjärveä ja vesipuite- direktiivin mukaisessa tyypittelyssä runsashu- muksista järvityyppiä (Rh). Ympäröivällä valuma- alueella on suota ja turvemaata, joista huuhtoutuu humusaineita järveen. Järven vesi onkin väriltään ruskeaa (veden värin mediaaniarvo v. 2000–2009 100 mg Pt l-1) ja sen orgaanisen hiilen pitoisuus on korkea (TOC mediaaniarvo 13 mg l-1) (taulukko 1). Humusaineet tekevät vedestä myös luontaisesti ns. orgaanisesti happaman, jota kuvastavat järven alhainen puskurikyky eli alkaliniteetti (mediaani- arvo 20 µekv l-1) sekä pH (mediaaniarvo pH 5,5). Korkeaan happamuuteen ja alhaiseen puskuriky- kyyn ovat vaikuttaneet myös ihmisen rikkipäästöt ja niiden aiheuttama ilmaperäinen happamoitumi- nen eli hapan sade. Järven sulfaattipitoisuus (me- diaaniarvo 5,5 mg l-1, ei-merellisenä ekvivalent- tipitoisuutena 110 µekv l-1) on eteläsuomalaiselle järvelle tyypillisen korkea verrattuna pitoisuuksiin keski- ja pohjoissuomalaisissa järvissä (Vuorenmaa 2007). Rikin laskeumakuormitus ja ilmaperäinen happamoituminen on ollut voimakkainta Etelä- Suomessa, johtuen alueen korkeammista päästöis- tä sekä Keski- ja Itä-Euroopasta kaukokulkeutuvi- en ilmansaasteiden suuremmasta vaikutuksesta. Laskeumaa on käsitelty tarkemmin luvussa 4, ja ihmisen aiheuttamaa vesistöjen happamoitumista myöhemmin tässä luvussa. Valkea-Kotinen on fosforipitoisuutensa perus- teella keskiravinteinen eli mesotronen. Lievä ravinteikkuus on luontaista humuspitoisissa met- säjärvissä, sillä orgaanisen aineksen mukana huuh- toutuu myös siihen sitoutunutta orgaanista fosforia ja typpeä. Kokonaisfosforin ja kokonaistypen pitoi- suuksien mediaaniarvot järvessä v. 2000–2009 ovat 17 µg l-1 ja 490 µg l-1 (taulukko 1). Nitraatti-typen (NO3-N) mediaanipitoisuus on vastaavasti 2 µg l-1 (keskiarvo 11 µg l-1). Tyypillisesti pitoisuudet ovat korkeimmillaan talvella (> 30 µg l-1), mutta laskevat kesällä tuotantokautena usein tasolle < 2 µg l-1. Tietoja seuranta-alueen sadannasta ja valunnasta sekä niiden muutoksista 1989–2009 Tarkastelujaksolla 1989–2009 Valkea-Kotisen va- luma-alueen keskimääräinen vuosivalunta oli 200 mm a-1 (6,3 l s-1 km-2 a-1) sekä keskimääräinen vuosi- sadanta 630 mm a-1. Sadannan ja valunnan aikasar- joissa ei esiinny jakson aikana tilastollisesti merkit- seviä pitkäaikaistrendejä vuosi- ja kuukausitasolla. Jakson suurin sadanta (788 mm a-1) ja valunta (320 mm a-1) mitattiin vuonna 2004, jolloin kesä oli hy- vin sateinen: kesä–elokuussa satoi lähes 380 mm. Vuonna 1998 kesä oli myös runsassateinen: kesä– elokuussa satoi lähes 370 mm. Runsaista sateista johtuen myös korkeimmat kesä-/syysaikaiset va- lunnat mitattiin vuosina 1998 ja 2004 (kuvat 1 ja 2). Taulukko 1. Valkea-Kotisen veden laadun pitoisuusarvojen keskiarvo ja mediaani 1 metrin näytteistä ajanjaksoilla 1987– 1999 ja 2000–2009, sekä vedenlaatumuuttujien pitkäaikaistrendit vuosina 1987–2009. Tilastollisesti merkitsevä (p < 0,05) laskeva trendi (–), kasvava trendi (+), ei merkitsevää trendiä (0). Emäskationeille ja sulfaatille on esitetty merisuolakorja- tut pitoisuudet (*). Table 1. Mean and median values for major water chemistry parameters (samples taken at 1 m depth) in the periods 1987–1999 and 2000–2009, and trends of concentrations in 1987–2009 in the Lake Valkea-Kotinen. Statistically signicant decreasing and increasing trend (seasonal Kendall-test, p < 0,05) is denoted with (–) and (+), respectively, and no signicant trend is denoted with (0). The non-marine fraction for sum of base cations and sulphate is denoted by an asterisk (*). Muuttuja Yksikkö Järvi Trendi 1987–1999 2000–2009 1987–2009 Mediaani Keskiarvo Mediaani Keskiarvo Alkaliniteetti µekv l-1 5 5 20 21 + pH-arvo pH-yks. 5,2 5,2 5,5 5,4 + ANC µekv l-1 59 60 85 85 + (Ca+Mg+Na+K)* µekv l-1 204 205 195 196 – SO4* µekv l-1 144 145 110 112 – Kokonaisfosfori µg l-1 15 16,9 17 16,8 0 Kokonaistyppi µg l-1 490 519 490 494 0 NO3-N µg l-1 13 23 2 11 – TOC mg l-1 11 11 13 12,9 + Väriluku mg Pt l-1 100 98 100 110 + 56 Suomen ympäristö 34 | 2011 Veden laadun pitkäaikaismuutokset Happamoittavat yhdisteet ja puskurikyky Kansainvälisten päästövähennystoimenpiteiden ansiosta rikkipäästöjen määrää Euroopassa on pys- tytty tehokkaasti vähentämään 1980-luvun puoli- välin jälkeen. Päästövähennykset ovat selvästi vä- hentäneet happamoittavaa laskeumakuormitusta ympäristöön (ks. luku 4), mikä on ilmennyt selkei- nä merkkeinä happamoitumisherkkien vesistöjen toipumiskehityksestä Suomessa sekä muualla Eu- roopassa 1990-luvun aikana (Skjelkvåle ym. 2005, Vuorenmaa & Forsius 2008). Valkea-Kotisessa sul- faattipitoisuus on tilastollisesti merkitsevästi alen- tuneet sekä pH ja puskurikyky happamoitumista vastaan merkitsevästi kasvaneet vuosina 1987–2009 (taulukko 1, kuva 3). Puskurikyvyn kasvu ilmenee sekä mitatussa alkaliniteetissa että laskennallisessa hapon neutraloimiskyvyssä (ANC = (emäskationit Ca+Mg+Na+K) – (vahvojen happojen anionit SO4 + Cl + NO3)). Selkeimmin positiivinen toipumis- kehitys on tapahtunut 2000-luvun alusta lähtien (kuva 3). Nitraatti on vahvojen happojen anioni ja siten happamuuden kantaja. Lisäksi nitraatilla on myös rehevöittävä vaikutus. Valkea-Kotisen nit- raattipitoisuuksissa on tilastollisesti merkitsevä laskeva suuntaus vuosina 1987–2009. Ruskeavetisessä, luontaisesti happamassa Val- kea-Kotisessa toipuminen rikkilaskeuman aihe- uttamasta happamuudesta on ollut heikompaa, kuin vastaavissa kirkasvetisissä metsäjärvissä sillä orgaanisten happojen huuhtoumat ovat vaimen- taneet puskurikyvyn kasvua. Toipuminen Valkea- Kotisessa kuin myös muissa Suomen järvissä kui- tenkin jatkuu. Monet järvet kärsivät edelleen hap- pamista olosuhteista ja alhaisesta puskurikyvystä, ja toipuminen voi kestää vuosikymmeniä. Tilan- teen parantaminen edellyttää happamoittavien päästöjen vähentämistä edelleenkin eli aktiivista päästövähennyspolitiikkaa tarvitaan jatkossakin. Kuva 1. Valkea-Kotisen tutkimusalueen vuosisadanta ja – valunta vuosina 1989−2009. Fig.1. Annual average precipitation and runoff at Valkea-Koti- nen Integrated Monitoring site in 1989–2009. Kuva 2. Valkea-Kotisen vuodenaikaisvalunnat (Tammi–Maalis, Huhti–Touko, Kesä–Loka ja Marras–Joulu) vuosina 1989–2009. Fig.2. Seasonal sums of runoff (January-March, April-May, June–October and November-December) at Valkea-Kotinen Integrated Monitoring site in 1989–2009. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 198 9 19 90 199 1 199 2 199 3 199 4 199 5 199 6 199 7 19 98 199 9 200 0 20 01 200 2 200 3 200 4 200 5 20 06 200 7 200 8 20 09 mm a-1 Sadanta Valunta 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 198 9 199 0 199 1 199 2 199 3 199 4 199 5 199 6 199 7 199 8 199 9 200 0 200 1 200 2 200 3 200 4 200 5 200 6 200 7 200 8 200 9 mm Tammi-Maalis Huhti-Touko Kesä-Loka Marras-Joulu 57Suomen ympäristö 34 | 2011 Raskasmetallit Raskasmetalleja esiintyy luonnostaan ympäris- tössä, ja pieninä pitoisuuksina monet niistä ovat tärkeitä hivenravinteita, kuten kupari (Cu), sinkki (Zn) ja rauta (Fe). Sen sijaan eräät metallit, kuten kadmium (Cd), lyijy (Pb) ja elohopea (Hg, ks. luku 9) ovat eliöstölle myrkyllisiä jo pienissäkin pitoi- suuksissa. Näiden raskasmetallien pääasiallinen lähde ympäristöön on ihmisen päästöt ilmakehään ja ilmaperäinen laskeuma. Raskasmetallien pääs- töt ja laskeuma Euroopassa olivat korkeimmillaan 1980-luvulla, sen jälkeen päästöt ovat selvästi vähentyneet 2000-luvulle tultaessa. Esimerkiksi lyijyn päästöt ovat vähentyneet vuosina 1990–2006 lähes 90 % (Ilyin ym. 2008), mm. johtuen siirtymi- sestä lyijyttömään polttoaineeseen. Tyypillisimpien ilman kautta kulkeutuvien ras- kasmetallien (Hg, Cd, Pb, Zn, Cu, Ni, Cr) ja arsee- nin (As) kuormituksen pitkän ajan muutoksia Val- kea-Kotisessa on arvioitu vuonna 1999 paleolim- nologisilla tutkimuksilla määrittämällä aineiden kertymishistoriaa pohjasedimenttiin (Mannio 2001). Ympäristön kannalta haitallisimpien ainei- den (Hg, Pb, Cd ja As) kertyminen väheni 1980- ja 1990-lukujen aikana 20–40 %, mikä osoittaa suoran ilmaperäisen laskeuman vähentymisen heijastu- neen metallien kertymiseen järveen suhteellisen nopeasti. Raskasmetallipitoisuuksien seuranta pin- tavesinäyttein aloitettiin 1990-luvun alkupuolella. Viimeisen 15 vuoden aikana raskasmetallipitoi- suuksien aleneminen järvessä on useimmilla me- talleilla tasaantunut (taulukko 2). Valkea-Kotisen alueella alumiinin, arseenin ja lyijyn laskeumat ovat merkitsevästi vähentyneet, sen sijaan kromi- laskeuma on kasvanut. Muiden raskasmetallien (Cd, Mn, Ni, Cu, Fe, V ja Zn) laskeuman muutos ei Valkea-Kotisella ole ollut tilastollisesti merkitsevää (ks. kappale 4). Raskasmetalleista erityisesti lyijy on pääosin ilmakuormituksesta peräisin. Päästöjen ja las- keuman pienentyminen onkin hieman alentanut järvialtaan pitoisuuksia 1990-luvulta 2000-luvul- le tultaessa. Sen sijaan valuma-alueen eteläosassa suoalueen halki virtaavassa purossa pitoisuudet eivät ole vastaavasti alentuneet (kuva 4). Raskas- metallit pidättyvät tehokkaasti maaperään, johon on vuosikymmenien aikana kertynyt ja kertyy edelleen metallivarastoja, joista metalleja huuh- toutuu humuksen ja happamuuden säätelemänä edelleen vesistöön. Valkea-Kotisen järvestä ei ole havaittu yleisesti eliöille haitallisen rajan ylittäviä lyijy-, kadmium-, sinkki- tai arseenipitoisuuksia (Mannio 2001). Kuva 3. Alkaliniteetin, pH-arvon ja sulfaattipitoisuuden (SO4*, ei-merellinen) kehitys Valkea-Kotisessa vuosina 1987–2009. Fig. 3. Time series for alkalinity, pH and non-marine sulphate (SO4*) in the Lake Valkea-Kotinen in 1987–2009. 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 -50 0 50 100 150 200 250 198 7 198 8 198 9 199 0 199 1 199 2 199 3 199 4 199 5 199 6 199 7 199 8 199 9 200 0 200 1 200 2 200 3 200 4 200 5 200 6 200 7 200 8 200 9 pH Alkaliniteetti, SO 4* (µekv l -1) Alkaliniteetti SO4* pH 58 Suomen ympäristö 34 | 2011 Orgaaninen kokonaishiili Laajoilla alueilla Pohjois-Eurooppaa ja Pohjois- Amerikkaa happamoitumisherkissä pintavesissä havaittu orgaanisen hiilen pitoisuuden pitkäaikai- nen kasvutrendi esiintyy myös Suomessa (Vuoren- maa ym. 2006, Monteith ym. 2007). Myös Valkea- Kotinen kuuluu siihen luonnontilaisten happamoi- tuneiden pienten metsäjärvien joukkoon, joissa on havaittu orgaanisen hiilen pitoisuuden (TOC) pit- käaikainen kasvava suuntaus. Lisääntyneen orgaa- nisen humusaineksen myötä myös veden väriluku on kasvussa (taulukko 1, kuva 5). Valunnan määrä on yksi keskeinen tekijä, joka säätelee orgaanisen aineksen huuhtoutumista maa- alueilta vesistöihin. Korkeat kesäaikaiset valunnat vuosina 1998 ja 2004 heijastuvatkin kohonneina orgaanisen hiilen pitoisuuksina (kuva 5). Valkea- Kotisella ei ole havaittu valunnan pitkäaikaista kasvua, joten valunta ei yksin selitä TOC-pitoisuu- den nousua (Vuorenmaa ym. 2006). Tärkeimpänä syynä tähän laaja-alaiseen ilmiöön on esitetty, että vähentynyt rikkilaskeuma ja maaperän toipumi- nen happamoitumisesta ovat lisänneet orgaanisen hiilen liukoisuutta maaperässä ja siten huuhtoutu- mista vesistöihin (Monteith ym. 2007). Orgaanisen hiilen pitoisuuksien kasvutrendeihin on myös esi- tetty yhtenä hypoteesina ilmaston muuttuminen, Kuva 4. Lyijyn (Pb) pitoisuuksien kehitys Valkea-Kotisen järvessä ja laskupurossa vuosina 1994–2009. Fig. 4. Time series for lead (Pb) concentrations in the lake and in the output stream of Valkea-Kotinen in 1994–2009. Taulukko 2. Alumiinin, arseenin ja eräiden raskasmetallien pitoisuuksien mediaaniarvot pintanäytteistä (< 1 m) ajanjak- soilla 1994–1999 ja 2000–2009 Valkea-Kotisen järvessä ja laskupurossa, sekä pitoisuuksien pitkäaikaistrendit vuosina 1994–2009. Tilastollisesti merkitsevä (p < 0,05) laskeva trendi (–), kasvava trendi (+), ei merkitsevää trendiä (0). Table 2. Median values for trace element concentrations (samples taken at < 1 m depth) in the periods 1994–1999 and 2000– 2009, and trends of concentrations in 1994–2009 in the lake and output stream of Valkea-Kotinen. Statistically signicant de- creasing and increasing trend (seasonal Kendall-test, p < 0,05) is denoted with (–) and (+), respectively, and no signicant trend is denoted with (0). Muuttuja Yksikkö Järvi Trendi Puro Trendi 1994–1999 2000–2009 1994–2009 1994–1999 2000–2009 1994–2009 Al µg l-1 130 150 + 150 180 + As µg l-1 0,27 0,27 0 0,35 0,33 – Cd µg l-1 0,015 0,015 0 0,015 0,015 0 Cr µg l-1 0,27 0,3 0 0,55 0,4 – Cu µg l-1 0,22 0,23 0 0,21 0,27 + Hg µg l-1 0,004 0 0,006 0 Pb µg l-1 0,42 0,34 0 0,56 0,54 0 Ni µg l-1 0,48 0,42 0 0,45 0,47 0 Zn µg l-1 4,5 6,4 0 4 5,5 0 V µg l-1 0,29 0,29 0 0,39 0,41 0 0 0,5 1 1,5 2 19 94 19 95 19 96 19 97 199 8 199 9 200 0 200 1 20 02 20 03 20 04 20 05 20 06 20 07 20 08 20 09 Pb (µg l -1) Puro Järvi 59Suomen ympäristö 34 | 2011 jossa tärkeimpinä selittäjinä lämpötilan kasvuun ja valunnan muutoksiin liittyvät prosessit. Orgaani- sen hiilen pitoisuuksien kasvu on todennäköisesti seurausta usean tekijän yhteisvaikutuksesta, ja kas- vuun liittyvien prosessien selvittämiseksi tarvitaan ilmansaasteiden ja ilmastotekijöiden vaikutusten yhdennettyä tutkimusta. Ravinnepitoisuudet Valkea-Kotisella kokonaisfosforin ja kokonaisty- pen pitoisuuksissa ei esiinny pitkäaikaista suunta- usta viimeksi kuluneen 20 vuoden aikana, mutta Kuva 5. Orgaanisen kokonaishiilen (TOC) pitoisuuden kehitys Valkea-Kotisessa vuosina 1987–2009. Fig. 5. Time series for total organic carbon (TOC) concentration in the Lake Valkea-Kotinen in 1987–2009. nitraattipitoisuus on kuitenkin merkitsevästi alen- tunut (taulukko 1). Kokonaisfosforin pitoisuus on kuitenkin ollut kasvussa 2000-luvun aikana (kuva 6). Yhtenä syynä fosforin kasvuun on ollut 2000-lu- vun aikana järven alusveden huonontunut happiti- lanne (taulukko 3), jolloin pohjasta on vapautunut runsaasti fosforia. Kokonaisfosforin pitoisuuksia on myös kohottanut kasvanut orgaanisen aineen huuhtouma, sillä sen mukana huuhtoutuu myös siihen sitoutunutta orgaanista fosforia. TOC (mg l -1) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 198 7 198 8 19 89 199 0 199 1 199 2 19 93 19 94 199 5 199 6 199 7 19 98 199 9 200 0 200 1 20 02 20 03 200 4 200 5 200 6 20 07 200 8 200 9 Kuva 6. Kokonaisfosforipitoisuuden kehitys Valkea-Kotisessa (1 m, 3 m ja 1 m pohjan yläpuolelta) vuosina 1987–2009. Fig. 6. Time series for total phosphorus concentration (at 1 m and 3 m depth, and at 1 m from lake bottom) in the Lake Valkea- Kotinen in 1987–2009. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 198 7 198 8 198 9 199 0 199 1 199 2 199 3 199 4 199 5 199 6 199 7 199 8 199 9 200 0 200 1 200 2 200 3 200 4 200 5 200 6 200 7 200 8 200 9 Kok. P (µg l -1) 1 m 3 m 1 m pohjasta 60 Suomen ympäristö 34 | 2011 Happi ja lämpötila Valkea-Kotisen happitilanne on huonontunut 2000-luvun aikana. Happipitoisuus on alentunut erityisesti välivedessä sekä pohjanläheisessä ve- sikerroksessa (taulukko 3). Pienten metsäjärvien happitilanteelle on elintärkeää vesipatsaan se- koittuminen kevään ja syksyn kiertojen aikana. Silloin koko vesipatsas voi saada happitäyden- nystä pinnasta. Mikäli täyskiertoa ei tapahdu tai se jää vajavaiseksi, alusveden happitäydennys jää osittaiseksi ja happivarastot kuluvat nopeasti lop- puun. Erityisesti kevään ja kesän happitilanne on heikentynyt. Valkea-Kotisen jäät lähtevät yleensä vapun tienoilla, ja mahdollinen kevätaikainen kier- to ajoittuu yleensä toukokuun alkuun. 2000-luvun aikana toukokuun pintaveden lämpötilaero suh- teessa väli- ja alusveteen on kasvanut (taulukko 3), mikä osoittaa kevään lämpötilakerrostuneisuuden voimistuneen ja siten vesipatsaan kevätkierron hei- kentyneen. Tuulilta suojaisen sijaintinsa vuoksi tuulen ai- heuttama järven vesipatsaan sekoittuminen ke- väällä ja syksyllä voi jäädä monesti puutteellisek- si. Mahdolliset tuulisuusolojen muutokset ovat myös voineet heikentää vesipatsaan kevätkiertoa. Happitilanteen heikentymiseen on osaltaan voinut vaikuttaa myös kasvanut orgaanisen aineen huuh- toutuminen järveen, joka on voinut lisätä hajotus- toimintaa ja hapen kulutusta alusvedessä. Valkea-Kotisen pintakerroksen lämpötila on kasvussa. Lämpötilan kasvu 1990- ja 2000-lukujen välillä on ollut keskimäärin 2,1 C°, ja lämpötilan nousu on tilastollisesti merkitsevä (taulukko 3). Lämpötilan kasvua on havaittu erityisesti maalis- kuun ja toukokuun havainnoissa. Tämä on voinut vaikuttaa kevään lämpötilakerrostuneisuuden voi- mistumiseen. Veden lämpötila on kasvussa myös Valkea-Kotisen laskupurossa, mutta suuntaus ei ole yhtä merkitsevä (p=0.07). Useat tekijät ovat voi- neet vaikuttaa lämpötilan nousuun. Orgaanisen aineksen määrän kasvun myötä Valkea-Kotisen veden väriluku on kasvanut eli vesi on muuttu- nut ruskeammaksi. Humusyhdisteet imevät te- hokkaasti lämpösäteilyä veden pintakerrokseen, ja humuksen määrän lisääntyminen on siten voinut aiheuttaa pintakerroksen lämpötilassa nousevaa suuntausta. Tumman veden lämmönsitomiskyky tulee esille myös talviaikaan silloin, kun jääpeit- teen lumikerros on ohut tai puuttuu, ja aurinkoiset päivät lämmittävät jääpeitteen alaista ylimmäistä vesikerrosta. Lammin alueella kuin myös muualla Suomes- sa on havaittu ilman keskilämpötilan nousseen viimeisen 50 vuoden aikana (ks. luku 5). Tarkoi- tuksena on jatkaa Valkea-Kotisen veden lämpöti- la-aineiston ja muun veden laadun aineiston tar- kastelua, ja etsiä mahdollisia signaaleja ilmaston muuttumisen aiheuttamista vaikutuksista järven fysikaalis-kemiallisiin prosesseihin sekä arvioida miten vaikutukset voisivat ilmaston muuttumisen myötä tulevaisuudessa lisääntyä. Taulukko 3. Lämpötilan ja happipitoisuuden mediaaniarvot ajanjaksoilla 1987–1999 ja 2000–2009, sekä pitkäaikaistrendit vuosina 1987–2009. Lämpötilalle on esitetty mediaaniarvot koko aineistolle ja toukokuun havainnolle. Tilastollisesti mer- kitsevä (p < 0,05) laskeva trendi (–), kasvava trendi (+), ei merkitsevää trendiä (0). Table 3. Median values for water temperature and oxygen concentration (samples taken at < 1 m depth) in the periods 1987– 1999 and 2000–2009, and trends of variables in 1987–2009 in the Lake Valkea-Kotinen. Median values for water temperature are presented separately for entire data and May month values. Statistically signicant decreasing and increasing trend (seasonal Kendall-test, p < 0,05) is denoted with (–) and (+), respectively, and no signicant trend is denoted with (0). Syvyys Lämpötila, C° Trendi Happi, mg l-1 Trendi Tammi–Joulu Touko Touko 1987–1999 2000–2009 1987–1999 2000–2009 1987–2009 1987–1999 2000–2009 1987–2009 1 m 10,8 13,9 10,4 12,4 + 8,9 8,8 – 3 m 6,7 7,9 6,1 6,0 0 4,6 2,2 – 5 m (pohja) 5,9 5,7 4,7 4,8 0 0,9 0,0 – 61Suomen ympäristö 34 | 2011 Yhteenveto Valkea-Kotinen on karuhko, ruskeavetinen metsä- järvi, missä kaukokulkeutuvat ilmansaasteet ovat ainoa ihmisen aiheuttama kuormituslähde. Euroo- pan rikkipäästöjen vähentymisen myötä 1980- ja 1990-luvuilla havaittu happamoitumiskehitys on pysähtynyt, ja Valkea-Kotinen on monien muiden suomalaisten metsäjärvien tapaan toipumassa happamoitumisesta. Myös vähentynyt raskas- metallilaskeuma ilmenee metallien pitoisuuksien alentumisena 1980- ja 1990-lukujen aikana. Pitoi- suuksien alentuminen on kuitenkin 2000-luvun aikana tasaantunut. Vesistöjen toipuminen ilman epäpuhtauspäästöjen aiheuttamista vaikutuksista on hidasta. Tilanteen parantaminen edellyttää ak- tiivista päästövähennyspolitiikkaa, ja epäpuhtaus- päästöjen vähentämistä edelleenkin. Orgaanisen hiilen pitoisuus Valkea-Kotisessa on kasvanut viime vuosikymmenien aikana. Li- sääntyvällä orgaanisella aineksella, veden tummu- misella ja orgaanisen happamuuden kasvulla on vaikutuksia koko vesiekosysteemiin. Orgaanisen hiilen pitoisuuden kasvu on ollut seurausta ihmi- sen aiheuttaman happamoitumisen vähentymi- sestä, mutta taustalla voi vaikuttaa myös ilmaston muuttuminen, jossa tärkeimpinä selittäjinä läm- pötilan kasvuun ja valunnan muutoksiin liittyvät prosessit. Pitoisuuden kasvu on todennäköisesti seurausta usean tekijän yhteisvaikutuksesta, ja kas- vuun liittyvien prosessien selvittäminen tarvitsee ilmansaasteiden ja ilmastotekijöiden vaikutusten integroitua tutkimusta. Valkea-Kotinen tarjoaa poikkeukselliset mahdollisuudet tutkia orgaanisen hiilen kasvuun vaikuttavia tekijöitä, ja eri tekijöi- den keskinäistä merkitystä. Ravinteista nitraatin pitoisuus on alentunut. Kokonaisfosforin ja kokonaistypen pitoisuuksissa ei ole esiintynyt pitkäaikaismuutoksia, tosin koko- naisfosforipitoisuus on ollut kasvussa 2000-luvun aikana. Tähän ovat vaikuttaneet kasvanut fosforin vapautuminen hapettomasta pohjasedimentistä sekä orgaanisen ainekseen sitoutuneen fosforin huuhtouman kasvu. Valkea-Kotisen laskupuron mittapato Measuring weir in the outlet brook of Lake Valkea-Kotinen Jussi Vuorenmaa 62 Suomen ympäristö 34 | 2011 Valkea-Kotisen happitilanne on huonontunut 2000-luvun aikana. Järven vesipatsaan keväinen sekoittuminen on heikentynyt, jolloin alusvesi ei saa happitäydennystä ja happivarastot kuluvat nopeasti loppuun. Kevättäyskierron heikentymi- nen voi olla yhteydessä veden tummumiseen, joka on voinut nostaa pintaveden lämpötilaa kuluneen 20 vuoden aikana. Uutena tutkimushaasteena on ilmaston muuttu- misen aiheuttamat vaikutukset järviekosysteemis- sä. Muutosten arviointiin nyt ja tulevaisuudessa tarvitaan jatkuvaa veden fysikaalis-kemiallisten ominaisuuksien ja ilmastotekijöiden integroitua seurantaa. Kirjallisuus Ilyin, I., Rozovskaya, O., Travnikov, O., Aas, W., Hettelingh, J.P. & Reinds, G.J. 2008. Heavy Metals: Transboundary Pollution of the Environment. EMEP Status Report 2/2008. Norwegian Institute for Air Research, Kjeller, Meteoro- logical Synthesizing Centre-East, Moscow, Norwegian Meteorological Institute, Oslo, Coordination Centre for Effects, Bilthoven. Mannio, J. 2001. Responses of headwater lakes to air pollution changes in Finland. Monographs of the Boreal Environ- ment Research. Finnish Environment Institute, Helsinki. Monteith, D.T., Stoddard, J.L., Evans, C.D., de Wit, H.A., Forsius, M., Høgåsen, T., Wilander, A., Skjelkvåle, B.L., Jeffries, D.S., Vuorenmaa, J., Keller, B., Kopácek, J. & Vese- ly, J. 2007. Dissolved organic carbon trends resulting from changes in atmospheric deposition chemistry. Nature 450: 537–540. Skjelkvåle, B.L., Stoddard, J.L., Jeffries, D.S., Tørseth, K., Hø- gåsen, T., Bowman, J., Mannio, J., Monteith, D.T., Mosello, R., Rogora, M., Rzychon, D., Veselý, J., Wieting, J., Wilan- der, A. & Worsztynowicz, A. 2005. Regional scale evidence for improvements in surface water chemistry 1990–2001. Environmental Pollution 137: 165–176. Verta, M., Rekolainen, S., Mannio, J. & Surma-Aho, K. 1986. The origin and level of mercury in Finnish forest lakes. Publications of the Water Research Institute. National Board of Waters, Finland 65 (1985). P. 21–31. Vuorenmaa, J. 2007. Recovery responses of acidied Finnish lakes under declining acid deposition. Yhteenveto: Pienen- tyneen laskeuman aiheuttamat toipumisprosessit Suomen happamoituvissa järvissä. Monographs of the Boreal Envi- ronment Research No. 30. Finnish Environment Institute, Helsinki. 50 s. Vuorenmaa, J., Forsius, M. & Mannio, J. 2006. Increasing trends of total organic carbon concentrations in small forest lakes in Finland from 1987 to 2003. Science of The Total Environment 365: 47–65. Vuorenmaa, J. & Forsius, M. 2008. Recovery of acidied Fin- nish lakes: Trends, patterns and dependence of catchment characteristics. Hydrology and Earth System Sciences 12: 465–478. 63Suomen ympäristö 34 | 2011 9 Elohopea – laskeumasta kaloihin Matti Verta, Suomen ympäristökeskus Katriina Kyllönen, Ilmatieteen laitos Martti Rask, Riista- ja kalatalouden tutkimuslaitos, Evon riistan- ja kalantutkimus Elohopeaongelman tausta Elohopeaongelma Suomen luonnossa johtuu käy- tännössä kaloihin kertyneestä metyylielohopeas- ta (MeHg), mikä aiheuttaa ihmisten sekä kalaa syövien lintujen ja nisäkkäiden altistumisen ter- veydelle haitalliselle metyylielohopealle. Ihmisen toiminnan vaikutuksesta järvikalojen elohopea- pitoisuuden arvioidaan nousseen huomattavasti. Metsäjärvien osalta nousun arvioidaan johtuvan pääosin ilman kautta maaperään kulkeutuneesta elohopeasta. Elohopean käyttöä niin teollisuudes- sa kuin muuallakin on voimakkaasti rajoitettu tai kielletty. Nykyään pääosa ilmakehään tulevasta elohopeasta on peräisin fossiilisten polttoaineiden (erityisesti kivihiilen) poltosta. Vaikka laskeuma on pienentynyt viime vuosikymmeninä, ei tämä välttämättä näy kalojen elohopeapitoisuudessa pitkään aikaan, sillä maaperään on varastoitunut suuri osa sinne tulleesta elohopeasta. Maailmanlaajuisesti energian tarve lisääntyy ja siten myös ilmakehän elohopeakuormituksen on arvioitu lisääntyvän erityisesti Kiinassa ja Intias- sa. Elohopean poisto savukaasuista on teknisesti hankalaa ja kallista, sillä suurin osa elohopeasta savukaasuissa on höyrymäisessä muodossa. Koska elohopea kulkeutuu kauas päästölähteistään (vii- pymä ilmassa on kuukausia), tämä voi merkitä tulevaisuudessa laskeuman suurentumista myös Suomessa. SYKE on laskenut UNECE CLRTAP- sopimusneuvotteluihin (ks. luku 1) liittyen ns. elohopean kriittiset kuormat noin 800 suoma- laiselle järvelle. Kriittinen kuormitus on lasken- nallinen arvio suurimmalle laskeuman määrälle, jonka luonto sietää ilman merkittäviä vaurioita. Kriittisten kuormien arvion ja laskeumamittausten perusteella nykyinen laskeuma Suomeen ylittää kriittisen kuormituksen 2–5-kertaisesti. Pääosa Suomen laskeumasta (yli 90 %) tulee maan rajojen ulkopuolelta. Ihmisen toiminnasta aiheutuvan ilmaperäisen elohopeakuormituksen on arvioitu suurentaneen humuskerroksen Hg-pitoisuutta Etelä-Skandi- naviassa noin kolminkertaiseksi (Johansson ym. 2001). Tämä suurentaa valumavesien elohopea- pitoisuutta riippuen niiden humuspitoisuudesta. Luonnontilaisten pitoisuuksien arvioidaan ole- van 50–75 % nykyistä pienempiä. Lisäksi lähes kaikissa vesistöissä on maankäytöllä (lähinnä metsänhoitotoimenpiteet, erityisesti hakkuut ja maanmuokkaus) veden elohopeapitoisuutta mah- Elohopean laskeumakeräin Mercury bulk deposition collector Jussi Vuorenmaa 64 Suomen ympäristö 34 | 2011 dollisesti kohottava vaikutus. Metsänhakkuun jälkeen on havaittu erityisesti metyylielohopeapi- toisuuden suurenemista (Porvari ym. 2003, 2011). Luonnontilaisen ja humuspitoisen Valkea-Kotisen pitoisuudet ovat olleet samaa suuruusluokkaa muiden humusjärvien kanssa. Järvisedimenttien pintakerroksen elohopeapi- toisuus heijastaa nykyistä kuormitustasoa. Pinta- kerroksen ja syvempien luonnontilaa edustavien sedimenttikerrosten elohopean pitoisuusero an- taa saman tuloksen kuin maan humuskerrokses- ta arvioitu. Pitoisuus pinnassa on luonnontilaan nähden yleensä noin viisinkertainen Etelä-Skan- dinaviassa, ja pohjoisillakin alueilla noin kaksin- kertainen (Munthe ym. 2007). Valkea-Kotisenkin sedimentin pintakerroksessa on noin kaksinker- tainen pitoisuustaso verrattuna yli 30 cm syvään, esiteollista aikaa edustavaan sedimenttikerrokseen (Mannio 2001). Suurimmat pitoisuudet ajoittuvat kuitenkin 1970- ja 1980-luvuille, jolloin ne olivat noin kolminkertaisia luonnontilaan nähden. Tämä heijastaa ilmakuormituksen laskua kuluneen 30-40 vuoden aikana (vrt. luku 4). Elohopeamittaukset Valkea-Kotisen alueella Valkea-Kotisen lähtevästä vedestä on tehty eloho- peapitoisuusmittauksia säännöllisesti vuodesta 2003 alkaen. Laskeuman elohopeapitoisuutta on mitattu alueella vuodesta 2004 alkaen, aiemmin läheisellä Janakkalan alueella. Osalla ajasta on mi- tattu myös metyylielohopeapitoisuutta. Vuonna 2006 Suomen ympäristökeskus, Ilmatieteen laitos, Geologian tutkimuskeskus ja Riista- ja kalatalou- den tutkimuslaitos keskittivät elohopeanäytteen- ottoa alueelle elohopeataseen selvittämiseksi. Eri matriiseista mitattuja elohopea- ja metyylieloho- peapitoisuuksia on esitetty taulukossa 1. Alueen elohopealaskeuma on ollut laskussa muun Skandinavian tapaan. Valkea-Kotisella pitoi- suudet ovat kuitenkin hieman Etelä-Skandinavian tasoa alhaisempia (ks. luku 4). Laskeuman metyy- lielohopeapitoisuus on yleensä alle mittauksen määritystason avoimella alueella kerätyissä näyt- teissä. Sen sijaan lehvästösadanta ja karikesadanta sisälsivät aina myös metyylielohopeaa mitattavas- sa määrin. MeHg-pitoisuudet ovat yleensä 1–2 % kokonaiselohopeapitoisuudesta. Humuskerroksen ja maaperän elohopeataso on tyypillistä eteläsuo- malaista tasoa (katso luku 6). Metyylielohopean osuus kokonaiselohopeasta humuskerroksessa on sama kuin lehvästösadannassa ja selvästi pienempi syvemmissä maakerroksissa eikä indikoi merkittä- mää metyloitumista Valkea-Kotisen valuma-alu- een mineraalimaissa. Sen sijaan metyylielohopean osuus on huomattavan korkea kesällä järvivedessä ja erityisesti hapettomassa alusvedessä (katso jäl- jempänä). Kesällä 2007 tutkittiin ilmakehän elohopeapi- toisuutta ja tehtiin vuomittauksia Valkea-Kotisen alueella. Mittauksia tehtiin jatkuvatoimisena mitta- uksena kuukauden ajan. Pitoisuuksissa havaittiin vuorokaudenaikainen vaihtelu; alhaisimmat pi- toisuudet mitattiin aamuyön tunteina. Kesän 2007 Hg-pitoisuustaso oli hieman globaalia keskimää- räistä tasoa alhaisempi (Kyllönen ym. 2011) eikä si- ten osoita erityisen suurta kaukokulkeumaa eteläi- seen Suomeen kyseisenä ajanjaksona. Vuomittauk- set osoittivat elohopean vähäisempää haihtumista maan pintakerroksesta yöllä kuin päiväsaikaan, mikä selittää ilman pitoisuusvaihtelua (kuva 1). Kokonaisuudessaan elohopean haihtuminen maan pintakerroksesta oli mittausten mukaan noin 95 % elokuun 2007 elohopealaskeumasta (Kyllönen ym. 2011). Taulukko 1. Kokonaiselohopean ja metyylielohopean (MeHg) keskipitoisuudet Valkea-Kotisen tutkimusalueen laskeumas- sa (avoin astia), lehvästö- ja karikesadannassa ja maaperässä, sekä Valkea-Kotisessa ja sen valuma-alueelta lähtevässä ve- dessä ajanjaksolla 2006–2007. Pinta- ja pohjamaan kahdet tulokset ovat eri mittauksissa saatuja (GTK, IVL Ruotsi). Table 1. Mean concentrations of total mercury and methyl mercury (MeHg) in bulk deposition, throughfall, litterfall and soil at Valkea-Kotinen Integrated Monitoring site, and in lake water and outlet stream of Lake Valkea-Kotinen in the period 2006–2007. Two different analytical results from surface soil and subsoil are due to two different laboratory analyses (GTK, IVL Sweden). Kokonais Hg MeHg MeHg % Sadanta (avoin astia) 8,9 ng l-1 <0,06 ng l-1 < 0,01 Lehvästösadanta 38 ng l-1 0,41 ng l-1 1,1 Karikesadanta 0,070 mg kg-1 0,0013 mg kg-1 1,9 Humuskerros 0,23 mg kg-1 0,0027 mg kg-1 1,2 Pintamaa (0–25 cm) <0,025; 0,028 mg kg-1 0,0001 mg kg-1 0,4 Pohjamaa (60–90 cm) <0,01; 0,015 mg kg-1 0,000045 mg kg-1 0,3 Valkea-Kotinen kesä 2006, 2,6 ng l-1 1,0 ng l-1 38,5 Valkea Kotinen lähtevä 2006–2007 5,3 ng l-1 0,39 ng l-1 7,4 65Suomen ympäristö 34 | 2011 Elohopean metyloituminen Valkea-Kotisessa Suomessa veden metyylielohopeapitoisuuksia on mitattu joissakin tutkimuksissa ja lähinnä pieniltä valuma-alueilta tulevassa vedessä sekä pienissä metsäjärvissä. Niissä metyylielohopeapitoisuudet ovat vaihdelleet välillä 0,01 ng l-1–14 ng l-1, suu- rimmat pitoisuudet metsäjärvien alusvesissä sekä suoalueilta tai avohakatulta valuma-alueelta tule- vassa vedessä. Valkea-Kotisella mitattiin veden kokonais- ja metyylielohopeaprofiileja vuosina 2004–2007 osana EUROLIMPACS-projektia, jossa tutkittiin ilmastonmuutoksen vaikutuksia pienten metsä- järvien kemiaan ja biologiaan (Forsius ym. 2010). Järven veden metyylielohopean sekä lämpötilan, happipitoisuuden ja sulfaattipitoisuuden syvyys- jakautuminen elokuun lopussa v. 2006 on esitet- ty kuvassa 2 (Verta ym. 2010). Metyylielohopean jakautuminen Valkea-Kotisessa on tyypillistä järville, joihin kehittyy hapeton alusvesi kesä- ja talvikerrostuneisuuden aikana. Suuria metyylie- lohopeapitoisuuksia esiintyy hapettomassa alus- vedessä. Tämä on tulkittu johtuvan hapettomassa ympäristössä tapahtuvasta sulfaattirikkiä pelkis- tävien bakteerien toiminnasta ja epäorgaanisten elohopeayhdisteiden metyloitumisesta näiden bakteerien toimesta. Kun sulfaatin määrä laskee alusvedessä, metyylielohopeapitoisuus nousee. Täyskierron aikana vesimassa hapettuu ja metyy- lielohopeaa hajottavat hapelliset prosessit (deme- tylaatioprosessit) hajottavat metyylielohopean var- sin tehokkaasti. Tämän takia täyskierron lopulla metyylielohopeapitoisuudet ovat hyvin alhaisia. Kuva1. Ilman lämpötila (kolmio) sekä kaasumaisen elohopean vuon (pylväs, rinnakkaismittaukset) vuorokaudenaikainen vaihtelu Valkea-Kotisen tutkimusalueen maaperästä ilmaan elokuun lopussa 2007 (Kyllönen ym. 2011). Fig. 1. Diurnal variation of air temperature and mercury  ux from soil at Valkea-Kotinen Integrated Monitoring site in late August 2007. The bars represent  uxes (parallel measurements) and triangles air temperature (Kyllönen et al. 2011). 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 30.8. 17:00 30.8. 20:00 30.8. 23:00 31.8. 2:00 31.8. 05:00 31.8. 8:00 31.8. 11:00 31.8. 14:00 31.8. 17:00 Vuo (ng m -2 h -1) 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Lämpötila (ºC) Kuva 2. Veden metyylielohopean (suodatettu ja suo- dattamaton näyte) sekä lämpötilan, happipitoisuuden ja sulfaattipitoisuuden syvyysjakautuminen elokuussa 2006 Valkea-Kotisessa (Verta ym. 2010). Fig. 2. Vertical distribution of temperature and concentrations of methyl mercury ( ltered and un ltered sample), oxygen and sulfate in August 2006 in the Lake Valkea-Kotinen (Verta et al. 2010). 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 Syvyys (m) MeHg (ng l -1) MeHg, suodatettu MeHg, ei suodatettu SO4 Lämpötila O2 O2 (mg l -1), T (°C), SO 4 (mg l -1) 66 Suomen ympäristö 34 | 2011 Kalaston metyylielohopea- pitoisuudet Valkea-Kotisessa Varhaisimmat elohopeamittaukset Valkea-Kotisen kaloista tehtiin jo 1980-luvulla (Verta ym. 1986). Suomen ympäristökeskuksen vuosina 2000–2003 kerätyn haukiaineiston perusteella Valkea-Koti- nen oli yksi järvistä, joissa havaittiin selvä hauen elohopeapitoisuuden lasku kahdenkymmenen vuoden aikana (Paloheimo 2005, kuva 3). Hauen elohopeapitoisuuksien lasku oli yleisempää kuin nousu. Pitoisuuksien lasku keskittyi kirkkaisiin ja suuriin järviin ja pitoisuuksien nousu pieniin humusjärviin, joten Valkea-Kotinen käyttäytyi poikkeuksellisesti. Alueen luonnontilaisuudesta johtuen pitoisuuksien pienenemiseen voi hyvinkin olla vaikuttanut todettu elohopealaskeuman alen- tuminen. Myöhemmin EUROLIMPACS-projektin yhteydessä havaittiin järven nuorten ahventen elo- hopeapitoisuuden merkittävä nousu ajanjaksolla 2004–2007 (Rask ym. 2010). Pitoisuuksien nousun taustalla saattaa olla kyseisinä vuosina havaittu kevättäyskierron lähes täydellinen puuttuminen, mikä merkittävästi lisää aikaa, jolloin mitataan kor- keita metyylielohopeapitoisuuksia vedessä. Kevät- kesä on merkittävää syönti- ja kasvuaikaa, jolloin altistuminen metyylielohopealle kasvaa. Kaloissa esiintyvä elohopea on lähes täydellisesti metyy- lielohopeaa. Tulevaisuus näyttää mihin suuntaa Valkea-Kotisen kalaston elohopeapitoisuudet ovat kehittymässä. Tärkein tekijä lienee se, miten keväi- nen täyskierto järvessä onnistuu ja kuinka pysy- väksi kesäinen happivajaus muodostuu. Yhteenveto Valkea-Kotinen ympäristöineen lienee eniten tut- kittu alue elohopean osalta Suomessa. Tutkimuksia on tehty ilmasta, laskeumasta, karikkeesta, maape- rästä, vedestä sekä eliöstöstä. Osa tutkimuksista on kohdistunut elohopean metyloitumis- ja ker- tymisprosesseihin. Edellä on esitelty osaa näiden tutkimusten tuloksista. Vaikka joistakin tärkeistä prosesseista ja ainevirroista on hyvin hajanaisia mittauksia ja esimerkiksi itse järvestä tapahtuvas- ta elohopean vuosta ilmaan ei ole tutkimuksia, tulokset antavat mahdollisuuden jatkossa myös karkean ainetaseen muodostamiseen elohopealle ja metyylielohopealle. Pitoisuuksiltaan Valkea-Ko- tinen edustaa tyypillistä suomalaista metsäjärveä ja siitä saaduilla tutkimustuloksilla on laajempaa merkitystä arvioitaessa eri ympäristötekijöiden ja ihmisen toimien (ml. ilmastonmuutos) vaikutusta elohopean kiertoon. Elohopean ilmakuormitus ja kertyminen ka- loihin on pitkän ajan kuluessa Valkea-Kotisessa vähentynyt. Toisaalta ilmastotekijöiden vaihtelut voivat monimutkaisten prosessien kautta järvessä aiheuttaa kalojen elohopeapitoisuuden kasvua. Ilmaston muuttuminen onkin muodostumassa tärkeäksi tutkimushaasteeksi arvioitaessa eloho- pean huuhtoutumista maaperästä sekä elohopean metyloitumis- ja kertymisprosesseja vesiekosystee- missä. Kuva 3. Hauen elohopeapitoisuuden muutos 66 suoma- laisessa järvessä 1980 ja 2002 välisenä aikana (Paloheimo 2005). Kukin piste edustaa yhtä järveä ja siinä 800 g painavan hauen elohopeapitosuutta eri aikana. Pisteen sijoittuminen poikkiviivan alapuolelle tarkoittaa järven hauen elohopeapitoisuuden alenemista. Valkea-Kotinen on merkitty punaisella pisteellä. Fig. 3. Change of pike mercury concentration in 66 Finnish lakes between 1980 and 2002 (Paloheimo 2005). Each dot represents mercury concentration in 800 g pike in a single lake.A location of dot below the crossline indicates a decrease in pike mercury concentration.Lake Valkea-Kotinen is plotted as a red dot. 0,0 0,5 1,0 1,5 0,0 0,5 1,0 1,5 Pitoisuus 2000-2002 (mg kg-1 Hg) Pitoisuus 1980-1983 (mg kg -1 Hg) Valkea-Kotinen 67Suomen ympäristö 34 | 2011 Kirjallisuus Forsius, M., Saloranta, T., Arvola, L., Salo, S., Verta, M., Ala- Opas, P., Rask, M. & Vuorenmaa, J. 2010. Physical and chemical consequences of articially deepened thermocli- ne in a small humic lake – a paired whole-lake climate change experiment. Hydrology and Earth System Sciences 14: 2629–2642. Johansson, K., Bergbäck, B. & Tyler, G. 2001. Impact of atmospheric long range transport of lead, mercury and cadmium on the Swedish forest environment. Water, Air and Soil Pollution: Focus 1: 279–297. Kyllönen, K., Hellén, H., Hakola, H., Korhonen, M., Verta, M. 2011. Atmospheric mercury uxes in southern boreal forest and wetland Water, Air and Soil Pollution, DOI:10.1007/S 11270-011-0935-1. Mannio, J. 2001. Responses of headwater lakes to air pollution changes in Finland. Monographs of the Boreal Environ- ment research No. 18. Finnish Environment Institute, Helsinki. Munthe, J., Wängberg, I., Rognerud, S., Fjeld, E., Verta, M., Porvari, P. & Meili, M. 2007. Mercury in Nordic ecosys- tems. IVL Report B1761. 43 p. Paloheimo, A. 2005. Hauen (Esox lucius L.) elohopeapitoisuu- teen ja -pitoisuuden muutokseen vaikuttavat ympäristöte- kijät. Pro gradu-tutkielma. Helsingin yliopisto, Biotieteelli- nen tiedekunta, Bio- ja ympäristötieteen laitos/limnologia. Porvari, P., Verta, M., Munthe, J. & Haapanen, M. 2003. Forestry practices increase mercury and methyl mercury output from boreal forest catchments. Environmental Science and Technology 37(11): 2389–2393. Porvari, P., Laurén, A., Korhonen, M., Linjama, J. & Verta, M. 2011. Forest regeneration increases long-term export load of mercury and methylmercury from upland boreal forest catchment (käsikirjoitus). Rask, M., Verta, M., Korhonen, M., Salo, S., Forsius, M., Arvola, L., Jones, R. & Kiljunen, M. 2010. Does thermocline change affect methyl mercury concentrations in sh in small boreal lakes? Biogeochemistry 101: 311–322. Verta, M., Mannio, J., Rekolainen, S. & Surma-aho, K. 1986. The origin and level of mercury in Finnish forest lakes. Publications of the Water Research Institute. National Board of Waters, Finland 65: 21–31. Verta, M., Salo, S., Korhonen, M., Porvari, P., Paloheimo, A. & Munthe, J. 2010. Climate induced thermocline change has an effect on methyl mercury cycle in small boreal lakes. Science of the Total Environment 408: 3639–3647. 68 Suomen ympäristö 34 | 2011 10 Valkea-Kotisen planktonyhteisö ja sen muutokset Lauri Arvola, Jorma Keskitalo, Anja Lehtovaara, Elina Peltomaa ja Tiina Tulonen, Helsingin yliopisto, Lammin biologinen asema Kalevi Salonen, Jyväskylän yliopisto, bio- ja ympäristötieteiden laitos Marko Järvinen, Suomen ympäristökeskus Johdanto Kasviplankton on korkeamman vesikasvillisuuden ohella toinen järvien perustuottajaryhmä. Suomen järvissä kasviplanktonin merkitys on yleensä kes- keinen. Sen määrää ja koostumusta on tutkittu maassamme pitkään. Vesien tilan seurantaan kas- viplankton tuli mukaan jo 1960-luvulla. Kuiten- kin vasta EU:n vesipuitedirektiivin (VPD) myötä kasviplankton on sisällytetty kaikkiin virallisiin seurantaohjelmiin. Kasviplanktonin määrä ja la- jisto heijastavat veden kemiallisia, fysikaalisia ja biologisia olosuhteita, ennen muuta veden ravin- nepitoisuutta. Solujen suuri kasvunopeus ja lyhyt elinkierto takaavat sen, että kasviplankton reagoi nopeasti veden fysikaalis-kemiallisissa ja/tai bio- logisissa olosuhteissa tapahtuviin muutoksiin. Toi- saalta kasviplanktonsolujen oma aineenvaihdunta säätelee veden ravinnemäärää, erityisesti epäor- gaanisen typen ja fosforin pitoisuuksia. Vaikka EU:n vesipuitedirektiiviin ei ole otettu mukaan eläinplanktonia, sen merkitys vesiekosys- teemien toiminnassa on keskeinen. Eläinplankton käyttää ravintonaan kasviplanktonia ja vedessä eläviä bakteereja. Isompi eläinplankton eli vesi- kirput ja hankajalkaisäyriäiset ovat puolestaan tärkeää ravintoa planktonsyöjäkaloille ja monien kalalajien poikas- ja nuoruusvaiheille. Ekosystee- min toiminnan ymmärtämisen kannalta tieto eläin- planktonin määrästä ja koostumuksesta on tärkeä. Valkea-Kotisen planktonyhteisön seuranta aloi- tettiin keväällä 1990 osana Ympäristön Yhdenne- tyn Seurannan (YYS) järvitutkimuksia (Keskitalo & Salonen 1992). Avovesikauden kattava seuran- ta on jatkunut siten jo 21 vuoden ajan (vuosina 1990–1996 myös talvisin). Valkea-Kotisen plankto- naineisto on näytteenoton intensiteetti ja analyysi- valikoima huomioiden ainutkertainen Suomessa. Tässä kirjoituksessa esitellään Valkea-Kotisen planktoneliöstöstä tehtyjä havaintoja vuosilta 1990–2009. Toisesta YYS:n tutkimusjärvestä, Iso- Hietajärvestä, on julkaistu jo aiemmin vastaavan- lainen raportti (Holopainen ym. 2006). Valkea-Kotisesta ja sen planktonyhteisön ra- kenteesta ja kehityksestä on julkaistu kuluneiden 20 vuoden aikana useita raportteja ja tieteellisiä kirjoituksia, joihin kaikkiin ei tässä yhteydessä ole mahdollista viitata. Tämän takia kirjallisuusluette- loon on koottu kattava listaus aihetta käsittelevästä kirjallisuudesta. Kasvi- ja eläinplanktonin näytteenotto- ja määritysmenetelmät Valkea-Kotisen kasviplanktonnäytteet on otettu järven syvimmästä kohdasta touko–syyskuun välisenä aikana viikon välein (talvella vuosina 1990–1996 kuukauden välein, mutta sen jälkeen Limalevä (Gonyostomum semem) Jorma Keskitalo 69Suomen ympäristö 34 | 2011 epäsäännöllisesti) 1 m pitkällä Sormusen putki- noutimella ja säilötty happamalla Lugolin liu- oksella (Keskitalo & Salonen 1994). Näytteet on otettu koko vesipatsaasta (0–5 m), vaikka tässä yhteydessä tarkastellaan vain ylimmän metrin tu- loksia. Näytteet on analysoitu pääosin Helsingin yliopiston Lammin biologisella asemalla ja en- simmäisten kahdeksan vuoden aikana Joensuun yliopistossa. Pääosan kasviplanktonnäytteistä on määrittänyt kaksi kokenutta planktonlaskijaa, Anna-Liisa Holopainen ja Jorma Keskitalo. Eläin- planktonnäytteet on otettu samoista näytevesistä kuin kasviplanktonnäytteet kattaen koko 0–5 m vesipatsas. Näytteet on suodatettu 50 µm:n haavi- kankaan läpi ja säilötty formaldehydi-liuoksella. Lähes kaikki eläinplanktonnäytteet on laskenut Anja Lehtovaara. Kasviplanktonin perustuotanto on määritetty lasipulloissa radiohiililisäyksen avulla 24 h kestä- vinä inkubointeina 0,1, 0,25, 0,5, 1,0 ja 2,0 m näyt- teenottosyvyyksillä. Planktonyhteisön kokonais- hengityksen määrityksiin käytetty vesi on otettu samoista näytevesistä kuin perustuotannon mää- rityksiin ja siten hengitys on määritetty vastaavilta syvyyksiltä. Kokonaishengitys määritettiin alumii- nifoliolla pimennetyissä lasipulloissa määrittämäl- lä liuenneen epäorgaanisen hiilen pitoisuus ennen ja jälkeen 24 h inkuboinnin. Menetelmistä löytyy lisätietoa YYS:n menetelmäjulkaisusta (Keskitalo & Salonen 1994). Kasviplanktonyhteisö ja sen muutokset Yksittäisistä kasviplanktonlajeista Gonyostomum semen-limalevän määrät olivat tutkimusjakson alus- sa selvästi korkeampia kuin myöhempinä vuosina (kuva 1). 2000-luvun alussa lajin määrä oli kolmen vuoden ajan hyvin pieni. Viime vuosina limale- vän biomassat ovat nousseet jälleen 1990-luvun loppupuolen tasolle. Tämän ohella selvimmät kas- viplanktonyhteisössä havaitut ryhmätason muu- tokset ovat olleet pii- ja panssarisiimalevien määrän väheneminen (kuva 2) sekä kultalevien määrän li- sääntyminen. Muutokset ajoittuvat vuosituhannen vaihteeseen. Sini-, viher- ja nielulevien määrät ovat pysyneet jokseenkin samalla tasolla, vaikka niiden määrissä on ollut vuosittain suurta vaihtelua. Tulosten mukaan joidenkin leväryhmien vuo- denaikainen esiintyminen voi vaihdella huomat- tavasti. Sinilevien ja limalevän biomassahuiput on havaittu pääosin elokuussa. Nielulevien suurin biomassa on todettu huhtikuussa, vaikka yleensä tämän leväryhmän biomassahuippu on heinäkuus- sa (kuva 2). Kulta- ja piilevillä biomassamaksimi on ajoittunut pääosin kesä–heinäkuulle ja viherlevillä heinä–elokuulle. Panssarisiimalevät ovat sitä vas- toin leimallisesti kevään ja alkukesän lajeja; niiden kahdeksan suurinta biomassaa kymmenestä on to- dettu toukokuussa ja kaksi huhtikuussa. Jos niiden määriä tarkastellaan kuitenkin pitemmissä ajanjak- soissa, suurimmat panssarisiimalevien biomassat ajoittuvat loppukesään (kuva 2). Panssarisiimalevien osuus kokonaisbiomassasta on keväällä ja syksyllä tyypillisesti 60–95 %. Nielu- levien suhteellinen osuus jää muutamaa yksittäistä huippua lukuun ottamatta yleensä <40 %:iin. Kul- talevien osuus on yleensä alle 50 %, mutta voi ke- sä–heinäkuussa olla jopa 80–90 %. Piilevien osuus on jäänyt sitä vastoin viimeisten 10 vuoden aikana yhtä poikkeusta lukuun ottamatta <15 %:iin eikä ole koskaan ylittänyt 40 % kasviplanktonin koko- naisbiomassasta. Limalevän suhteellinen osuus on lajin tiheysmaksimin aikana yleensä > 80 %, joinain vuosina jopa yli 90 %. Ylimmässä metrin vesipatsaassa klorofylli-a:n pitoisuus nousee alkukesän aikana ja laskee lop- pukesällä. 1990-luvun alkuvuosina klorofylli a:n pitoisuudet olivat alkukesän aikana pienempiä kuin loppukesällä. 2000-luvulla eri ajankohtien välillä ei ole ollut systemaattisia pitoisuuseroja. Alusveden yläosassa (2,5–4 m) eri ajanjaksojen klo- rofyllipitoisuudet ovat pysyneet koko 20 vuoden tarkastelujakson jokseenkin samalla tasolla; vain elokuun lopun pitoisuudet ovat hieman laskeneet. Klorofyllin pitoisuudet ovat pysyneet vakaina eikä päällys- ja alusvedessä ole havaittavissa tilastolli- sesti merkitsevää pitkänaikavälin muutosta (kuva 3). Vuosittainen vaihtelu on ollut kuitenkin varsin huomattava. Kuva 1. Gonyostomum - limalevän biomassan vaihtelu (kesäkuu–syyskuu) vuosina 1990–2008. Kyse on ylimmän 1 metrin vesipatsaan biomassasta näytteenottohetkellä (aamupäivällä). Fig. 1. The biomass of Gonyostomum semen in the uppermost 1 m water layer of Lake Valkea-Kotinen in 1990–2008. The samples were always taken between 10–11 am. 0 2 4 6 8 10 12 19 90 19 91 19 92 199 3 199 4 199 5 199 6 199 7 199 8 199 9 200 0 200 1 200 2 200 3 200 4 20 05 20 06 20 07 200 8 Biomassa (mg l -1) 70 Suomen ympäristö 34 | 2011 Alusveden yläosassa klorofylli koostuu pääosin fotosynteettisten bakteerien sisältämästä baktee- riklorofyllistä. Alusvedessä on tämän lisäksi myös klorofylli-a-pigmenttiä, koska leväsoluja vaeltaa hapettomaan alusveteen. Limalevän pystyvael- lukset ovat Valkea-Kotisessa erityisen voimakkaita (Rosenberg 1994; Salonen & Rosenberg 2000; Salo- nen ym. 2002). Niille on ominaista selkeä vuoro- kaudenaikainen rytmiikka: pääosa populaatiosta vaeltaa päiväksi pintaan ja yöksi syvälle. Ilmeisesti osa soluista vaeltaa järven syvimmässäkin kohdas- sa pohjaan saakka, mahdollisesti jopa tunkeutuen sedimentin sisään (Eloranta & Räike 1995). Em. seikoista johtuen alusveden klorofyllipitoisuudet ovat vain suuntaa-antavia, eivät todellisia. Limalevän ohella muita runsaita ja huomionar- voisia levälajeja (taksoneja) ovat mm. Cryptomonas- nielulevä, Asterionella ralfsii-piilevä, joka on hap- pamuuden indikaattorilaji, sekä Peridinium-suvun panssarisiimalevät. Nielulevät tekevät limalevien ohella alusveteen saakka ulottuvia pystyvaelluksia (Smolander & Arvola 1988), mahdollisesti myös panssarisiimalevät. Kuva 2. Nielulevien (ylempi kuva) ja panssarisiimalevien (alempi kuva) keskimääräiset biomassat neljän viikon jaksoissa (toukokuun lopulta syyskuun alkuun) ylimmässä 0–1 metrin vesipatsaassa vuosina 1990−2008. Fig. 2. The mean biomass of cryptophytes and dinophytes during the periods of 4 weeks (see the upper panel) in the uppermost 1 m water layer since the end of May till the beginning of September in 1990–2008. The upper panel = cryptophytes and lower panel = dinophytes. 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1990 1993 1996 1999 2002 2005 2008 Biomassa (mg l-1) 21-24 25-28 29-32 33-36 Nielulevät 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 1990 1993 1996 1999 2002 2005 2008 Biomassa (mg l -1) Panssarisiimalevät Kuva 3. Klorofyllin pitoisuus toukokuun alun ja syyskuun puolivälin välisenä ajanjaksona vuosina 1990−2009. Sininen viiva kuvaa ylimmän 1 metrin ja vihreä 3–4 metrin vesi- patsaan keskipitoisuutta. Arvot ovat log10 -muunnettuja. Pitoisuuksissa ei ole tilastollisesti merkitsevää trendiä (Mann-Kendall). Fig. 3. The mean concentration of chlorophyll a in the up- permost 1 m (blue line) and 3–4 m (green line) water layers during a period since early May till the middle of September in 1990–2009. The concentrations have been log-transformed. No statistically signicant trend was found (Mann-Kendall). 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1990 1993 1996 1999 2002 2005 2008 Klorofylli (mg l -1) 71Suomen ympäristö 34 | 2011 Kasviplanktonin perustuotanto ja yhteisöhengitys Valkea-Kotisessa kasviplanktonin perustuotanto rajoittuu käytännössä ylimpään metrin vesipatsaa- seen, jossa tapahtuu 80 % tuotannosta. Syvemmällä valo rajoittaa yhteyttämistä tehokkaasti, sillä 1,5 m alapuolella kokonaistuotannosta muodostuu enää noin 5 %. Ylimmän 2 m:n perustuotanto oli kesäkuukausina tarkastelujakson alussa luokkaa 150–200 mg C m-2 d-1 (kuva 4). Vuoden 2001 jäl- keen perustuotanto on laskenut selvästi ollen viime vuosina enää luokkaa 50–90 mg C m-3 d-1. Laskeva suunta on tilastollisesti merkitsevä. Ainakin osin tämä voi selittyä limalevän määrän vähenemisellä, sillä Gonyostomum-limalevän merkitys kasviplank- tonin perustuotannossa voi olla keskeinen (Pelto- maa & Ojala 2010). Erityisen selvä laskeva trendi on havaittu syvemmissä vesikerroksissa. Myös hiilen pimeäsitoutuminen on laskenut tarkaste- lujakson aikana. Pimeäsitoutuminen on ollut sa- mansuuruista pinnassa ja metrin syvyydessä toisin kuin perustuotanto. Ylimmän 2 metrin vesipatsaan kokonaishengi- tys oli vuosina 1990–2001 touko–syyskuun välisenä aikana 13 % suurempi kuin perustuotanto. Perus- tuotanto selitti yhteisöhengityksen avovesikauden aikaisesta vuosivaihtelusta 42 %. Kuten perustuo- tannossa ja pimeäsitoutumisessa myös yhteisöhen- gityksessä oli laskeva trendi. Yhteisöhengitys vä- heni selvästi 0–1 metrin vesikerroksen alapuolella (kuva 5); 2 metrin syvyydessä hengityksen määrä oli 48 % ylimmän 0–1 m hengityksestä. Eläinplanktonyhteisö ja sen muutokset Eläinplanktonin määrä on vaihdellut vuosien vä- lillä suuresti. Hankajalkaisäyriäisten tiheys on ol- lut kolmen kesäkuukauden aikana (kesä–elokuu) keskimäärin noin 350 000 yksilöä m-2, vesikirppu- jen 90 000 yksilöä m-2 ja rataseläinten runsas 4 000 000 yksilöä m-2. Rataseläinten määrä oli erityisen suuri vuosina 1993–1997, jolloin niiden tiheys oli useampana vuonna yli 8 000 000 yksilöä m-2 (kuva 6). Vesikirppujen ja hankajalkaisten määrän vaih- telu on ollut rataseläimiin verrattuna vähäisempää. Kuitenkin niidenkin keskimääräinen kesänaikai- nen yksilömäärä on vaihdellut lähes 10-kertaisesti. Eläinplanktonin vuodenaikaisuus on ollut varsin selväpiirteinen. Alkueläinten ja rataseläinten tihe- ysmaksimi ajoittuu alkukesään, jonka jälkeen tu- levat vesikirput ja hankajalkaiset. Hankajalkaisten 0 50 100 150 200 250 1990 1993 1996 1999 2002 2005 2008 Perustuotanto (mg C m -2 d -1) 0 20 40 60 80 100 120 140 0 m 0.25 m 0.5 m 1 m 2 m Hengitys (mg C m -3 d -1) Kuva 4. Kasviplanktonin vuorokausituotanto keskimäärin viikkojen 20–40 välisenä aikana vuosina 1990–2009. Las- keva trendi on tilastollisesti merkitsevä (z=–4,51, p<0,01; Mann-Kendall). Fig. 4. The mean phytoplankton primary production during the weeks 20–40 in 1990–2009. In the data there is a statistically signicant decreasing trend (z=–4,51, p<0,01; Mann-Kendall). Kuva 5. Planktonyhteisön keskimääräinen vuorokaudenai- kainen yhteisöhengitys eri mittaussyvyyksillä toukokuun– syyskuun välisenä aikana. Fig. 5. The mean respiration of plankton at different measuring depths between May and September. Vesikirppu (Bosmina longirostris) Lammin biologinen asema 72 Suomen ympäristö 34 | 2011 määrän romahdettua syyskuussa rataseläinten tihe- ys nousee uudelleen saavuttaen toisen huippunsa loka–marraskuun aikana. Tällöin vallitseva laji on yleensä Kellicottia bostoniensis. Hankajalkaisten ja rataseläinten tiheyksien välillä on selvä negatiivi- nen suhde. 1990-luvun alussa rataseläinlajistossa tapah- tui merkittävä muutos, kun Kellicottia longispina käytännössä korvautui K. bostoniensis lajilla. K. bos- toniensis oli vielä vuosina 1990–1991 vähälukuinen, mutta jo seuraavana vuonna se oli Kellicottia- la- jeista runsaslukuisempi. Laji on ollut useimpina vuosina myös selvästi runsain rataseläinlaji. Sen tiheysmaksimi on ajoittunut tyypillisesti syksyyn. Polyarthra vulgaris on ollut runsaimmillaan yleen- sä alkukesällä, tosin joinakin vuosina lajin tiheys- huippu on tavattu vasta alkusyksyllä. Conochiloi- des coenobasis ja Asplanchna priodonta –lajien tihe- ysmaksimi on yleensä ajoittunut heinä–elokuulle, harvemmin alkusyksyyn. Myös Keratella cochlearis esiintyy usein suhteellisen runsaana läpi kesän. Valkea-Kotisen rataseläinlajistoon kuuluu noin 45 taksonia. Järven vesikirppuyhteisöä hallitsee kolme lajia; Holopedium gibberum, Ceriodaphnia quadrangula ja Bosmina longirostris. Näistä selvästi runsain oli B. longirostris, jonka tiheyshuippu on ajoittunut tyy- pillisesti heinä–elokuulle. Sen sijaan H. gibberum populaatio on tiheimmillään keväällä touko–ke- säkuussa. Vesikirppulajeja on tavattu kaikkiaan liki 20. Copepoda - hankajalkaisäyriäisistä runsaimpia ovat olleet Cyclops strenuus, Cyclops bohater, Thermo- cyclops oithonoides ja Mesocyclops leuckartii. Valkea- Kotisessa C. strenuus on kevätlaji, sen sijaan M. leuckartii ja T. oithonoides esiintyvät läpi kesän. C. bohater lisääntyy talvella ja T. oithonoides elää talven yli lepovaiheena. Valkea-Kotisessa elää toistakym- mentä hankajalkaislajia. Tulosten tarkastelu ja yhteenveto Jos tarkastellaan pelkästään kasviplanktonin bio- massan ja klorofyllin määrää, Valkea-Kotinen voitaisiin luokitella reheväksi järveksi. Suomessa käytössä oleva järvien ekologinen luokittelu ei so- vellu kuitenkaan suoraan Gonyostomum - limale- vän hallitsemiin järviin. Ruotsissa kyseiset järvet onkin erotettu omaksi järvityypikseen eikä lima- levän runsautta pidetä rehevyyden ilmentäjänä. Limalevän runsaus ja sen vaihtelu heijastuvat mo- nin eri tavoin Valkea-Kotisen ekosysteemiin, mm. alusveden ravinnevarastoihin ja veden optisiin ominaisuuksiin. Kuva 6. Vesikirppujen (oranssi pylväs), hankajalkaisäyriäisten (vihreä pylväs) ja rataseläinten (sininen pylväs) keskimää- räiset yksilömäärät kesä–elokuun aikana vuosina 1990–2009. Huomaa eri mitta-asteikot – vasen äyriäisille (vesikirput ja hankajalkaiset) ja oikea rataseläimille. Vesikirppujen määrä on vähentynyt tilastollisesti merkitsevästi (z=–1,72, p<0,1; Mann-Kendall). Fig. 6. The mean density of cladocerans (orangee columns), copepods (green columns) and rotifers (blue columns) during June-Au- gust in 1990–2009. Note different scales; left scale for cladocerans and copepods, and right for rotifers. The density of cladocerans has decreased statistically signicantly (z=–1,72, p<0,1; Mann-Kendall). 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 0 100 200 300 400 500 600 700 1990 1993 1996 1999 2002 2005 2008 Äyriäiset (1000 yksilöä m -2) Rataseläimet (1000 yksilöä m -2) 73Suomen ympäristö 34 | 2011 Valkea-Kotisen planktonyhteisöissä on tapah- tunut 20 vuoden aikana monia muutoksia. Yksit- täisten lajien ja lajiryhmien määrät ovat vaihdelleet suuresti vuodenaikojen ja vuosien välillä; jotkut lajit ovat yleistyneet, toiset taantuneet ja vahvis- taneet uudestaan kantojaan. Myös yhteisöjen ai- neenvaihdunnassa on tapahtunut muutoksia; pe- rustuotannon ja yhteisöhengityksen määrät ovat laskeneet erityisesti viimeisten 10 vuoden aikana. Etenkin perustuotannon laskeva trendi on sopu- soinnussa orgaanisen aineen pitoisuuden kasvun kanssa (ks. luku 8). Tärkeimpänä selittäjänä lienee valon määrän aiempaa tehokkaampi vaimenemi- nen vesipatsaassa. Planktonyhteisöjen vuodenaikaisen kehityksen kannalta abioottiset eli elottomat ympäristötekijät, erityisesti valon määrä, veden lämpötila ja epäor- gaanisten ravinteiden pitoisuus, ovat keskeisessä asemassa. Myös biologisten vuorovaikutusten suu- ri merkitys planktonin säätelyssä näkyy tuloksissa; mm. eläinplanktonin ravintokilpailu heijastuu ra- taseläinten vuodenaikaisdynamiikassa. Sen sijaan kalaston vaikutus on vaikeammin havaittavissa planktonyhteisöjen tasolla. Mahdolliset muutok- set eläinplanktonissa ilmenevät todennäköisimmin lajitasolla. Planktonaineiston käsittelyä jatketaan paneutumalla yksityiskohtiin, mm. lajitason muu- toksiin, tavoitteena aineistoon perustuvien tieteel- listen artikkelien julkaiseminen. Jo eliöryhmien tasolla tehty analyysi kuitenkin osoittaa, että Valkea-Kotisen planktonaineiston ar- vo on huomattava. Aineiston merkitystä korostaa vielä se, että Valkea-Kotiselta on olemassa suuri määrä muuta ekologista aineistoa, jota voidaan käyttää tulkinnan tukena. Kiitokset Helsingin yliopiston Lammin biologinen asema henkilökuntineen on tukenut vuosien aikana mo- nin eri tavoin Valkea-Kotisen tutkimusta. Ilman tätä tukea planktontutkimusta ei olisi ollut mah- dollista toteuttaa tässä laajuudessa. Tämän lisäk- si tutkimusta ovat auttaneet monet muut tahot ja yksittäiset henkilöt. Haluamme lämpimästi kiittää kaikkia tutkimusta edistäneitä. Kirjallisuus Bergström, I., Mäkelä, K. & Starr, M. (eds.), 1995: Integrated Monitoring Programme in Finland. First national report. − Ministry of the Environment, Environmental Policy De- partment, Report 1. Seuraavat luvut: Keskitalo, J., Aquatic macrophytes (s. 126–127); Keskitalo, J. & Salonen, K., Lake sedimentation (s. 40, 83–84), Water chemistry (s. 76–78), Plankton (s. 126); Keskitalo, J., Salonen, K. & Holopainen, A.-L., Plankton communities (s. 46–47, 102–110). Eloranta, P. & Räike, A. 1995. Light as a factor affecting the vertical distribution of Gonyostomum semen (Ehr.) Diesing (Raphidophyceae) in lakes. Aqua Fennica 25: 15–22. Holopainen, A.-L., Niinioja, R. & Rämö, A. 2006. Hietajarven kasviplanktonyhteisossa tapahtuneet muutokset. Julk.: Niinioja, R. & Rämö, A. (toim.). Hietajärven alue - ym- päristön seurannan helmi Pohjois-Karjalassa. Suomen ympäristö 59/2006. S. 47–51. Keskitalo, J. & Salonen, K., 1992: Yhdennetyn seurannan planktontutkimukset Valkea-Kotisella vuonna 1990. Karjalan tutkimuslaitoksen monisteita 1992 (2). S. 5–30. Joensuun yliopisto. Keskitalo, J. & Salonen, K., 1993: Yhdennetyn seurannan planktontutkimukset Valkea-Kotisella vuonna 1992. Ou- langan biologisen aseman monisteita 15. S. 30–55. Oulun yliopisto. Keskitalo, J. & Salonen, K., 1994: Yhdennetyn seurannan planktontutkimukset Valkea-Kotisella vuonna 1993. Oulangan biologisen aseman julkaisuja 2: 46–65. Oulun yliopisto. Keskitalo, J. & Salonen, K., 1994: Manual for Integrated Mo- nitoring. Subprogramme Hydrobiology of Lakes. Publica- tions of the Water and Environment Administration B 16. P. 1–41. National Board of Waters and the Environment, Finland. Keskitalo, J. & Salonen, K., 1996: Yhdennetyn seurannan planktontutkimukset Valkea-Kotisella vuonna 1994. Suo- men ympäristökeskuksen moniste 16: 1–34. Keskitalo, J. & Heitto, L., 1996: Suurkasvillisuus happamassa ja ruskeavetisessä Valkea-Kotisessa (English Summary: Aquatic macrophytes in the acidied brown-water lake Valkea-Kotinen, southern Finland). Lutukka 12: 3–8. Luon- nontieteellinen keskusmuseo. Keskitalo, J. & Salonen, K., 1997: Integrated monitoring of the small humic lake Valkea-Kotinen. Lammi Notes 24: 4–9. University of Helsinki. Keskitalo, J. & Salonen, K., 1998: Fluctuations of phytoplank- ton production and chlorophyll concentrations in a small humic lake during six years (1990–1995). In: George, D.G., Jones, J.G., Punčochář, P., Reynolds, C.S. & Sutcliffe, D.W. (eds.), Management of lakes and reservoirs during global climate change, 93–109. Kluwer Academic Publishers. Keskitalo, J., Salonen, K. & Holopainen, A.-L., 1998: Long- term uctuations in environmental conditions, plankton and macrophytes in a humic lake, Valkea-Kotinen. Boreal Environment Research 3: 251–262. Peltomaa, E. 2007. Kasviplanktonin vuotuiset ja vuosienvä- liset vaihtelut pienessä humuspitoisessa metsäjärvessä vv. 1990–2003. – Helsingin yliopisto, ympäristöekologian laitos. Peltomaa, E. & Ojala, A. 2010. Size-related photosynthesis of algae in a strongly stratied humic lake. Journal of Plank- ton Research 32: 341–355. Rask, M., Holopainen, A.-L., Karusalmi, A., Niinioja, R., Tam- mi, J., Arvola, L., Keskitalo, J., Blomqvist, I., Heinimaa, S., Karppinen, C., Salonen, K. & Sarvala, J., 1998: An introduc- tion to the limnology of the Finnish Integrated Monitoring lakes. Boreal Environment Research 3: 263–274. 74 Suomen ympäristö 34 | 2011 Rosenberg, M. 1994. Kasviplanktonin vertikaalisen vaelluk- sen vaikutus fosforin saatavuuteen Valkea-Kotisella. Pro gradu-tutkielma. Helsingin yliopisto, Matemaattis-luon- nontieteellinen tiedekunta, hydrobiologia. 59 s. Salonen, K., Keskitalo, J. & Rask, M., 1993: Hydrobiological studies in lake Valkea-Kotinen, a site of the integrated monitoring programme in Finland. In: Tuomisto, J. & Ruuskanen, J. (eds.). Proceedings, First Finnish Conference of Environmental Sciences. Kuopion yliopiston julkaisuja C, luonnontieteet ja ympäristötieteet 14: 209–212. Salonen, K., Keskitalo, J. & Rask, M., 1993: Hydrobiological studies in lake Valkea-Kotinen, a site of the integrated monitoring programme in Finland. In: Černý, J. (ed.), Abstracts, Symposion on Ecosystem Behaviour: Evaluati- on of Integrated Monitoring in Small Catchments, Work- shop on Integrated Monitoring of Air Pollution Effects on Ecosystems. P. 260–261. Czech Geological Survey, Prague. Salonen, K., Arvola, L. & Rosenberg, M. 1993. Diel vertical migrations of phyto- and zooplankton in a small steeply stratied humic lake with low nutrient concentration. Verhandlungen des Internationalen Verein Limnologie 25: 539–543. Salonen, K. & Rosenberg, M. 2000. Advantages from diel vertical migration can explain the dominance of Gony- ostomum semen (Raphidophyceae) in a small, steeply- stratied humic lake. Journal of Plankton Research 22: 1841–1853. Salonen, K., Holopainen, A.-L. & Keskitalo, J. 2002. Regular high contribution of Gonyostomum semen to phytoplankton biomass in a small humic lake. Verhandlungen des Inter- nationalen Verein Limnologie 28: 488-491. Smolander, U. & Arvola, L. 1988. Seasonal variation in the diel vertical distribution of the migratory alga Cryptomonas marssonii (Cryptophyceae) in a small, highly humic lake. Hydrobiologia 161: 89–98. 75Suomen ympäristö 34 | 2011 11 Valkea-Kotisen rantavyöhykkeen ja syvänteen pohjaeläimistö Martti Rask ja Katja Määttänen, Riista- ja kalatalouden tutkimuslaitos, Evon riistan- ja kalantutkimus Mika Vinni, Helsingin yliopisto, Ympäristötieteiden laitos Johdanto Pohjaeläimistöä on käytetty vesiympäristöjen tilan seurannassa 1970-luvulta lähtien (Luotonen ym. 2006). Erityisesti järvien syvänteiden pohjaeläimis- tön katsotaan kuvaavan hyvin muutoksia pitkän aikavälin rehevöitymiskehityksessä ja pohjanlä- heisten alueiden happitilanteessa (Tolonen ym. 2005). EU:n vesipuitedirektiivin mukaisessa pinta- vesien tilan seurannassa pohjaeläimistö on yksi biologisista tekijöistä, jonka perusteella yhdessä kasviplanktonin, vesikasvillisuuden ja kalaston kanssa pintavesien ekologinen tila arvioidaan ja luokitellaan. Ensimmäinen ekologisen tilan luokit- telu valmistui vuonna 2009 ja siinä Suomen järvien luokitteluun käytettiin syvänteiden surviaissääski- en (Chironomidae) toukkien esiintymiseen perus- tuvaa pohjanlaatuindeksiä (BQI, Benthic Quality Index). Indeksi perustuu seitsemän kuormituksen siedon mukaan pisteytetyn surviaissääskilajin esiintymiseen (Vuori ym. 2009). Ympäristön yhdennetyn seurannan käynnis- tyttyä 1980- ja 1990-lukujen taitteessa myös poh- jaeläimistön seuranta aloitettiin (Koskenniemi 1995). Valitettavasti ajallisesti kattavaa seurantaa ei pystytty jatkamaan Hietajärveä (Luotonen ym. 2006) lukuun ottamatta. Tässä kirjoituksessa esitel- lään Valkea-Kotisen rantavyöhykkeen ja syvänteen pohjaeläimistöstä tehtyjä havaintoja vuosilta 2003– 2008, jolloin Valkea-Kotinen oli vertailujärvenä il- mastonmuutostutkimuksiin liittyneessä Halsjär- ven sekoittamiskokeessa (Forsius ym. 2010). Ranta- vyöhykkeen pohjaeläimistö otettiin mukaan, koska se heijastaa nopeasti valuma-alueella tapahtuvia muutoksia (Tolonen ym. 2003) ja muodostaa ka- loille tärkeän ravinnon lähteen. Tuloksia verrataan lisäksi neljään muuhun Evon alueella sijaitsevaan järveen (Immonen 2008), joita on tutkittu vuodesta 2005 lähtien osana Helsingin yliopiston vetämää hanketta Kestävän kalastuksen periaate kalakan- tojen hoidossa (KESKALA). Näytteenotto- ja määritysmenetelmät Valkea-Kotisen pohjaeläinnäytteet otettiin putki- noutimella SFS-standardin 5730/1992 mukaisesti (Suomen standardoimisliitto 1992). Rantavyöhyk- keeltä ja syvänteeltä otettiin vuosina 2003–2008 kolme rinnakkaista näytettä 14.9.–19.9. välisenä aikana. Syvänteen näytteet otettiin Kajak-putki- noutimella (54 cm2) siten, että yksi näyte koostui 5 nostosta ja näytteen kokonaispinta-ala oli 270 cm2. Näytteet seulottiin 0,5 mm:n seulalla ja säilöttiin 70 % etanoliin. Rantavyöhykkeellä meneteltiin muutoin samalla tavalla, mutta näytteenottimena oli metrin mittainen muoviputki (64 cm2), jolloin yksi näyte edusti 320 cm2:n alaa pohjasta. Eläimet poimittiin näytteistä laboratoriossa ja määritettiin ryhmätasolle. Tulokset esitetään tiheyksinä ja tuo- remassoina neliömetriä kohti. Pohjaeläinyhteisö ja sen muutokset Rantavyöhykkeen pohjaeläimistön kokonaistiheys vaihteli seurantajakson aikana 5000–14000 yksi- löön m-2 ilman selkeää nousevaa tai laskevaa suun- tausta. Surviaissääskien (Chironomidae) ja päivän- korentojen (Ephemeroptera) toukat muodostivat lukumäärinä tarkasteltuna valtaosan (90–95 %) eläimistöstä (kuva 1). Kokonaisbiomassat (7,6–15,9 g m-2) riippuivat suurten, mutta harvalukuisten 76 Suomen ympäristö 34 | 2011 eläinten, kuten sudenkorentojen (Odonata) touk- kien, vesisiiran (Asellus aquaticus) ja vesiperhosten (Trichoptera) toukkien esiintymisestä (kuva 1). Surviaissääskien toukat olivat biomassaltaan suu- rin eläinryhmä Valkea-Kotisen rantavyöhykkeellä vuosina 2003 ja 2006. Syvänteen pohjaeläimistön kokonaistiheys vuo- sina 2003–2008 vaihteli 370–3100 yksilöä m-2 ja bio- massa 0,7–8,2 g m-2 (kuva 2). Vuosien väliset erot olivat suurimmillaan noin kymmenkertaisia, kun ne rantavyöhykkeellä olivat korkeintaan kolmin- kertaisia. Syvänteen pohjaeläimistö koostui lähes yksinomaan sulkasääskien (Chaoborus avicans) toukista. Ainoastaan vuonna 2007 surviaissääs- kien toukkia oli sekä tiheytenä että biomassana enemmän kuin sulkasääsken toukkia. Syynä tähän oli vesimassojen täyskierto keväällä 2007, minkä johdosta syvänteen happiolot olivat muita vuosia suotuisammat. Muihin Evon järviin verrattuna Valkea-Kotisen pohjaeläimistön tiheys ja biomassa olivat samaa luokkaa tai suurempia (kuva 3). Eroa selittää eten- kin biomassojen osalta se, että vertailuvuonna 2006 sudenkorennon toukkien, vesisiiran ja vesiperhos- ten toukkien biomassat olivat Immosen (2008) tut- kimissa järvissä paljon pienempiä kuin Valkea-Ko- tisessa. Yhdennetyn seurannan alkuvuosina 1989 ja 1990 Valkea-Kotisen syvänteen pohjaeläimistö koostui surviaissääskien toukista eikä sulkasääs- ken toukkia havaittu lainkaan (Koskenniemi 1995). Nämä havainnot viittaavat siihen, että järven ve- sipatsaan keväinen ja syksyinen sekoittuminen oli tuolloin säännöllisempää kuin viime vuosina (ks. luku 8). Kuva 1. Valkea-Kotisen rantavyöhykkeen pohjaeläi- mistön keskitiheys ja -biomassa pääryhmittäin vuo- sina 2003–2008. Asell.=Asellus aquaticus, vesisiira; Eph=Ephemeroptera, päivänkorennot; Odon=Odonata, sudenkorennot; Trich=Trichoptera, vesiperhoset; Chir=Chironomidae, surviaissääsket. Fig. 1. The mean density (top) and mean biomass (bottom) of main groups of littoral zoobenthos in L. Valkea-Kotinen during 2003–2008. Asell.=Asellus aquaticus, water louse; Eph=Ephemeroptera, mayies; Odon=Odonata, dragonies; Trich=Trichoptera, caddisies; Chir=Chironomidae, chironomid midges. Pohjaeläinten näytteenottoa Valkea-Kotisella Sampling of macrozoobenthos at Lake Valkea-Kotinen Martti Rask Kuva 2. Valkea-Kotisen syvänteen pohjaeläimistön kes- kitiheys ja -biomassa (keskiarvo + keskihajonta) vuosina 2003–2008. Fig. 2. The mean density and biomass (mean + SD) of profun- dal zoobenthos in L. Valkea-Kotinen during 2003–2008. 0 5 10 15 20 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Asell. Eph Odon Trich C hir muut Tiheys, yks m-2 x1000 0 5 10 15 20 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Biomassa, g m-2 (ww) 0 5 10 15 20 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Tiheys Biomassa T ja B, yks x 1000 ja g m -2 (ww) 77Suomen ympäristö 34 | 2011 Yhteenveto Valkea-Kotisen pohjaeläinaineisto koostuu lyhyt- kestoisista näytteenotoista eikä siten täysin vastaa yhdennetyn seurannan perustavoitetta pitkien ai- kasarjojen kertymisestä ja luonnon pitkäaikaisen vaihtelun hahmottamisesta niiden avulla. Kun pintavesien seurantaa uudistettiin vesipuitedirek- tiivin vaatimusten mukaisesti vuodesta 2006 läh- tien, Valkea-Kotinen valittiin ensin intensiivisen biologisen seurannan kohteeksi, mutta poistettiin pienen kokonsa vuoksi ohjelmasta vuoden 2008 jäl- keen. Pohjaeläimistöön perustuvassa luokittelussa käytetyn pohjanlaatuindeksin laskeminen on, aina- kin ajoittain, mahdotonta indikaattorilajien puut- tumisen vuoksi. Se ei olisi myöskään mielekästä, koska BQI:n vaihtelu ei välttämättä kuvaa ihmis- toiminnan vaikutuksia järvessä, jossa alusveden happikato johtuu luonnon olosuhteista. Vuonna 2003 aloitetun pohjaeläinseurannan jat- kuminen tulisi turvata, koska sen avulla tuotettava tieto on olennainen lisä plankton- ja kalayhteisöistä kertyvään määrälliseen seurantatietoon. Rantavyö- hykkeen pohjaeläimistö tulisi pitää mukana, koska se on kalalajistoltaan niukoissa ympäristöissä kes- keinen osa ahvenen ravinnossa, ja siten tärkeä osa järven ravintoverkkoa. Lisäksi tulisi varmistaa, että käytettävissä on voimavarat näytteiden analysoin- tiin riittävällä taksonomisella tarkkuudella. Kirjallisuus Forsius, M., Saloranta, T., Arvola, L., Salo, S., Verta, M., Ala- Opas, P., Rask, M. & Vuorenmaa, J. 2010. Physical and chemical consequences of articially deepened thermocli- ne in a small humic lake – a paired whole-lake climate change experiment. Hydrology and Earth System Sciences 14: 2629–2642. Immonen, S. 2008. Pohjaeläinyhteisöt pienissä humuspitoisis- sa metsäjärvissä. Pro gradu työ. Helsingin yliopisto, Bio- ja ympäristötieteen laitos, Akvaattiset tieteet. 62 s. Koskenniemi, E. 1995. Benthic fauna. In: Bergström, I., Mäkelä, K. & Starr, M. (eds.). Integrated Monitoring Programme in Finland, First National Report. Ministry of the Environment. Report 1/1995. P. 110–111. ISBN 951-731- 042-0. Luotonen, H., Hämäläinen, H., Liljaniemi, P. & Koskenniemi, E. 2006. Hietajärven pohjaeläinyhteisöjen tila ja yhteisöjen pitkän aikavälin muutokset. Julk.: Niinioja, R. & Rämö, A. (toim.). Hietajärven alue – ympäristön seurannan helmi Pohjois-Karjalassa. Suomen ympäristö 59/2006. S. 52–54. ISBN 952-11-2532-2. Suomen standardisoimisliitto, 1992. Vesitutkimukset. Pehmeiden pohjien pohjaeläimistön ja sedimentin näytteenotto putkinouti- mella. Standardi SFS 5730. Vesi- ja ympäristöhallitus. 8 s. Tolonen, K.T., Hämäläinen, H., Luotonen, H. & Kotanen, J. 2003. Rantavyöhykkeen pohjaeläimet järvien ekologisen tilan arvioinnissa ja seurannassa. Menetelmien käyttö- kelpoisuuden ja kustannustehokkuuden arviointi Life Vuoksi –projektissa. Alueelliset ympäristöjulkaisut 328. Pohjois-Karjalan ympäristökeskus, Joensuu. 57 s. ISBN 952-11-1538-6. Tolonen, K., Hämäläinen, H. & Vuoristo, H. 2005. Syvänteiden pohjaeläimet järvien ekologisen tilan luokittelussa. Alueel- liset ympäristöjulkaisut 395. 40 s. ISBN 952-11-2040-1. Vuori, K.-M., Bäck, S., Hellsten, S., Holopainen, A.-L., Järvi- nen, M., Kauppila, P., Kuoppala, M., Lax, H.-G., Lepistö, L., Marttunen, M., Mitikka, S., Mykrä, H., Niemi, J., Olin, M., Perus, J., Pilke, A., Rask, M., Ruuskanen, A., Vehanen, T. & Westberg, V. 2009. Pintavesien ekologisen luokittelun vertailuolot ja luokan määrittäminen. Julk.: Vuori, K.-M., Mitikka, S. & Vuoristo, H. (toim). Pintavesien ekologisen tilan luokittelu. Suomen ympäristökeskuksen ohjeita 3/2009. S. 9–83. ISBN 978-952-11-3682-5. Kuva 3. Valkea-Kotisen rantavyöhykkeen ja syvänteen pohjaeläimistön keskitiheys ja –biomassa syksyllä 2006 (keskiarvo + keskihajonta) verrattuna neljään muuhun Evon alueen järveen (Immonen 2008). Fig. 3. The density and biomass of zoobenthos (mean + SD) in the littoral (top) and profundal zone (bottom) of L. Valkea- Kotinen in autumn 2006 as compared with four other lakes in the Evo region (Immonen 2008). 0 10 20 Majajärvi Haukijärvi Haarajärvi Hokajärvi Tiheys Biomassa Rantavyöh yke Valkea-Kotinen Tih, yks m -2 x 1000; Biom g m -2 (ww) 0 5 10 15 20 Syvänne Majajärvi Haukijärvi Haarajärvi Hokajärvi Valkea-Kotinen Tih, yks m -2 x 1000; Biom g m -2 (ww) 78 Suomen ympäristö 34 | 2011 12 Valkea-Kotisen ahvenpopulaatiossa tapahtuneet muutokset Samuli Sairanen, Helsingin yliopisto, Lammin biologinen asema Sami Vesala ja Martti Rask, Riista- ja kalatalouden tutkimuslaitos, Evon riistan- ja kalantutkimus Johdanto Kalat soveltuvat hyvin ympäristön tilan seuran- taan, sillä pitkäaikaisten ympäristönmuutosten kuten rehevöitymisen ja happamoitumisen vaiku- tukset kalayhteisöjen rakenteeseen tunnetaan mel- ko hyvin (esim. Persson ym. 1991, Tuunainen ym. 1991). Kalojen elinympäristössä tapahtuvat muu- tokset heijastuvat myös kalojen kasvuun (esim. Nyberg ym. 1995). EU:n vesipolitiikan puitedirektiivin (VPD) mukaisessa seurannassa kalasto on yksi neljästä biologisesta tekijästä, joiden perusteella järven ekologinen tila määritellään. Valkea-Kotinen on luonnontilainen eteläsuomalainen metsäjärvi, jos- sa ihmistoiminnalla ei juuri ole vaikutusta järven kalastoon. Virallinen kalastuskielto astui voimaan Valkea-Kotisella 1990-luvulla. Valkea-Kotinen oli yksi pintavesityypin Rh (Runsashumuksiset järvet) vertailujärvistä ensimmäisessä kalastoon perustu- vassa ekologisen tilan luokittelussa. Valkea-Kotisella on tehty koekalastuksia osana ympäristön yhdennettyä seurantaa ensimmäisen kerran vuonna 1990 (Järvinen ym. 1992). Valkea- Kotisen kalatutkimuksen tuloksia seurannan al- kuvuosilta ovat julkaisseet myös mm. Tammi ym. (1996) ja Rask ym. (1998). Kalaston seuranta on ollut säännöllistä vuodesta 1992 lähtien ja sen koh- teena on ollut erityisesti järven ahvenpopulaatio. Tässä artikkelissa esitellään Valkea-Kotisen kala- tutkimuksen tulokset vuosilta 1991–2010. Artikke- lissa keskitytään erityisesti järven ahvenpopulaati- ossa tapahtuneisiin muutoksiin. Näytteenotto- ja määritysmenetelmät Merkintä ja takaisinpyynti Ahvenpopulaation koko arvioitiin merkintä- ja takaisinpyyntimenetelmällä vuosina 1991–2010. Merkintää ja takaisinpyyntiä suoritettiin päivit- täin kalojen kutuaikana, noin 2–3 viikon ajan jäiden lähdön jälkeen huhti−toukokuussa vuosina 1991– 2010. Ahvenet pyydettiin katiskoilla, merkittiin eväleikkauksella (vatsaevä) ja vapautettiin takai- sin järveen. Kaloja ei poistettu järvestä merkinnän ja takaisinpyynnin aikana. Merkinnän yhteydessä kalojen pituus mitattiin yhden cm:n tarkkuudel- la kokojakaumien laskemista varten. Populaation koko laskettiin takaisinpyydettyjen merkittyjen ja merkitsemättömien kalojen suhteesta Schnabelin menetelmällä (Krebs 1989). Iän ja kasvun määritys Ahvenen ikä- ja kasvututkimuksia varten näy- tekalat pyydettiin touko- ja lokakuun välisenä aikana vuosina 1992–2009. Osa näytekaloista saatiin merkintä ja takaisinpyyntien viimeisten pyyntikertojen katiskasaaliista sekä verkkokoe- kalastussaaliista. Tämän lisäksi näytekaloja pyy- dettiin tarvittaessa ylimääräisillä kalastuskerroilla. Iän ja kasvun määritykset tehtiin vuosittain keski- määrin 50–100 ahvenelta poisluettuna vuosi 2002, jolloin ikänäytteitä ei otettu. Koko tutkimusjakson aikana iän ja kasvun määritykset tehtiin yhteensä 1277 ahvenelta. Ahvenen iän ja kasvun määritys tehtiin operculumista eli päällimmäisestä kidus- kannenluusta stereomikroskoopin avulla. Opercu- lumista laskettiin vuosirenkaat sekä mitattiin sen säde ja vuosirenkaiden etäisyydet tyvestä. Ahve- 79Suomen ympäristö 34 | 2011 nen kasvu laskettiin takautuvasti Monastyrskyn menetelmällä (Bagenal & Tesch 1978) käyttäen Raitaniemen ym. (1988) pienten järvien ahvenelle määrittämää vakion b arvoa 0,88. Ahvenelle las- kettiin ikäryhmäkohtaiset keskipituudet koko ai- neistosta vuosiluokittain, sekä erikseen koiraille ja naaraille. Verkkokoekalastukset ja ekologisen tilan luokittelu Valkea-Kotinen koekalastettiin vuosina 2004–2010. Pyydyksenä käytettiin NORDIC-yleiskatsausverk- koa 1,5 x 30 m, joka koostuu 12 eri solmuvälistä (5–55 mm). Koekalastukset perustuivat ositettuun satunnaisotantaan, jossa verkkomäärät ovat suh- teessa syvyysvyöhykkeiden pinta-aloihin (Kur- kilahti & Rask 1999). Tätä varten järvi oli jaettu kahteen eri syvyysvyöhykkeeseen (0–3 m ja yli 3 m). Syvyysvyöhykkeellä 0–3 m kalastettiin ainoas- taan pohjaverkoilla. Yli 3 m syvyysvyöhykkeellä verkot viritettiin puolestaan pintaan (1 m tapsit), koska verkkoja ei haluttu laskea hapettomaan alusveteen. Koekalastukset toteutettiin vuosittain kahtena eri pyyntikertana heinäkuun ja syyskuun välisenä aikana, pyynnissä oli 4 verkkoa/pyynti- kerta. Verkot laskettiin pyyntiin illalla ja nostet- tiin aamulla, jolloin pyyntiaikaa kertyi noin 12–14 tuntia. Valkea-Kotisen ekologisen tilan luokittelu teh- tiin koekalastustulosten perusteella. Ekologisen tilan arviointi perustuu indeksiin (EQR4), mikä koostuu neljästä eri kalayhteisömuuttujasta: bio- massa, lukumäärä, särkikalojen biomassaosuus ja indikaattorilajien esiintyminen (Tammi ym. 2006). Valkea-Kotisen kohdalla luokittelu tehtiin vain kolmen kalayhteisömuuttujan perusteella, koska järvessä ei esiinny särkikaloja. Ekologisen tilan luokittelu tapahtuu viisiportaisella asteikolla: erinomainen, hyvä, tyydyttävä, välttävä ja huono. Ahvenpopulaatiossa tapahtuneet muutokset Ahvenpopulaation koko Valkea-Kotisen ahvenpopulaation koko on vuosi- na 1991–2010 vaihdellut välillä 2400–13400 yksi- löä (kuva 1). Todelliset populaatiokoot ovat olleet vielä suurempia, sillä populaatiokoon arviossa ei ole mukana alle 8 cm pituisia ahvenia (1-vuotiaat), jotka pääsevät katiskasta verkon läpi. Menetelmä myös aliarvioi naaraiden lukumäärää kalojen ku- tuaikaisen käyttäytymisen vuoksi. Valkea-Kotisen ahvenpopulaation koossa tapahtuneet muutokset ovat selkeästi yhteydessä vahvojen vuosiluokkien esiintymiseen. Vuonna 1991 syntynyt vahva vuo- Ahven European perch (Perca uviatilis L.) Maiju Salonen 80 Suomen ympäristö 34 | 2011 siluokka esiintyy ensimmäisen kerran saaliissa vuonna 1993 ja erottuu ahvenen kokojakaumasta 10–11 cm pituisten yksilöiden kohdalla (kuva 2). Vuosiluokka 1991 säilyi Valkea-Kotisen ahvenpo- pulaatiossa vallitsevana vuosiluokkana aina vuo- teen 1995 saakka, sillä vuosiluokat 1993 ja 1994 jäivät erittäin heikoiksi. Vuonna 1995 järveen syntyi 20 vuoden seuran- tajakson voimakkain vuosiluokka. Kyseinen vuo- siluokka esiintyy saaliissa ensimmäisen kerran vuonna 1997, jolloin siihen kuuluvat yksilöt olivat saavuttaneet 8–9 cm pituuden. Samalla ahvenpo- pulaation koko kasvoi nelinkertaiseksi vuoden 1996 tasosta ja oli suurimmillaan (13400 yksilöä) vuonna 1998. Vuosina 1997–1999 merkintä ja ta- kaisinpyynnin saalis koostui suurelta osin vuosi- luokan 1995 kaloista, sillä vuosiluokat 1996 ja 1997 olivat erittäin heikkoja. Myös vuonna 1999 järveen syntynyt kohtalaisen vahva vuosiluokka erottuu kokojakaumasta vuoden 2001 saaliissa 9–10 cm pituisten kalojen kohdalla. 2000-luvun puolella poikkeuksellisen vahvoja tai heikkoja vuosiluokkia ei ole syntynyt ja vaihtelu Valkea-Kotisen ahven- populaation yksilömäärässä ja kokorakenteessa näyttää viime vuosina tasoittuneen. Valkea-Kotisessa 1990-luvulla havaittu voima- kas vaihtelu ahvenen vuosiluokkien vahvuudessa kuuluu lajin normaaliin populaatiodynamiikkaan. Vahvoja vuosiluokkia syntyi Valkea-Kotisessa 1990-luvulla joka neljäs vuosi. Vahvojen vuosiluok- kien syntyminen liittyy ahvenella yleensä lämpi- mien kesien suotuisiin olosuhteisiin (esim. Sarva- la & Helminen 1996). Toisaalta myös vanhempien ahventen omiin poikasiinsa kohdistama saalistus säätelee vuosiluokkien runsautta pienissä järvissä (Sumari 1971). Todennäköisesti kesän pintaveden lämpötilojen vaihtelu sekä populaation sisäinen säätely selittävät suuren osan havaitusta vaihte- lusta. Ahvenen kasvu Ahvenen kasvu on ollut kohtalaisen hidasta, sillä ahvenet saavuttavat 15 cm pituuden keskimäärin 5–6-vuotiaana (kuva 3). Toisaalta yksilöiden vä- liset kasvuerot ovat suuria. Esimerkiksi pituudet 5-vuotiaana vaihtelivat välillä 11–24 cm. Kasvu- nopeudessa havaittiin eroja myös sukupuolten välillä, sillä kolmannesta kasvukaudesta lähtien naaraat kasvavat selvästi nopeammin kuin koiraat. Naaraat saavuttavat 20 cm pituuden keskimäärin 8-vuotiaana. Vain harvat koiraat kasvavat yhtä suuriksi koko elinaikanaan. Vaikka ahvenen kasvu on kohtalaisen hidasta, on kasvu Valkea-Kotisessa kuitenkin nopeampaa kuin ylitiheissä ahvenpopu- laatioissa (esim. Rask & Raitaniemi 1988). Populaatiokoon muutokset heijastuvat ahvenen kasvunopeuteen. Kasvu oli kohtalaisen nopeaa 1990-luvun alussa, jolloin ahvenpopulaatio oli har- valukuinen (kuva 4). Vuonna 1995 järveen syntyi poikkeuksellisen vahva vuosiluokka, jonka johdos- ta kilpailu ravinnosta kasvoi ja vuosina 1995–1998 ahvenen kasvu hidastui kaikissa ikäryhmissä. Kuva 1. Valkea-Kotisen ahvenpopulaation koko vuosi- na 1991–2010 sekä 95 % luottamusvälit. Fig. 1. The perch population size estimate (+95 % con- dence limits) for L. Valkea-Kotinen during 1991–2010. 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 P opulaation koko (yks.) Ahvenen pituusmittausta Measuring the length of a perch (Perca uviatilis L.) Ari Westermark Koekalastusta Valkea-Kotisella Test shing at Lake Valkea-Kotinen Sami Vesala 81Suomen ympäristö 34 | 2011 Kuva 2. Ahvenen pituusjakauma merkintä ja takaisinpyyntien katiskasaaliissa Valkea-Kotisessa vuosina 1991–2010. Huo- maa poikkeava y-akselin asteikko vuosina 1998, 1999 ja 2001. Fig. 2. The length frequency distribution of perch in L. Valkea-Kotinen according to the trap catches of marking and recapturing in May 1991–2010. Note the different scale of y-axis for the years 1998, 1999 and 2001. 0 200 400 600 <7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20< 1992 0 200 400 600 <7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20< 1993 0 200 400 600 <7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20< 1994 0 200 400 600 <7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20< 1995 0 200 400 600 <7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20< 1996 0 200 400 600 <7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20< 1997 0 600 1200 1800 <7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20< 1998 0 400 800 1200 <7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20< 1999 0 200 400 600 <7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20< 2002 0 200 400 600 <7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20< 2003 0 200 400 600 <7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20< 2004 0 200 400 600 <7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20< 2005 0 200 400 600 <7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20< 2006 0 200 400 600 <7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20< 2007 0 200 400 600 <7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20< 2008 0 200 400 600 <7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20< 2009 0 200 400 600 <7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20< Pituus lu ok a t (c m ) 2010 0 200 400 600 <7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20< Pituus lu ok a t (c m ) 2000 0 200 400 600 <7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20< 1991 0 300 600 900 <7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20< Luk um äärä 2001 Luk um äär ä 82 Suomen ympäristö 34 | 2011 Populaatiokoko pienentyi 2000-luvun taitteessa, ja ahvenen kasvu nopeutui jälleen. Viimeisen kym- menen vuoden aikana ahvenen kasvunopeudessa ei ole havaittu suurta vaihtelua, mikä sopii yhteen sen kanssa, että samaan aikaan vuosiluokkien Kuva 3. Ahvenkoiraiden ja naaraiden keskimääräinen kasvunopeus Valkea-Kotisessa vuosina 1992–2009 sekä keskihajonnat (naaraat n = 743, koiraat n = 507). Fig. 3. The average growth (+ SD) of male (n = 507, in blue) and female (n = 743, in red) perch in L. Valkea-Kotinen during 1992-2009. Kuva 4. Ahvenen takautuvasti lasketut ikäryhmäkohtaiset keskipituudet Valkea-Kotisessa vuosiluokittain (n = 1277). Fig. 4. Back-calculated length at age values of perch for year classes 1985–2008 in L. Valkea-Kotinen (n = 1277). 0 5 10 15 20 25 30 0 2 4 6 8 10 12 14 Pituus (cm) Ikä (v uotta) Naaraat Koiraat 0 5 10 15 20 25 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 Pituus (cm) Vuos iluokka 1985 (n=63) 1986 (n=18) 1987 (n=69) 1988 (n=24) 1989 (n=10) 1990 (n=66) 1991 (n=229) 1992 (n=74) 1993 (n=5) 1994 (n=33) 1995 (n=245) 1996 (n=11) 1997 (n=9) 1998 (n=19) 1999 (n=91) 2000 (n=27) 2001 (n=43) 2002 (n=31) 2003 (n=83) 2004 (n=22) 2005 (n=36) 2006 (n=42) 2007 (n=16) 2008 (n=11) Kuva 5. Valkea-Kotisen verkkokoekalastusten yksikkö- saaliit kalalajeittain vuosina 2004–2010 sekä keskiarvon keskivirheet (SE). Fig. 5. The mean catches (+ SE) of perch (ahven) and pike (hauki) from gill net test shing in L. Valkea-Kotinen during 2004–2010. The values are given as total biomass (g, top) and number (bottom) of sh per one gill net night. 0 200 400 600 800 1000 1200 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 g/v erkko 0 10 20 30 40 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Lkm./verkko Ahv en H auk i vahvuus on ollut 1990-lukua tasaisempi. Ahvenen kasvu on hidastunut kaikissa ikäryhmissä, mikä viittaa ravintokilpailun koventumiseen. Tämä saattaa olla yhteydessä perustuotannon laskuun Valkea-Kotisessa 2000-luvulla (ks. luku 10). 83Suomen ympäristö 34 | 2011 Järven ekologinen tila kalaston perusteella arvioituna Valkea-Kotisen kalayhteisö edustaa tyypillistä pienen eteläsuomalaisen metsäjärven vähälajista kalayhteisöä. Järvessä elävät vain ahven ja hauki. Vuosina 2004–2010 ahvenen yksikkösaaliit ovat vaihdelleet välillä 315–830 g/verkko ja 6–26 yksi- löä/verkko (kuva 5). Haukea saaliissa on esiinty- nyt runsaammin vain vuonna 2008. Petomaisten (≥ 15 cm) ahventen osuus oli suuri, sillä niiden osuus biomassasta on vaihdellut välillä 55–93 %. Kookkaiden ahventen suuri osuus johtuu ainakin osittain alhaisesta kalastuspaineesta. Valkea-Kotinen edustaa vertailuolosuhteita pintavesityypissä runsashumuksiset järvet (Rh). Kalaston perusteella tehty järven ekologisen tilan luokittelu antoi tulokseksi lähes kaikkina vuosina luokan erinomainen. Vain vuonna 2008 Valkea-Ko- tisen ekologinen tila oli kalaston perusteella arvioi- tuna hyvä. Tämä johtui suuresta kokonaissaaliista, johon vaikutti hauen poikkeuksellisen suuri saalis. Siten tilaluokan muutos oli pikemminkin lasken- nallinen kuin todellinen ekologisen tilan muutos. Yhteenveto Valkea-Kotisen ahvenpopulaatiossa on tapahtunut selkeitä muutoksia viimeisten 20 vuoden aikana. Muutokset eivät kuitenkaan ole systemaattisia. Suurimmat muutokset ahvenpopulaatiossa tapah- tuivat 1990-luvulla. Ahvenpopulaation muutokset ovat johtuneet ennen muuta vaihtelusta vuosiluok- kien runsaudessa, mikä kuuluu lajin normaaliin populaatiodynamiikkaan. Vahvoja vuosiluokkia syntyi Valkea-Kotisessa 1990-luvulla joka neljäs vuosi ja erityisesti vuosiluokka 1995 oli vahva. Ahvenpopulaation koossa havaitut muutokset ovat heijastuneet ahvenen kasvunopeuteen. Ra- vintokilpailulla ja poikasiin kohdistuvalla saalis- tuksella eli populaation sisäisillä säätelymekanis- meilla on tärkeä rooli Valkea-Kotisen ahvenpopu- laation kannalta. Valkea-Kotisen kalayhteisö edustaa tyypil- listä pienen metsäjärven kalayhteisöä. Järven ekologinen tila on kalaston perusteella arvioituna ollut hyvä tai erinomainen. Tulosten perusteella Valkea-Kotinen soveltuu vertailujärveksi kalas- toon perustuvassa ekologisen tilan luokittelussa. Kirjallisuus Bagenal, T.B. & Tesch, F.W. 1978. Age and growth. In: Bagenal, T. (ed.). Methods for assessment of sh production in fresh waters. IBP Handbook 3. 3rd edition. Blackwell Scientic Publications, Oxford. P. 101–136. ISBN 0-632-00125-9. Järvinen, A., Rask, M., Niemelä, E., Raitaniemi, J. & Turunen, T. 1992. Yhdennetyn ympäristöseurannan järvien koeka- lastukset. Kalatutkimuksia – Fiskundersökningar 54: 1–10. Krebs, C.J. 1989. Ecological Methodology. Harper & Row, New York. 12 + 654 s. ISBN 0-06-043784-7. Kurkilahti, M. & Rask, M. 1999. Verkkokoekalastukset. Julk.: Böhling, P. & Rahikainen, M. (toim.). Kalataloustarkkailu. Periaatteet ja menetelmät. Riista- ja kalatalouden tutki- muslaitos, Helsinki. S. 151–161. ISBN 951-776-187-2. Nyberg, K., Raitaniemi, J., Rask, M., Mannio, J. & Vuorenmaa, J. 1995. What can perch population tell us about the aci- dication history of a lake? Water, Air, and Soil Pollution 85(2): 395–400. Persson, L., Diehl, S., Johansson, L., Andersson, G. & Hamrin, S. 1991. Shifts in sh communities along the productivity gradient of temperate lakes—patterns and the importance of size structured interactions. Journal of Fish Biology 38(2): 281–293. Raitaniemi, J., Rask, M. & Vuorinen, P.J. 1988. The growth of perch, Perca uviatilis L. in small Finnish lakes at different stages of acidication. Annales Zoologici Fennici 25(3): 209–219. Rask, M. & Raitaniemi, J. 1988. The growth of perch, Perca uviatilis, L. in recently acidied lakes of southern Fin- land — a comparison with unaffected waters. Archiv für Hydrobiologie 112(3): 387–397. Rask, M., Holopainen, A.-L., Karusalmi, A., Niinioja, R., Tammi, J., Arvola, L., Keskitalo, J., Blomqvist, I., Heinimaa, S., Karppinen, C., Salonen, K. & Sarvala, J. 1998. An intro- duction to the limnology of Finnish Integrated Monitoring lakes. Boreal Environment Research 3(3): 263–274. Sarvala, J. & Helminen, H. 1996. Year-class uctuations of perch (Perca uviatilis) in Lake Pyhäjärvi, Southwest Fin- land. Annales Zoologici Fennici 33(3–4): 389–396. Sumari, O. 1971. Structure of the perch populations of some ponds in Finland. Annales Zoologici Fennici 8(3): 406–421. Tammi, J., Niinioja, R. & Rask, M. 1996. Ympäristön yhdenne- tyn seurannan kalatutkimukset 1992–1994. Riista- ja kala- talouden tutkimuslaitos, Helsinki. Kala- ja riistaraportteja 59. 24 s. ISBN 951-776-054-X. Tammi, J., Rask, M. & Olin, M. 2006. Kalayhteisöt järvien ekologisen tilan arvioinnissa ja seurannassa. Alustavan luokittelujärjestelmän perusteet. Riista- ja kalatalouden tutkimuslaitos, Helsinki. Kala- ja riistaraportteja 383. 52 s. + 9 liitettä. ISBN 951-776-531-2. Tuunainen, P., Vuorinen, P. J., Rask, M., Järvenpää, T., Vuo- rinen, M., Niemelä, E., Lappalainen, A., Peuranen, S. & Raitaniemi, J. 1991. Happaman laskeuman vaikutukset kaloihin ja rapuihin. Loppuraportti. Suomen kalatalous 57: 1–44. 84 Suomen ympäristö 34 | 2011 13 Valkea-Kotisen massataselaskelmat ja ekosysteemimallien sovellukset Martin Forsius, Suomen ympäristökeskus Johdanto Ympäristön yhdennetyn seurannan (YYS) ohjel- massa ekosysteemiä ja sen prosesseja tarkastellaan toiminnallisena kokonaisuutena (kuva 1). YYS -alu- eilta tuotettujen aineistojen avulla voidaan tutkia eri yhdisteiden kiertoja ja varastoja sekä kehittää ekosysteemimallinnusta. Massataselaskelma ilmaisee ja määrittelee jon- kin rajatun ”systeemin” ainemääriä ja varastoja, jotka voivat olla esimerkiksi alkuaineita, haitalli- sia aineita tai vettä. Systeemi voi olla esimerkiksi maa-, metsä- tai järviekosysteemi, valuma-alue tai muu suurempi kokonaisuus. Massataseen määri- telmän mukaan tulevan ainemäärän täytyy olla yhtä suuri kuin lähtevän ainemäärän ja varastojen muutosten summa. Massataselaskelmat ilmaistaan usein vuokaavioina; laatikoina jotka kuvaavat ai- neen määrää ja nuolina, jotka kuvaavat ainevirtoja varastojen välillä (sisäiset virrat) tai systeemiin si- sään ja systeemistä uloslähteviä ainevirtoja (kuva 2). Aineen määrät esitetään massana pinta-ala- tai tilavuusyksikköä kohti ja ainevirrat massana aika- yksikköä tai pinta-alaa ja aikayksikköä kohti. Massataselaskelmilla on mahdollista tunnistaa, missä kohtaa systeemissä ainetta on ja kuinka pal- jon ja nopeasti sitä siirtyy systeemiin, sen sisällä ja siitä ulos. Massatase on ensisijaisesti systeemiä kuvaava malli. Massataselaskelmat ovat käyttö- kelpoisia myös tunnistettaessa, mitkä ovat systee- min tärkeimpiä prosesseja (esimerkiksi laskeuma, huuhtoutuminen, ravinteidenotto, adsorptio ja de- sorptio, hajotus, rapautuminen) ja mitkä prosessit puuttuvat. Jos prosessin vasteet ympäristömuut- tujille (ilmasto, ilmansaasteet, ympäristön hoito- toimenpiteet) tunnetaan, massataselaskelmasta tulee enemmän kuin yksinkertaistettu hetkellisen tilanteen kuvaus. Laatikko ja vuokaavio voidaan korvata sarjalla matemaattisia yhtälöitä, joita voi- daan käyttää ennustamiseen ja muutosten mallin- tamiseen. Seuraavassa esitellään tuloksia ainetaselaskel- mista, happamoitumismallien sovelluksista ja il- mastonmuutoksen vaikutuksista aineiden huuh- toutumiseen aikaisemmin julkaistun aineiston pe- rusteella. Valkea-Kotisen hiilitase, jonka arviointiin kerättiin aineistoa tätä raporttia varten, esitetään luvussa 14. Happamoitumisen ainetaseet ja mallisovellukset Happamoitumista aiheuttavien ja puskuroivien ekosysteemiprosessien arvioimiseksi kansainväli- sen ICP IM verkoston alueille tehtiin ns. protoni- taselaskelma (Forsius ym. 2005). Valkea-Kotisen tulokset on esitetty kuvassa 3. Happamoitumista (+) aiheuttavat erityisesti suora vetyionilaskeuma, luontainen humusperäinen happamuus ja sulfaa- tin reaktiot. Emäskationien rapautuminen on tär- kein puskuroiva (–) prosessi, mutta myös typen prosesseilla on merkitystä. Osana kansainvälisiä arviointeja Valkea-Koti- sen alueelle on sovellettu myös happamoitumis- kehitystä kuvaavaa dynaamista MAGIC-mallia (Wright ym. 2006, Aherne ym. 2008). Mallisovel- lusten avulla on arvioitu sekä eri laskeumaskenaa- rioiden että ilmastonmuutosprosessien vaikutusta happamoitumiskehitykseen. Tulokset on raportoi- tu myös kaukokulkeutumissopimuksen vaikutus- työryhmälle (WGE). Tulokset osoittavat toipumis- kehityksen jatkuvan myös tulevaisuudessa, mutta merkittäviä päästövähennyksiä tarvitaan edelleen täydellisen palautumiskehityksen varmistamisek- si. Ilmastonmuutos aiheuttaa kuitenkin epävar- muutta ennusteisiin. Happamoitumiskehityksen kannalta keskeisiä ekosysteemiprosesseja, joihin ilmastonmuutoksen oletetaan vaikuttavan, ovat erityisesti hydrologia, mineraalien rapautumis- nopeus sekä typen ja orgaanisen hiilen reaktiot (Wright ym. 2006). 85Suomen ympäristö 34 | 2011 Kuva 1. Ympäristö yhdennetyn seurannan valuma-aluekonsepti ja tärkeimmät seurattavat ainevirtaamat ja ekosysteemin osat (ICP IM manual 2004). Fig. 1. Conceptual model of ecosystem components (pools) and uxes of substances used for Integrated Monitoring of small catchments (ICP IM manual 2004). Kuva 2. Kaaviokuva hiilen ja typen massataselaskelmista (Starr ym. 2005). Fig. 2. Schematic mass balance budget for carbon and nitrogen proposed for Valkea-Kotinen and other Integrated Monitoring sites (Starr et al. 2005). 86 Suomen ympäristö 34 | 2011 Ilmastonmuutoksen vaikutusten mallintaminen Orgaanisen hiilen huuhtoutuminen Liuennen orgaanisen hiilen (DOC) pitoisuuksien on havaittu kasvaneen pintavesissä laajoilla alu- eilla Pohjois-Euroopassa ja -Amerikassa (Vuoren- maa ym. 2006, Monteith ym. 2007). Ilmiön syistä on esitetty erilaisia hypoteeseja (ilmastonmuutos, laskeuman laadun muutos, maankäytön muutok- set). Myös Valkea-Kotisella (sekä järvessä että pu- rossa) DOC:in pitoisuus on noussut tilastollisesti merkitsevästi (ks. luku 8; Vuorenmaa ym. 2006). Orgaanisen hiilen lisääntyminen liittyy moneen ekosysteemiprosessiin ja ympäristöongelmaan, joista keskeisiä ovat: hiilen sitoutuminen ekosys- teemeihin, raskasmetallien ja orgaaniseen ainek- seen sitoutuneiden ravinteiden kulkeutuminen, vaikutukset juomaveden laatuun ja erilaisiin jär- viprosesseihin (kerrostuminen, valon määrä perus- tuotannolle jne.). Valkea-Kotisen kattava aineisto on tarjonnut erinomaisen mahdollisuuden myös tämän ilmiön tutkimiseksi ja ennustemallien ke- hittämiseksi. Kuva 3. Happamoitumista aiheuttavat (+) ja puskuroivat prosessit (–) Valkea-Kotisen valuma-alueella (Forsius ym. 2005). H+ laskeuma ja H+lähtevä = tuleva ja lähtevä H+ ainevirtaa- ma; CO2= CO2 liukeneminen ja dissosiaatio; SO4 pidättyminen/ vapautuminen= sulfaatin reaktiot; BCrapautuminen/kasvien otto = emäska- tionien reaktiot; NO3/NH4= typen reaktiot. Fig. 3. Hydrogen-ion producing (+) and consuming (-) processes at Valkea-Kotinen Integrated Monitoring site (Forsius et al. 2005). H+ laskeuma and H+lähtevä = proton input and output; CO2= dissolution and dissociation of CO2; SO4 pidättyminen/vapautuminen= retention/release of SO4; BCrapautuminen/kasvien otto = BCweathering/biomass uptake; NO3/NH4= reactions of nitrogen. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 + - NO3/NH4 SO4 pidättyminen BC rapautuminen H+ lähtevä SO4 vapautuminen BC kasvien otto Orgaaniset hapot CO2 H+ laskeuma H+ (mekv m -2 a-1) Kuva 4. Liuenneen orgaanisen hiilen (DOC) pitoisuuden kehitys vuosina 1960–2100 Valkea-Kotisella (1 m) INCA-C mallin tulosten perusteella (Futter ym. 2009). Ilmaston on oletettu muuttavan SRES A2-skenaarion mukaisesti ja rikkilaskeuman vähentyvän MFR-skenaariota noudattaen (merkittävä S-laskeuman vähentyminen). Observed = mitattu pitoisuus, Model- led = mallinnettu pitoisuus. Fig. 4. Modelled (blue) and observed (red) daily concentrations of dissolved organic carbon (DOC) in lake Valkea-Kotinen (1 m) from 1961–2100, according to INCA-C model simulations (modied from Futter et al. 2009). Climate change is assumed to follow the SRES A2 scenario and sulphur deposition the maximum feasible reductions scenario (MFR = strong reductions in sulphur deposition). 0 5 10 15 20 25 30 DOC (mg l-1) Mod elled Obs erved 21001970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 20501960 2060 2070 2080 2090 87Suomen ympäristö 34 | 2011 Valuma-alueen hiiliprosesseja kuvaavaa INCA- C mallia voitiin onnistuneesti sovittaa mittausai- neistoon (Futter ym. 2009), jonka jälkeen mallilla tehtiin tulevaisuuden kehitystä kuvaavia skenaa- riotarkasteluja (kuva 4). Mallitulosten perusteella rikkilaskeuman vähentyminen selittää merkittävän osan havaitusta DOC-pitoisuuden noususta, mut- ta ilmastotekijöiden merkitys kasvaa tulevaisuu- dessa, koska suuri osa ennakoidusta S-laskeuman vähentymisestä on jo tapahtunut. Mallitulosten pe- rusteella DOC-pitoisuus tulee vielä suurenemaan muutamia vuosikymmeniä, mutta tähänastista hitaammin. INCA-C malli on edelleen kehitysvai- heessa, joten nämä tulokset ovat alustavia. Myös tilastollisiin menetelmiin perustuvat ennustemallit (neuroverkkomallit, Holmberg ym. 2006) ennus- tavat kasvavia C-, N-, ja P-pitoisuuksia ilmaston muuttuessa. Olettaen, että ilmasto kehittyy suu- rempia muutoksia ennustavan ilmastoskenaari- on (ECHAM 4-malli) mukaisesti, kokonaishiilen (TOC), kokonaistypen ja -fosforin huuhtoutumi- nen kasvaa vuositasolla noin 26 % vuoteen 2050 mennessä. Muutokset hydrologisissa prosesseissa Ilmastonmuutoksen vaikutuksia Valkea-Kotisen järven hydrologisiin prosesseihin on ennustettu MyLake-mallin avulla (Saloranta ym. 2009). Tulok- set osoittavat, että A2-ilmastoskenaarion mukai- sesti järven pintalämpötila (0,5 m) nousisi v. 2100 mennessä erityisesti kevään aikana seuraavasti: huhtikuussa 4,6–6,1 °C ja toukokuussa 3,5–4,6 °C. Jääpeitteinen aika lyhenisi vastaavasti 56–89 päivää. Muutoksilla olisi erittäin merkittäviä vai- kutuksia järven kemiallisiin ja biologisiin proses- seihin. MyLake-mallin tuloksia on käytetty myös Evon alueella sijaitsevan Halsjärven järvimanipu- laatiokokeen (2003–2007) suunnittelussa. Valkea- Kotinen toimi koejärjestelyn vertailualueena tut- kittaessa kokeellisesti Halsjärven lämpöolosuhteita ja kerrostumista muuttamalla ilmastonmuutoksen ekosysteemivaikutuksia (Forsius ym. 2010). Yhteenveto Valkea-Kotiselta ja muilta Suomen YYS/ICP IM alueilta on kerätty kansallisesti merkittävä, erit- täin kattava valuma-alueaineisto. Tämä aineisto on korvaamaton erilaisten biogeokemiallisten mallien kehitys- ja soveltamistyössä. Näitä malleja ja mallisysteemejä voidaan käyttää arvioitaessa, miten Suomen ympäristö muuttuu erilaisten ym- päristötekijöiden muutosten johdosta ja yhteisvai- kutuksesta. Tällaisia keskeisiä ympäristömuutoksia ovat mm. ilman saastuminen ja ilmastonmuutos. Mallien avulla voidaan sekä tutkia/ennustaa mo- nimutkaisten prosessien muutoksia ja yhteisvaiku- tuksia että tuottaa tietoa vaikutuksista päätöksente- kijöiden ja kansainvälisten neuvottelujen käyttöön. Kirjallisuus Aherne, J., Posch, M., Forsius, M., Vuorenmaa, J., Tamminen, P., Holmberg, M. & Johansson, M. 2008. Modelling the hydrogeochemistry of acid-sensitive catchments in Finland under atmospheric deposition and biomass harvesting scenarios. Biogeochemistry 88: 233–256. Forsius, M., Saloranta, T., Arvola, L., Salo, S., Verta, M., Ala- Opas, P., Rask, M. & Vuorenmaa, J. 2010. Climate change experiment: Physical and chemical consequences of arti- cial mixing in a small humic lake. Hydrology and Earth System Sciences 14: 2629–2642. Forsius, M., Kleemola, S. & Starr, M. 2005. Proton budgets for a network of European forested catchments: Impacts of nitrogen and sulphur deposition. Ecological Indicators 5: 73–83. Futter, M., Forsius, M., Holmberg, M. & Starr, M. 2009. A long-term simulation of the effects of acidic deposition and climate change on surface water dissolved organic carbon concentrations in a boreal catchment. Hydrology Research 40: 291–305. Holmberg, M., Forsius, M., Starr, M. & Huttunen, M. 2006. An application of articial neural networks to carbon, nitrogen and phosphorus concentrations in three boreal streams and impacts of climate change. Ecological Model- ling 195: 51–60. ICP IM manual 2004. Manual for Integrated Monitoring. Fin- nish Environment Institute, Helsinki (www.environment. /syke/im). Monteith, D.T, Stoddard, J.L., Evans, C.D., de Wit, H.A., For- sius, M., Høgasen, T., Wilander, Skjelkvaale, B-L., Jeffries, D.S., Vuorenmaa, J., Keller, B, Kopacek, J. & Vesely, J. 2007. Dissolved organic carbon trends resulting from changes in atmospheric deposition chemistry. Nature 450: 537–540. Saloranta, T. M., Forsius, M., Järvinen, M. & Arvola, L. 2009. Impacts of projected climate change on thermodynamics of a shallow and deep lake in Finland: Model simulations and Bayesian uncertainty analysis. Hydrology Research 40: 234–248. Starr, M., Vanhala, P. & Forsius, M. 2005. Progress report on calculation of carbon and nitrogen budgets for Finnish ICP IM catchments. In: Kleemola, S. and Forsius, M. (eds), 14th Annual Report 2005. UN ECE ICP Integrated Monitoring. Finnish Environment Institute, Helsinki, Finland. The Finnish Environment 788. P. 44–49. Vuorenmaa, J., Forsius, M. & Mannio, J. 2006. Increasing trends of total organic carbon concentrations in small fo- rest lakes in Finland from 1987 to 2003. Science of the Total Environment 365: 47–65. Wright, R.F., Aherne, J., Bishop, K., Camarero, L., Cosby, B.J., Erlandsson, M., Evans, C.D., Forsius, M., Hardekopf, D., Helliwell, R., Hruska, J., Jenkins, A., Moldan, F., Posch, M. & Rogora, M. 2006. Modelling the effect of climate change on recovery of acidied freshwaters: relative sensitivity of individual processes in the MAGIC model. Science of the Total Environment 365: 154–166. 88 Suomen ympäristö 34 | 2011 14 Valkea-Kotisen tutkimusalueen hiilibudjetti Anssi Vähätalo, Tutkimus- ja kehitysinstituutti ARONIA Martin Forsius ja Pekka Vanhala, Suomen ympäristökeskus Johdanto Hiilibudjetti on yksi tapa kuvata ekosysteemien rakennetta ja toimintaa. Koska organismit koos- tuvat pääosin hiilestä, niiden biomassoja voidaan kuvata orgaanisen hiilen määrinä. Vastaavalla ta- valla voidaan määrittää myös kuolleen orgaanisen ja epäorgaanisen hiilen varantoja ekosysteemissä (esimerkiksi g C m-2). Hiilen määrien avulla voi- daan siten kuvata ekosysteemin rakennetta. Ekosysteemin toimintaa, organismien vuoro- vaikutuksia elollisen ja elottoman luonnon välil- lä sekä fysikaalisten että kemiallisten prosessien voimakkuutta voidaan myös kuvata hiilen avulla. Hiilivuo kuvaa tällaista toimintaa hiilen siirtymi- sellä yhdestä hiilivarannosta toiseen tietyssä ajassa (esim. g C m-2 a-1). Ekosysteemin rakenne ja toiminta ovat moni- mutkaisia. Siksi yksinkertaisenkin hiilibudjetin laatiminen on haasteellinen tehtävä ja vaatii pe- rinpohjaisia tutkimuksia luonnontieteiden eri osa-alueilta. Vain harvoista ekosysteemeistä (järvi, metsä, kosteikko ja harvoin näiden yhdistelmä) on laadittu hiilibudjettia (Buffam ym. 2011). Ekosys- teemin rakenteen ja toiminnan ymmärtäminen on puolestaan edellytys, jotta voidaan arvioida ihmis- toiminnan vaikutukset ympäristössä. Tämän työn tavoitteena on laatia yksinkertainen visuaalinen kuvaus hiilibudjetista Valkea-Kotisen tutkimus- alueelle aikaisemmin julkaistuihin tutkimuksiin perustuen. Valkea-Kotisen ekosysteemin yleisrakenne Hyvän yleiskuvauksen Valkea-Kotisen ekosys- teemistä on tehnyt Bergström ym. (1995) ja tähän tutkimukseen ekosysteemin rakennetta on yksin- kertaistettu huomattavasti. Valkea-Kotisen tutki- musalueen kolme pääbiotooppia, (rinne)metsä, suo(metsä) ja järvi, on esitetty horisontaalisesti sa- massa suhteessa, jossa ne alueella esiintyvät (kuva 1). Tässä tarkasteltavaksi ekosysteemiksi on rajattu Valkea-Kotisen kolmenkymmenen hehtaarin tutki- musalue (ks. luku 3). Tutkimusalue on kuvattu ym- pyränä, jonka säde on 310 metriä. Alueen keskellä on järvi, jota reunustaa suo. Metsäisiltä rinteiltä vesi valuu järveen ja siitä puroa pitkin tutkimus- alueen ulkopuolelle. Pystysuunnassa aluetta rajaavat peruskallio al- ta sekä ilmakehän yläosa päältä. Maaperän sekä sedimentin paksuudeksi on valittu alueelle tyy- pillinen kaksi metriä, jota kattaa 3,4 senttimetriä paksu humuskerros (Bergström ym. 1995). Järven vesipatsaan maksimisyvyys on 6,5 metriä. Suon pinta on suurin piirtein järven veden pinnan ta- solla, mutta metsäisten rinteiden keskimääräiseksi kaltevuudeksi on valittu 15 metriä. Metsä on esi- tetty 20 metriä korkeana kuusena rinteillä ja mata- lampana mäntynä suolla. Valkea-Kotisen hiilibudjetin laskentamenetelmät Hiilivarannot maa-alueilla Maaperän hiilivarannot laskettiin Bergström ym. (1995) mukaan olettaen suoturve metrin paksui- seksi. Puuston (rungot, elävät ja kuollet oksat, neulaset, juuret), humuskerroksen sekä orgaanisen maakerroksen (0–20 cm) hiilivarastot määritettiin erikseen suometsälle ja rinnemetsälle (Starr & Ukonmaanaho 2004). Karikkeen laskeuma maahan 89Suomen ympäristö 34 | 2011 otettiin julkaisusta Ukonmaanaho & Starr (2001). Lisätietoja suometsän puustosta (rungot, lehvästö, oksat) sekä kenttäkerroksen kasvillisuudesta saa- tiin julkaisusta Rasilo ym. (2009). Rasilo ym. (2009, 2010) arvioivat maahengityksen määrää. Liuen- neen orgaanisen aineen (DOC) lehvästösadannasta suo- ja rinnemetsässä sekä DOC:n suodattumisesta kivennäismaahan orgaanisesta maasta saatiin tie- toja julkaisusta, Starr & Ukonmaanaho (2004). Hiilivarannot järvessä Järven vesitilavuus otettiin Kankaala ym. (2006) julkaisusta. Järven vesitilavuuden hiilivaranto- ja arvioitaessa, eri syvyyksillä raportoidut hiilen pitoisuudet (esim. liuennut epäorgaaninen hiili; Keskitalo ja Salonen 1993) kerrottiin kutakin sy- vyyttä vastaavalla vesitilavuudella. Sedimentin hiilivarannoksi arvioitiin 32 kg C m-2 Pajusen (2000) mukaan. Partikkelimaisen orgaanisen hii- len pitoisuudet arvioitiin Jones ym. (1999) mukaan. Liuenneen orgaanisen hiilen, kasviplanktonin ja makrofyyttien eli suurten vesikasvien hiilisisällöt järvessä arvioitiin Keskitalo ym. (1998) mukaan. Saman julkaisun mukaan arvioitiin vuotuinen planktonin kokonaishengitys ja kasviplanktonin tuotanto (katso myös esimerkiksi Keskitalo & Sa- lonen 1993). Tuotannosta arvioitiin eritettäväksi 9 % ja hengityksestä kolmasosa arvioitiin johtuvan alle 1 µm-suodoksen bakteerihengityksestä (Vähä- talo ym. 2003, Peltomaa & Ojala 2010). Kaloihin, eli tässä tapauksessa ahveneen, sitoutuneen hiilen määrä arvioitiin Rask ym. (1998) mukaan. Valoke- miallinen liuenneen orgaanisen hiilen hajoaminen eli mineralisaatio laskettiin Vähätalo ym. (2000) perusteella. Sedimentoituvan hiilen vuo arvioi- tiin Bergström ym. (1995) ja Keskitalo & Salonen (1996) mukaan. Kankaalan ym. (2006) mukaan ar- vioitiin vuotuinen bakteerituotanto, metaanin vuo sedimentistä, metanotroan (bakteerien metaanin hapetus) määrä sekä veteen liuenneen metaanin määrä. Tulevat ja lähtevät hiilivuot Orgaanisen hiilen (TOC) vuo tutkimusalueelta ar- vioitiin Vuorenmaa ym. (2006), Futter ym. (2009) ja Rasilo ym. (2009) julkaisujen mukaan. Järveen saapuva TOC vuo arvioitiin valunnasta (Ukon- maanaho & Starr 2002) olettaen maalta järveen Järven hiilidioksidivuon mittausta Valkea-Kotisella Measuring of lake-to-air CO2 uxes in the Lake Valkea-Kotinen Lauri Arvola 90 Suomen ympäristö 34 | 2011 valuvan veden TOC pitoisuudeksi keskimäärin 62 g m-3, maksimissaan 100 g m-3 (Rasilo ym. 2010) ja minimissään kivennäismaan 9,5 g m-3 (Starr & Ukonmaanaho 2004). Orgaanisen hiilen laskeumaa Valkea-Kotisen alueelle arvioitiin Rasilo ym. (2009, 2010) mukaan. Hiilidioksidin ja metaanin vuo jär- vestä ilmakehään otettiin julkaisuista Kankaala ym. (2006) ja Huotari ym. (2009). Valkea-Kotisen hiilibudjetti Kuvaan 1 raportoitujen Valkea-Kotisen tutkimus- alueen (30 hehtaaria) hiilivarantojen (orgaaninen ja epäorgaaninen) summa peruskalliosta ilmakehän yläosaan on 11 958 tonnia. Veteen liuennut epäor- gaaninen hiili ja ilmakehän hiilidioksidi kattavat < 4 % hiilen kokonaismäärästä, joten Valkea-Kotisen ekosysteemin hiilibudjettia hallitsee orgaaninen hiili. Orgaanisesta hiilestä suurin osa on kuollutta eloperäistä ainesta eli detritusta. Esimerkiksi jär- vestä hiilibudjettiin raportoitujen eliöiden biomas- sa on vain 0.019 % järven orgaanisen hiilen koko- naismäärästä, josta pääosa on varastoitunut poh- jasedimentteihin. Valtaosa hiilestä löytyy puustosta (48 % sisältäen kaikki raportoidut osat puustosta), maaperästä (36 %) ja sedimentistä (11 %). Hiilestä on sitoutunut terrestriseen eli maaympäristöön 85 % ja akvaattiseen eli vesiympäristöön 11 % eli lähes samassa suhteessa, missä nämä biotoopit peittävät tutkimusaluetta. Hiilen vuot ekosysteemiin ja ekosysteemistä Orgaanisen hiilen laskeuma (0,15–0,53 tonnia a-1) on ainoa raportoitu tuleva hiilivuo Valkea Kotisen terrestrisiin ja akvaattisiin ympäristöihin (Kuva 1). Suurin poistuva hiilen vuo on maahengitys (426 tonnia a-1), johon verrattuna orgaanisen hiilen pois- tuma puron kautta (0,64–1,7 tonnia a-1) sekä hii- lidioksidivuo järvestä ilmakehään (1,1–1,6 tonnia a-1) ovat vaatimattomia. Valkea-Kotisen alueelle ei ole aiempaa arviota terrestrisestä yhteyttämisestä eli fotosynteesistä. Tämän voi kuitenkin arvioida olevan samaa suuruusluokkaa maahengityksen kanssa, puuston ja olettaen maaperän hiilen mää- rän pysyvän muuttumattomina rinnemetsässä. Jos Valkea-Kotisen bruttofotosynteesin määrä per m2 olisi samaa tasoa kuin Hyytiälän männikössä tai saksalaisessa kuusikossa (Tharandt), niin terrest- rinen fotosynteesi olisi luokkaa 248–298 tonnia a-1 tai 457–525 tonnia a-1 (Wang ym. 2003). Hiilen vuot ekosysteemin sisällä Ekosysteemin suurin sisäinen hiilivuo on karik- keen tippuminen puista maahan (54 tonnia a-1). Lehvästöstä ja puiden rungoilta uuttuvan liuen- neen orgaanisen hiilen vuo maahan (yhteensä 1,79 tonnia a-1) on samaa suuruusluokkaa kuin järven fotosynteesi tai hengitys. Rinnemetsän orgaani- sesta maakerroksesta kivennäismaahan suodat- tuvan liuenneen orgaanisen hiilen määrä on 0,37 tonnia a-1. Määrä on pieni verrattuna pintamaahan saapuvan orgaanisen aineen määrään osoittaen or- gaanisen pintamaan mineralisoituvan ja pidättä- vän tehokkaasti sinne saapuvan orgaanisen hiilen. Rinnemetsästä kivennäismaahan uuttunut DOC voi saavuttaa järven kun metsään satanut vesi va- luu kohti järveä. Yleensä valumaveden DOC pi- toisuudet kasvavat veden suotuessa orgaanisten maakerrosten läpi järveä ympäröivällä suoalueella. Järven osalta hiilibudjetti osoittaa vesipatsaassa tapahtuvan hengityksen (1,0 tonnia a-1) ja perus- tuotannon (1,1 tonnia a-1) olevan suurin piirtein samansuuruisia. Jos perustuotanto kuluttaa plank- tonin hengittämän hiilidioksidin, niin hiilidioksi- din nettovuo järvestä ilmakehään perustuu lähinnä sedimentin hengitykseen sekä tutkimusalueelta saapuvan liuenneen epäorgaanisen hiilen poistu- miseen järvestä. Hiilibudjetin mukaan sedimentaa- tion kuljettama hiilen määrä järven pohjaan on 65– 85 % kasviplanktonin fotosynteesin sitoman hiilen määrästä osoittaen merkittävän määrän orgaanista ainetta vajoavan järven pohjaan. Sedimentoituvan orgaanisen hiilen määrästä noin 26–32 % muuttuu metaaniksi, jonka metanotroset (metaania ra- vinnokseen kuluttavat) bakteerit kuluttavat myö- hemmin vesipatsaassa. Sedimentin hiilidioksidin tuotosta ei ole osoitettu julkaistuja arvioita, mutta yksittäisten kurssimittausten mukaan sedimentin hiilidioksidin tuotto on monikertainen metaanin tuottoon nähden (Vähätalo, julkaisematon). Mer- kittävä osa järven hiilen kierrosta tapahtuu siis vähän tutkitussa sedimentissä. Valkea-Kotisen vesipatsaan hiilivuot ovat par- haiten dokumentoidut. Merkittävimpiä proses- seja ovat planktonin fotosynteesi ja hengitys sekä sedimentaatio. Kasviplankton ja bakteeriplank- ton muuntavat liuennutta hiiltä 1,32 tonnia a-1 orgaaniseen muotoon partikkeleiksi, mihin suu- ri osa eläinplanktonin tuotannosta perustuu. Jos bakteeriplankton kuluttaa pelkästään tutkimus- alueelta saapuvaa liuennutta orgaanista hiiltä, niin eläinplanktonin tuotannosta 17 % perustuu alueelta saapuvaan liuenneeseen orgaaniseen hii- leen. Todellisuudessa määrä on vähäisempi, koska bakteeriplankton kuluttaa myös kasviplanktonin tuottamaa orgaanista hiiltä. Esimerkiksi bakteerit 91Suomen ympäristö 34 | 2011 kuluttavat tehokkaasti kasviplanktonin erittämän orgaaninen hiilen (0,099 tonnia a-1). Vesipatsaassa liuennutta orgaanista hiiltä mineralisoi pääosin kaksi prosessia: valokemiallinen mineralisaatio (0,077 tonnia a-1) ja bakteerihengitys (0,33 tonnia a-1). Bakteerien mineralisaation määräksi voi ar- vioida (0,55 tonnia a-1), kun huomioidaan myös se bakteeribiomassaan sitoutuneen hiilen määrä (0,22 tonnia a-1), jonka eläinplankton myöhemmin pääosin mineralisoi. Näin ollen bakteerit ovat va- lokemiaa suurempia liuenneen orgaanisen aineen mineralisoijia. Sedimentistä vapautuva metaani tuo järven pohjaan sedimentoituneen orgaanisen hiilen takaisin vesipatsaaseen. Metanotrofiset bakteerit osallistuvat muiden heterotro sten bak- teerien ohella bakteerien kokonaishengitykseen ja tuotantoon. Koska metanotro sten bakteerien kasvutehokkuus ei ole tiedossa metanotro a on esitetty erikseen vesipatsaassa kulutettavan me- taanin määränä (0,15 tonnia a-1). Valkea-Kotisen tutkimusalueen hiilibudjetti on laadittu kuvaamaan vuotuisia hiilen varantoja ja voita (kuva 1). Luvut perustuvat osin moniin oletuksiin ja joissain tapauksissa vain harvoihin mittauksiin. Lisäksi on syytä mainita, että vesikas- vien biomassat kuvaavat kasvukautta ja vuotuiset keskiarvot ovat esitettyjä pienempiä. Hiilibudjetin varantojen ja voiden kuvaamisessa on puutteita, sillä mm. terrestrinen fotosynteesi ja sedimen- tin hengitys puuttuvat hiilibudjetista. Puutteista huolimatta hiilibudjetti antaa mielenkiintoisen ja oletettavasti oikean suuntaisen käsityksen ekosys- teemin tärkeimmistä hiilen varannoista ja voista. Kuva 1. Hiilibudjetti Valkea-Kotisen ekosysteemille (rinnemetsä 20,8 ha, suometsä 6,7 ha ja järvi 3,6 ha). Hiilivarannot (neliöiden sisällä) on ilmoitettu tonneina hiiltä (1 000 000 g C) per ekosysteemissä. Hiilivuot on ilmoitettu nuoliin liittyvi- nä palloina yksikössä tonnia hiiltä vuodessa. Fig. 1. Carbon budget for the ecosystem of Valkea-Kotinen consisting of upland forest (20.8 hectars), boggy lowland forest (6.7 hectars) and a lake (3.6 hectars). The carbon pools (inside the boxes) are given as tons of carbon (1 000 000 g C) per ecosystem. The carbon  uxes (inside balls associated with arrows) are given in the units tons carbon per year. 92 Suomen ympäristö 34 | 2011 Yhteenveto Tämä kirjoituksessa laaditaan hiilibudjetti 30 heh- taarin Valkea-Kotisen tutkimusalueelle, josta 3,6 hehtaaria koostuu järvestä ja loput metsästä. Tut- kimusalue sisältää 11 958 tonnia hiiltä peruskallion ja ilmakehän yläpinnan rajaamalla alueella. Suurin osa (96 %) tästä hiilestä on orgaanisessa muodossa sitoutuneena pääosin puustoon, maaperään ja jär- ven sedimentteihin. Hiili poistuu tutkimusalueelta hiilidioksidina pääosin maahengityksen (426 ton- nia a-1) ja järvi-ilmakehä rajapinnan kautta (1,1−1,6 tonnia a-1) sekä orgaanisessa muodossa puron kautta (0,64−1,7 tonnia a-1). Terrestrisen fotosyn- teesin määrän voi arvioida olevan samaa luokkaa maahengityksen kanssa ja siten Valkea-Kotisen alueen suurin epäorgaanista hiiltä sitova prosessi. Tähän nähden kasviplanktonin fotosynteesi (1,1 tonnia a-1) on vaatimatonta. Järven planktonhen- gitys on 1,0 tonnia a-1. Järven pohjaan vajoaa 0,8 tonnia a-1 orgaanista hiiltä, josta 0,24 tonnia a-1 pa- lautuu vesipatsaaseen metaanina. Kiitokset Kiitämme Mari Pihlajaniemeä, joka valmisti tämän luvun kuvat ja Samuli Sairasta, joka toimitti käyt- töömme julkaisuja Valkea-Kotiselta. Kirjallisuus Bergström, I., Mäkelä, K. & Starr, M. (eds.) 1995. Integrated Monitoring Programme in Finland. First national report. Ministry of the Environment, Environmental Policy De- partment, Report 1/1995. 138 p. Buffam, I., Turner, M. G., Desai, A. R., Hanson, P. C., Rusak, J. A., Lotting, N. R., Stanley, E. H. & Carpenter, S. R. 2011. In- tegrating aquatic and terrestrial components to construct a complete carbon budget for a north temperate lake district. Global Change Biology 17: 1193–1211. Futter, M. N., Forsius, M., Holmberg, M. & Starr, M. 2009. A long-term simulation of the effects of acidic deposition and climate change on surface water dissolved organic carbon concentrations in a boreal catchment. Hydrology Research 40: 291−305. Huotari, J., Ojala, A., Peltomaa, E., Pumpanen, J., Hari, P. & Vesala, T. 2009. Temporal variations in surface water CO2 concentration in a boreal humic lake based on high frequency measurements. Boreal Environment Research 14 (suppl. A): 48-60. Jones, R.I., Grey, J., Sleep, D., & Arvola, L. 1999. Stable isotope analysis of zooplankton carbon nutritieon in humic lakes. Oikos 86: 97−104. Kankaala, P., Huotari, J., Peltomaa, E., Saloranta T. & Ojala, A. 2006. Methanotrophic activity in relation to methane efux and total heterotrophic bacterial production in a stratied, humic, boreal lake. Limnology and Oceanography 51: 1195−1204. Keskitalo, J. & Salonen, K. 1993: Yhdennetyn seurannan planktontutkimukset Valkea-Kotisella vuonna 1992. Ou- langan biologisen aseman monisteita 15. S. 30-55. Oulun yliopisto. Keskitalo, J. & Salonen, K. 1996: Yhdennetyn seurannan planktontutkimukset Valkea-Kotisella vuonna 1994. Suo- men ympäristökeskuksen moniste 16. S. 1−34. Keskitalo, J., Salonen, K. & Holopainen, A.-L. 1998. Long- term uctuations in environmental conditions, plankton and macrophytes in a humic lake, Valkea-Kotinen. Boreal Environment Research 3: 251−262. Pajunen, H. 2000. Lake sediments: their carbon store and related accumulation rates. In: Pajunen, H. (ed.). Carbon in Finnish lake sediments. Geological Survey of Finland, special paper 29. P. 39–69. Peltomaa, E. & Ojala, A. 2010. Size-related photosynthesis of algae in a strongly stratied humic lake. Journal of Plank- ton Research 32: 341–355. Rasilo T., Huotari J., Ojala A. & Pumpanen J. 2009. Carbon ow through an old-growth forest catchment into a lake in Southern boreal zone in Finland – Proceedings of the Finnish Center of Excellence and Graduate School in “Phy- sics, Chemistry, Biology and Meteorology of Atmospheric Composition and Climate Change”. Report Series in Aerosol Science 102: 361−365. Rasilo T., Ojala A., & Pumpanen J. 2010. DOC concentration in various compartments of a forested boreal catchment and responses to rain events. Proceedings of the Finnish Center of Excellence and Graduate School in “Physics, Chemistry, Biology and Meteorology of Atmospheric Composition and Climate Change”. Report Series in Aerosol Science 109. Rask, M., Holopainen, A.-L., Karusalmi, A., Niinioja, R., Tam- mi, J., Arvola, L., Keskitalo, J., Blomqvist, I., Heinimaa, S., Karppinen, C., Salonen, K. & Sarvala, J. 1998. An introduc- tion to the limnology of the Finnish Integrated Monitoring lakes. Boreal Environment Research 3: 263−274. Starr, M. & Ukonmaanaho, L. 2004. Levels and characteristics of TOC in throughfall, forest oor leachate and soil soluti- on in undisturbed boreal forest ecosystems. Water, Air and Soil Pollution: Focus 4: 715–729. Ukonmaanaho, L. & Starr, M. 2001. The importance of leach- ing from litter collected in litterfall traps. Environmental Monitoring and Assessment 66(2): 129−146. Ukonmaanaho, L. & Starr, M. 2002. Major nutrients and acidity: budgets and trends at four remote boreal stands in Finland during the 1990s. The Science of the Total Environ- ment 297: 21-41. Wang, G., Tenhunen, J., Falge, E., Bernhofer, Ch., Granier, A. & Vesala, T. 2003. Simulation and scaling of temporal variation in gross primary production for coniferious and deciduous temperate forests. Global Change Biology 10: 37–51. Vuorenmaa, J., Forsius, M. & Mannio, J. 2006. Increasing trends of total organic carbon concentrations in small fo- rest lakes in Finland from 1987 to 2003. Science of the Total Environment 365: 47-65. Vähätalo, A. V., Salkinoja-Salonen, M., Taalas, P. & Salonen, K. 2000. Spectrum of the quantum yield for photochemical mineralization of dissolved organic carbon in a humic lake. Limnology and Oceanography 45: 664-676. Vähätalo, A. V., Salonen, K., Münster, U., Järvinen, M. & Wet- zel, R.G. 2003. Photochemical transformation of allochtho- nous organic matter provides bioavailable nutrients in a humic lake. Archiv für Hydrobiologie 156: 287−314. 93Suomen ympäristö 34 | 2011 Tiivistelmä Tutkimuslaitosten ja yliopistojen tiiviin yhteistyön ansiosta Suomen ympäristön yhdennetyn seuran- nan (YYS) alueilta on kertynyt yli 20 vuoden ajalta kansainvälisesti mittava ja tieteellisesti arvokas tutkimus- ja seuranta-aineisto ekosysteemien eri osa-alueilta. Käsillä oleva raportti vetää yhteen 20 vuoden kokemukset ja keskeiset tulokset Hä- meenlinnan Evolla sijaitsevan Valkea-Kotisen YYS- alueen tutkimuksista. Monitieteellinen tutkimus käynnistettiin alueella 1980-luvun lopulla tarkoi- tuksena seurata ja ennustaa ilmansaasteiden ja ilmastonmuutoksen pitkän aikavälin vaikutuksia ekosysteemeihin. Kohteina ovat olleet mm. met- sien tila, veden laatu ja vesieliöstö sekä maaperä ja pohjavesi. Vastaavanlainen raportti on julkaistu aiemmin vuonna 2006 Lieksassa sijaitsevalta Hie- tajärven YYS-alueelta. Valkea-Kotisen tulokset vahvistavat osaltaan 1980- ja 1990-luvuilla tehtyjen kansainvälisten päästörajoitussopimusten vaikutukset ilmansaas- teiden laskeumiin. Erityisesti happamoittava rik- kilaskeuma on vähentynyt merkittävästi. Eliöstölle myrkyllisten aineiden laskeuma, kuten raskasme- talleista lyijyn ja elohopean, ja pysyvistä orgaani- sista ympäristömyrkyistä dioksiinin, on niin ikään pienentynyt. Laskeumaperäisen kuormituksen väheneminen näkyy alueen ympäristön tilan pa- rantumisena. Järvi on hitaasti toipumassa happa- moitumisesta ja raskasmetallien pitoisuudet ovat alkaneet vähentyä. Vaikka raskasmetallien muu- tos on ollut tältä osin hitaampi kuin happamoit- tavilla aineilla, esimerkiksi elohopean kertyminen kaloihin on vähentynyt. Järven ohella happaman laskeuman väheneminen näkyy myös metsässä ja maaperässä. Maa- ja pohjavedessä toipumiskehitys on kuitenkin ollut hitaampaa kuin pintavesissä. Samaan aikaan alueen ilmasto on muuttumassa. Laskeuman muutoksen ja ilmastonmuutoksen yh- teisvaikutuksen arvioinnissa tutkijoilla on nyt käy- tettävissään yksityiskohtaisia ja tarkkoja pitkäai- kaistuloksia luonnollisen valuma-alueen ja sen eri osien vasteista muutoksiin. Havaittuja muutoksia ovat mm. järven jääpeitteen keston lyheneminen, järven pintakerroksen lämpötilan kohoaminen, ve- sipatsaan kevätaikaisen sekoittumisen heikenty- minen, valuma-alueelta huuhtoutuvan orgaanisen aineen määrän lisääntyminen ja orgaanisen hiilen pitoisuuden kasvu järvessä sekä järven perustuo- tannon väheneminen. Myös planktonissa ja kalas- tossa on havaittu monia muutoksia ja vaihtelua. Ne selittyvät osin järven ulkopuolisten tekijöiden, lähinnä ilmaston, vaikutuksella, mutta osin myös ravintoverkoston sisäisillä vuorovaikutuksilla. Esimerkiksi ilmastotekijöiden vaihtelu voi aihe- uttaa kalojen elohopeapitoisuuden kasvua, vaik- ka laskeuma on pienentynyt. Monimutkaisten ja usein ajallisesti eri tahtia tapahtuvien prosessien ja vuorovaikutusten arvioinnissa pitkäaikaisen tutki- muksen tulokset ovat korvaamattoman arvokkaita. Valkea-Kotisella on mallinnettu valuma-alue- mittakaavassa monia ilmansaasteisiin ja ilmas- tonmuutokseen liittyviä tulevaisuuden ilmiöitä ja prosesseja, kuten ennusteita happamoitumisen kehitykselle, orgaanisen hiilen huuhtoutumiselle ja pintaveden lämpötilan kehitykselle. Mallitulosten mukaan happamoittavien rikki- ja typpiyhdistei- den sekä kasvihuonekaasujen päästöjen rajoitus- politiikalla on merkittävä vaikutus siihen, mihin suuntaan Valkea-Kotisen vedenlaatu ja hydrolo- giset olosuhteet muuttuvat seuraavan 100 vuoden aikana. Monipuolinen ja mittava tutkimusaineisto on myös mahdollistanut valuma-aluemittakaavai- sen hiilibudjetin arvioinnin. Valkea-Kotisen tutkimustulokset ovat Suomessa ainutlaatuisia ja palvelevat laajasti suomalaista ja kansainvälistä ympäristötutkimusta. Niiden avulla voidaan tuottaa tietoa vaikutuksista päätöksente- kijöiden ja kansainvälisten neuvottelujen käyttöön. 94 Suomen ympäristö 34 | 2011 Summary In over 20 years of intensive research and moni- toring in collaboration with universities and go- vernmental research institutes, the Valkea-Kotinen Integrated Monitoring site has gained invaluable scientic information on different ecosystem com- ponents. Intensive and multidisciplinary ecosys- tem research and monitoring was started in 1987 in the Valkea-Kotinen catchment, which is located in southern Finland in the Kotinen nature reserve area. Valkea-Kotinen is part of the International Cooperative Programme on Integrated Monitoring (UNECE ICP IM) under UNECE Convention on Long-Range Air Pollution, with the focus on moni- toring the long-term effects of air pollution and cli- mate change to aquatic and terrestrial ecosystems. The monitoring results clearly conrm the suc- cess of international emission reduction measures. Deposition of sulphate, heavy metals (particular- ly Hg and Pb), and persistent organic pollutants has decreased during the past 20 years. This has resulted in positive responses both to the aquatic and terrestrial ecosystems. For example, recovery from acidication in surface waters has taken pla- ce, indicated by increases in alkalinity and pH. Also the accumulation of mercury in sh over the long- term has decreased. There are also indications of a recovery in the forest ecosystem, but the chemistry of soil-water and groundwater has not changed as markedly as that of lake water. At the same time, the area has experienced chan- ge in its local climate. The best indicator has been the length of ice-cover, which has clearly decreased in the course of the last 20 years, and changes in thermal stratication of the lake. The uppermost layer of the water-column has warmed up in sum- mer while the opposite has happen in the deep layers close to the bottom of the lake. The interacti- on of climate change with changing deposition has resulted in increasing leaching of organic carbon from the catchment, and increasing organic car- bon concentration in the lake. In plankton many changes have observed as well, such as strongly decreased primary production. Some of the chan- ges can be related to the changes in climate and deposition, while many others are more related to the food-web interactions. Climatic variations, through complex processes in the lake, may have contributed to increased methylmercury concent- ration in sh. The large and long-term data sets of Valkea- Kotinen have been used for modeling purposes as well. According to the modeling results inter- national emission control programmes for long- range transported air pollutants and greenhouse gases may have a great role in determining the future environmental conditions and ecosystem services in the study area. The extensive and high quality data have also enabled the formulation of a catchment-scale carbon budget for the Valkea- Kotinen study area. The scientic achievements of this study appro- ach are unique in Finland, and we expect they will provide important results on an international scale not only for science, but also for stake-holders and policy makers. 95Suomen ympäristö 34 | 2011 Valkea-Kotisen tutkimusalueen julkaisuja 1986 Kortelainen, P., Mannio, J. & Mäkinen, I. 1986. Strong and weak acids in lake waters - a methodological study. Aqua Fennica 16 (2): 221−229. Mannio, J., Verta, M., Kortelainen, P. & Rekolainen, S. 1986. The effect of water quality on the mercury concentration of northern pike (Esox lucius L.) in Finnish forest lakes and reservoirs. Publications of the Water Research Institute, National Board of Waters, Finland No 65: 32-43. Rekolainen, S., Verta, M. & Liehu, A. 1986. The effect of airborne mercury in sediment cores of some Finnish forest lakes. Publi- cations of the Water Research Institute, National Board of Waters, Finland. No 65: 11−20. 1987 Kortelainen, P. & Mannio, J. 1987. The contribution of acidic organic anions to the ion balance of lake waters. International sym- posium on acidication and water pathways, Bolkesjo, Norway. Vol II: 229−238. Mannio, J. 1987. Humuksen vaikutus hauen elohopeapitoisuuteen latvavesistöissä. Pro-gradu tutkielma. Helsingin yliopisto, limnologian laitos. 77 s. + 11 liites. Verta, M. & Mannio, J. 1987. Heavy metals in sediments; indicators of airborne pollution in Finland. Int. Symposium on acidi- cation and water pathways, Bolkesjo, Norway. Vol II: 343−352. 1988 Lindholm, T., Airaksinen, O., Mäkelä, K. & Tuominen, S. 1988. Kotisten yhdennetyn seurannan alueen kasvillisuus. Ympäristö- ministeriö, ympäristönsuojeluosasto. Yhdennetyn ympäristön seurannan raportti no. 1, sarja D, 4/1988. 114 s. 1989 Airaksinen, O., Lindholm, T. & Mäkelä, K. 1989: Metsäkasvillisuus ja puiden runkojen jäkälät Kotisten yhdennetyn seurannan alueella vuonna 1988. Ympäristöministeriö, Ympäristönsuojeluosasto, Selvitys 71:1−33. Airaksinen, O., Mäkelä, K. & Tuominen, S. 1989. Aluskasvillisuuden ja puuston inventointi Kotisten yhdennetyn seurannan alueella vuonna 1988. Ympäristöministeriö, Ympäristönsuojeluosasto, Selvitys 70: 1−36. Liukkonen, M. 1989. Latvajärvien happamoituminen Suomessa sedimentoituneen piilevästön osoittamana. M.Sc. Thesis, Dept. Bot., Univ. Helsinki, 147 p. + appendices. Verta, M., Tolonen, K. & Simola, H. 1989. History of heavy metal pollution in Finland as recorded by lake sediments. Sci. Tot. Environ. 87/88 (1989): 1−18. 1990 Söderman, G. & Dahlbo, K. 1990. Tuloksia Suomen ympäristön yhdennetystä seurannasta kaudelta 1988/89. YYS-raportti 1990. Helsinki. Vesi- ja ympäristöhallitus. 25 s. Verta, M. 1990. Mercury in Finnish forest lakes and reservoirs: Anthropogenic contribution to the load and accumulation in sh. Publications of the Water and Environment Research Institute. National Board of Waters and the Environment, Finland, 6: 1−33. Verta, M. 1990. Changes in sh mercury concentrations in an intensively shed lake. Can. J. Fish. Aquat. Sci. 47: 1888−1897. Verta, M., Mannio, J., Iivonen, P., Hirvi, J-P., Järvinen, O. & Piepponen, S. 1990. Trace metals in Finnish headwater lakes - effects of acidication and airborne load. In: Kauppi, P., Kenttämies, K. & Anttila, P. (eds.). Acidication in Finland, Springer, Berlin, P. 883-908 1991 Juntto, S. 1991. Ympäristön yhdennetty seuranta: laskeuman laatu 1990. Ilmatieteenlaitos. 33 s. Matilainen, T., Verta, M., Niemi, M. & Uusi-Rauva, A. 1991. Specic rates of net methylmercury production in lake sediments. Water, Air, and Soil Pollution 56: 595-605. Norton, S.A., Verta, M. & Kahl, J.S. 1991. Relative contribution to lake sediment chemistry by atmospheric deposition. Verh. Internat. Verein. Limnol. 24: 2989−2993. Rask, M. & Metsälä, T.-R. 1991: Mercury concentrations in Northern Pike, Esox lucius L., in small lakes of Evo area, Southern Finland. Water, Air and Soil Pollution 56: 369−378. 96 Suomen ympäristö 34 | 2011 1992 Iivonen, P., Piepponen, S. & Verta, M. 1992. Factors affecting trace-metal bioaccumulation in Finnish headwater lakes. Environ- mental Pollution 78: 87-95. Järvinen, A., Rask, M., Niemelä, E., Raitaniemi, J. & Turunen, T. 1992. Yhdennetyn ympäristöseurannan järvien koekalastukset. Riista- ja kalatalouden tutkimuslaitos. Kalatutkimuksia - Fiskundersökningar 54, S.1−10. Kaija, J., Paukola, T. & Tanskanen, H. 1992. Kotisten yhdennetyn seurannan alueen kallio- ja maaperä. Vesi- ja ympäristöhallituk- sen monistesarja nro. 407. 18 s. Keskitalo, J. & Salonen, K. 1992. Yhdennetyn seurannan planktontutkimukset Valkea-Kotisella vuonna 1990. Karjalan tutkimus- laitoksen monisteita 1992 (2): 5−30. Joensuun yliopisto. Koskenniemi, E. & Sevola, P. 1992. Integrated lake monitoring in Europe. The macrozoobenthos in the four target lakes in Fin- land. Neth. J. Aq. Ecol. 266(2-4): 499-501. 1993 Keskitalo, J. & Salonen, K. 1993. Yhdennetyn seurannan planktontutkimukset Valkea-Kotisella vuonna 1992. Oulangan biologi- sen aseman monisteita 15: 30-55. Oulun yliopisto. Rask, M. & Järvinen, A. 1993. Fish studies in the lakes of integrated monitoring in Finland. In: Cerny, J. (ed.). Abstracts of BioG- eoMon and Workshop of Integrated Monitoring, P. 246−247. Czech Geological Survey, Praha. Salonen, K., Arvola, L. & Rosenberg, M. 1993. Diel vertical migrations of phyto- and zooplankton in a small steeply stratied humic lake with low nutrient concentration. Verh. Internat. Verein. Limnol. 25: 539-543. Salonen, K., Keskitalo, J. & Rask, M. 1993. Hydrobiological studies in lake Valkea-Kotinen, a site of the integrated monitoring programme in Finland. In: Tuomisto, J. & Ruuskanen, J. (eds.). Proceedings, First Finnish Conference of Environmental Scien- ces. Kuopion yliopiston julkaisuja C, luonnontieteet ja ympäristötieteet 14: 209−212. Salonen, K., Keskitalo, J. & Rask, M. 1993. Hydrobiological studies in lake Valkea-Kotinen, a site of the integrated monitoring programme in Finland. In: Černý, J. (ed.). Abstracts, Symposion on Ecosystem Behaviour: Evaluation of Integrated Moni- toring in Small Catchments, Workshop on Integrated Monitoring of Air Pollution Effects on Ecosystems. P. 260−261. Czech Geological Survey, Prague. Vähätalo, A. 1993. Liuenneen orgaanisen aineen hajoaminen järvivedessä. Pro Gradu. Yleisen mikrobiologian laitos, Helsingin yliopisto. 1994 Keskitalo, J. & Salonen, K. 1994. Yhdennetyn seurannan planktontutkimukset Valkea-Kotisella vuonna 1993. Oulangan biologi- sen aseman julkaisuja 2: 46-65. Oulun yliopisto. Keskitalo, J. & Salonen, K. 1994. Manual for Integrated Monitoring. Subprogramme Hydrobiology of Lakes. Publications of the Water and Environment Administration B 16: 1-41. National Board of Waters and the Environment, Finland. Rosenberg, M. 1994. Kasviplanktonin vertikaalisen vaelluksen vaikutus fosforin saatavuuteen Valkea-Kotisella. Pro gradu. Hel- singin yliopisto, hydrobiologian laboratorio. 59 s. Ruoho-Airola, T. & Leinonen, L. 1994. Ympäristön yhdennetty seuranta. Mittaustuloksia 1991−1992. Laskeuman yhteenveto 1987−1992. Ilmansuojelun julkaisuja 20. Ilmatieteen laitos, Helsinki. 67 s. 1995 Bergström, I., Mäkelä, K. & Starr, M. (eds.), 1995. Integrated Monitoring Programme in Finland. First national report. Ministry of the Environment, Environmental Policy Department, Report 1/1995. 138 p. Forsius, M., Kleemola, S., Starr, M. & Ruoho-Airola T. 1995. Ion mass budgets for small forested catchments in Finland. Water Air Soil Pollut 79: 19–38. Keskitalo, J. 1995. Aquatic macrophytes. In: Bergström, I., Mäkelä, K. & Starr, M. (eds.). Integrated Monitoring Programme in Finland, First National Report. Ministry of the Environment, Report 1/1995, P. 126−127. Keskitalo, J. & Salonen, K. 1995a. Lake sedimentation. In: Bergström, I., Mäkelä, K. & Starr, M. (eds.). Integrated Monitoring Programme in Finland, First National Report. Ministry of the Environment, Report 1/1995, P. 40, 83-84. Keskitalo, J. & Salonen, K. 1995b. Water chemistry. In: Bergström, I., Mäkelä, K. & Starr, M. (eds.). Integrated Monitoring Pro- gramme in Finland, First National Report. Ministry of the Environment, Report 1/1995, P. 76-78. Keskitalo, J. & Salonen, K. 1995c. Plankton. In: Bergström, I., Mäkelä, K. & Starr, M. (eds.). Integrated Monitoring Programme in Finland, First National Report. Ministry of the Environment, Report 1/1995, P. 126. Keskitalo, J., Salonen, K. & Holopainen, A.-L. 1995. Plankton communities. In: Bergström, I., Mäkelä, K. & Starr, M. (eds.). Integrated Monitoring Programme in Finland, First National Report. Ministry of the Environment, Report 1/1995, P. 46-47, 102−110. Koskenniemi, E. 1995. Benthic fauna. In: Bergström, I., Mäkelä, K. & Starr, M. (eds.). Integrated Monitoring Programme in Fin- land, First National Report. Ministry of the Environment. Report 1/1995. P. 110−111. Matilainen, T. & Verta, M. 1995. Mercury methylation and demethylation in aerobic surface waters. Can. J. Fish. Aquat. Sci. 52: 1597−1608. Rask, M. & Järvinen, A. 1995. Fish. In: Bergström, I., Mäkelä, K. & Starr, M. (eds.). Integrated Monitoring Programme in Finland, First National Report. Ministry of the Environment, Report 1/1995, P. 111−112. Ruoho-Airola, T., Mäkelä, K. & Tuominen, S., 1995. Monitoring of heavy metal load - by mosses or rain water chemistry. Paper no. 404. In: Kämäri, J., Tolvanen, M., Anttila, P., and Salonen, R. (eds.). Proceedings of the 10th World Clean Air Congress. Espoo, Finland, May 28-June 2, 1995. Vol 3, Impact and Management. The Finnish Air Pollution Prevention Society. 97Suomen ympäristö 34 | 2011 Starr, M., Ukonmaanaho, L., Ruoho-Airola, T. & Forsius, M. 1995. Some aspects of the nitrogen cycle in the Finnish Integrated Monitoring catchments. In: Forsius, M. and Kleemola, S. (eds.) 1995. Effects of Nitrogen Deposition on Integrated Monitoring Sites. Proceedings from an international workshop in Oslo, 6-7 March 1995. ICP IM Programme Centre, Finnish Environment Agency, Helsinki, Finland. 1996 Forsius, M., Vuorenmaa, J. & Kleemola, S. 1996. Assessment of nitrogen processes at ICP IM sites. In: Kleemola, S. & Forsius, M. (eds.). 5th annual report 1996. UN ECE ICP Integrated Monitoring. Assesment of nitrogen processes at ICP IM sites. The Finnish Environment, 27: 25−38. Finnish Environment Institute, Helsinki. Keskitalo, J. & Salonen, K. 1996. Yhdennetyn seurannan planktontutkimukset Valkea-Kotisella vuonna 1994. Suomen ympäristö- keskuksen moniste 16: 1−34. Keskitalo, J. & Heitto, L. 1996. Suurkasvillisuus happamassa ja ruskeavetisessä Valkea-Kotisessa (English Summary: Aquatic macrophytes in the acidied brown-water lake Valkea-Kotinen, southern Finland). Lutukka 12: 3-8. Luonnontieteellinen keskusmuseo. Tammi, J., Niinioja, R. & Rask, M. 1996. Ympäristön yhdennetyn seurannan kalatutkimukset 1992–1994 (in Finnish). Kala- ja riistaraportteja 59, 24 s. Riista- ja kalatalouden tutkimuslaitos, Helsinki. 1997 Keskitalo, J. & Salonen, K. 1997. Integrated monitoring of the small humic lake Valkea-Kotinen. Lammi Notes 24: 4-9. University of Helsinki. Kurka, A.-M. & Starr, M. 1997. Relationship between decomposition of cellulose in the soil and the tree stand characteristics in natural boreal forests. Plant and Soil 197: 167−175. Ruoho-Airola, T. & Leinonen L. 1997. Reliability of deposition data —Parallel measurements in the UN/ECE/IM programme. In: Schaug, J (ed.). EMEP-WMO Workshop on data analysis, validation and reporting. Usti Nad Labem, Czech Republic, April 27-30, 1997. EMEP/CCC-Report 6/97. P. 127−130. Ukonmaanaho, L., Starr, M. & Ruoho-Airola, T. 1997. Trends in sulphate, base cations and hydrogen ion concentrations in bulk precipitation and throughfall at Integrated Monitoring areas in Finland 1989-1995. Journal of Conference Abstracts 2(2): 314. BioGeoMon 3rd International Symposium on Ecosystem Behaviour, June 21−25, 1997, Villanova, USA. 1998 Keskitalo, J. & Salonen, K. 1998. Fluctuations of phytoplankton production and chlorophyll concentrations in a small humic lake during six years (1990−1995). In: George, D.G., Jones, J.G., Punčochář, P., Reynolds, C.S. & Sutcliffe, D.W. (eds.). Management of lakes and reservoirs during global climate change, P. 93−109. Kluwer Academic Publishers. Keskitalo, J., Salonen, K. & Holopainen, A.-L. 1998. Long-term uctuations in environmental conditions, plankton and macrophytes in a humic lake, Valkea-Kotinen. Boreal Environment Research 3: 251−262. Landers, D.H., Gubala, C., Verta, M., Lucotte, M., Johansson, K., Vlasova, T. & Lockhart, W.L. 1998. Using lake sediment mer- cury ux ratios to evaluate the regional and continental dimensions of mercury deposition in arctic and boreal ecosystems. Atmospheric Environment 32: 919-928. Münster, U., Heikkinen, E. & Knulst, J. 1998. Nutrient composition, microbial biomass and activity at the air-water interface of small boreal forest lakes. Hydrobiologia 363: 261−270. Rask, M., Holopainen, A.-L., Karusalmi, A., Niinioja, R., Tammi, J., Arvola, L., Keskitalo, J., Blomqvist, I., Heinimaa, S., Karppi- nen, C., Salonen, K. & Sarvala, J. 1998. An introduction to the limnology of the Finnish Integrated Monitoring lakes. Boreal Environment Research 3: 263−274. Ruoho-Airola, T., Syri, S. & Nordlund, G. 1998. Acid deposition trends at the Finnish Integrated Monitoring catchments in relati- on to emission reductions. Boreal Environment Research 3: 205–219. Ukonmaanaho, L., Starr, M. & Ruoho-Airola, T. 1998. Trends in sulfate, base cations and H+ concentrations in bulk precipitation and throughfall at integrated monitoring sites in Finland 1989-1995. Water, Air, and Soil Pollution 105: 353−363. Ukonmaanaho, L., Starr, M., Hirvi, J.-P., Kokko, A., Lahermo, P., Mannio, J., Paukola, T., Ruoho-Airola, T. & Tanskanen, H. 1998. Heavy metal concentrations in various aqueous and biotic media in Finnish Integrated Monitoring catchments. Boreal Envi- ronment Research 3: 235–249. Vanhala, P., Kapanen, A., Fritze, H. & Niemi, R.M. 1998. Microbial activity and biomass in four Finnish coniferous forest soils — spatial variability and effect of heavy metals. Boreal Environment Research 3: 287–295. 1999 Jones, R.I., Grey, J., Sleep, D. & Arvola, L. 1999. Stable isotope analysis of zooplankton carbon nutritieon in humic lakes. Oikos 86: 97−104. Vähätalo, A.V., Salonen, K., Salkinoja-Salonen, M. & Hatakka, A. 1999. Photochemical mineralization of synthetic lignin a lake water indicates rapid turnover of aromatic organic matter under solar radiation. Biodegradation 10: 415-420. 98 Suomen ympäristö 34 | 2011 2000 Jürgens, G., Glöckner, F.-O., Amann, R., Saano, A., Montonen, L., Likolammi, M. & Münster, U. 2000. Identication of novel Archaea in bacterioplankton of a boreal forest lake by phylogenetic analysis and uorescent in situ hybridization. FEMS Microb. Ecol. 34: 45-56. Kurka, A.-M., Starr, M., Heikinheimo, M. & Salkinoja-Salonen, M. 2000. Decomposition of cellulose strips in relation to climate, litterfall, nitrogen, phosphorus and C/N ratio in natural boreal forests. Plant and Soil 219: 91−101. Laaka-Lindberg, S. 2000. A sexual preference and reproduction in Lophozia silvicola (Hepaticopsida) in southern Finland. Ann. Bot. Fennici 37: 85-93. Laaka-Lindberg, S. & Pohjamo, M. 2000. Bryophytes and bryology at Kotinen Nature reserve, Lammi. Lammi Notes 27: 3−10. Salonen, K. Rosenberg, M. 2000. Advantages from diel vertical migration can explain the dominance of Gonyostomum semen (Raphidophyceae) in a small, steeply stratied humic lake. J. Plankton Res. 22: 1841−1854. Vuorenmaa, J., Kleemola, S. & Forsius, M. 2000. Trend assessment of deposition and runoff water uxes and runoff water che- mistry at European ICP Integrated Monitoring sites. Verh. Int. Verein. Limnol. 27: 384−390 Vähätalo, A.V., Salkinoja-Salonen, M., Taalas, P. & Salonen, K. 2000. Spectrum of the quantum yield for photochemical minerali- zation of dissolved organic carbon in a humic lake. Limnol. & Oceanogr. 45: 664-676. Vähätalo, A. 2000. Role of photochemical reactions in the biogeochemical cycling of detrital carbon in aquatic environments. PhD-thesis. Department of Applied Chemistry and Microbiology. University of Helsinki. 2001 Forsius, M., Kleemola, S., Vuorenmaa, J. & Syri, S. 2001. Fluxes and trends of nitrogen and sulphur compounds at Integrated Monitoring sites in Europe. Water Air Soil Pollut 130: 1641–1648. Kurka, A.-M. 2001. The use of cellulose strips to study organic matter decomposition in boreal forested soils. Boreal Env. Res. 6: 9−17. Kurka, A-M., Starr, M., Karsisto, M. & Salkinoja-Salonen, M. 2001. Relationship between decomposition of cellulose strips and chemical properties of humus layer in natural boreal forests. Plant and Soil 229(1): 137−146. Laaka-Lindberg, S. & Heino, M. 2001. Clonal dynamics and evolution of dormancy in the leafy hepatic Lophozia silvicola. Oikos 94: 525-532. Mannio, J. 2001. Responses of headwater lakes to air pollution changes in Finland. Monographs of the Boreal Environment Research 18, 48 p. Moldan, F., Wright, R.F., Löfgren, S., Forsius, M., Ruoho-Airola, T. & Skjelkvåle, B.L. 2001. Long-term changes in acidication and recovery at nine calibrated catchments in Norway, Sweden and Finland. Hydrology and Earth System Sciences, 5(3): 339−349. Starr, M. & Ukonmaanaho, L. 2001 Results from the rst round of the integrated monitoring soil chemistry subprogramme. In: Ukonmaanaho, L. & Raitio, H. (eds). Forest Condition in Finland. National Report 2000. Research Papers 824. Finnish Forest Research Institute, Helsinki. P. 140–157. Tuominen, S., Kokko, A. & Mäkelä K. 2001. Kasvillisuuden ja puuston kartoitukset ja inventoinnit Suomen yhdennetyn seuran- nan alueilla. Suomen ympäristökeskuksen moniste 241. 52 s. Ukonmaanaho, L. 2001. Canopy and soil interaction with deposition in remote boreal forest ecosystems: a long-term integrated monitoring approach (väitöskirja). Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja - The Finnish Forest Research Institute, Research Papers 818. 69 s. + 5 osajulk. Ukonmaanaho, L. & Starr, M. 2001. The importance of leaching from litter collected in litterfall traps. Environmental Monitoring and Assessment 66(2): 129−146. Ukonmaanaho, L., Starr, M., Mannio, J. & Ruoho-Airola, T. 2001. Heavy metal budgets for two headwater forested catchments in background areas of Finland. Environmental Pollution 114: 63-75. Ukonmaanaho, L., Starr, M. & Ruoho-Airola, T. 2001. Precipitation, throughfall and soil water Pb, Cu and Zn concentrations and trends in remote, forest ecosystems in Finland. In: Proceedings of the Sixth International Conference on the Biogeochemistry of Trace Elements, Guelph, Ontario, Canada. P. 510. 2002 Järvinen, M. 2002. Control of plankton and nutrient limitation in small boreal brown-water lakes: evidence from small- and large-scale manipulation experiments. Ph.D thesis, University of Helsinki, Yliopistopaino, University Press, Helsinki. 41 p. Salonen, K., Holopainen, A.-L. & Keskitalo, J. 2002. Regular high contribution of Gonyostomum semen to phytoplankton bio- mass in a small humic lake. Verh. Internat. Verein Limnol. 28: 488–491. Ukonmaanaho, L. & Starr, M. 2002. Major nutrients and acidity: budgets and trends at four remote boreal stands in Finland during the 1990s. The Science of the Total Environment 297: 21-41. Vähätalo, A. V., Salonen, K., Saski, E. & Salkinoja-Salonen, M. S. 2002. Bleaching of color of kraft pulp mill efuents and natural organic matter in lakes. Can. J. Fish. Aquat. Sci. 59: 808-818. 2003 Jasser, I. & Arvola, L. 2003. Potential effects of abiotic factors on the abundance of autotrophic picoplankton in four boreal lakes. J. Plankton Res . 25: 873-883. Pohjamo, M. & Laaka-Lindberg, S. 2003. Reproductive modes in the leafy epixylic hepatic Anastrophyllum hellerianum. Perspectives in Plant Ecology and Systematics 6(3): 159−168. 99Suomen ympäristö 34 | 2011 Ruoho-Airola, T., Alaviippola, B., Salminen, K. & Varjoranta, R. 2003. An investigation of base cation deposition in Finland. Boreal Environment Research 8: 83–95. Vähätalo, A.V., Salonen, K., Münster, U., Järvinen, M. & Wetzel, R.G. 2003. Photochemical transformation of allochthonous orga- nic matter provides bioavailable nutrients in a humic lake. Arch. Hydrobiol. 156: 287−314. 2004 Jones, R. I. & Grey, J. 2004. Stable isotope analysis of chironomid larvae from some Finnish forest lakes indicates dietary contri- bution from biogenic methane. Boreal Environment Research 9: 17–23. Lövblad, G., Persson, C., Klein, T., Ruoho-Airola, T., Hovmand, M., Tarrason, L., Tørseth, K., Larssen, T., Moldan, F. & Rapp L. 2004. The deposition of base cations in the Nordic countries. IVL Report B 1583. IVL, Gothenburg. 42 p. Pohjamo, M. & Laaka-Lindberg, S. 2004. Demographic population structure of a leafy epixylic hepatic Anastrophyllum helleria- num (Nees ex Lindenb.) R.M.Schust. Plant Ecology 173: 73-81. Ruoho-Airola, T., Anttila, P. & Salmi, T. 2004: Airborne sulfur and nitrogen in Finland — trends and exposure in relation to air transport sector. J. Environ. Monit. 6: 1−11. Starr, M. & Ukonmaanaho, L. 2004. Levels and characteristics of TOC in throughfall, forest oor leachate and soil solution in undisturbed boreal forest ecosystems. Water Air Soil Pollut. Focus 4: 715–729. 2005 Forsius, M., Kleemola, S. & Starr, M. 2005. Proton budgets for a network of European forested catchments: Impacts of nitrogen and sulphur deposition. Ecol. Indic. 5: 73-83. 2006 Holmberg, M., Forsius, M., Starr, M. & Huttunen, M. 2006. An application of articial neural networks to carbon, nitrogen and phosphorus concentrations in three boreal streams and impacts of climate change. Ecol. Modell. 195: 51–60. Kankaala, P., Huotari, J., Peltomaa, E. Saloranta T. & Ojala, A. 2006. Methanotrophic activity in relation to methane efux and total heterotrophic bacterial production in a stratied, humic, boreal lake. Limnol. Oceanogr. 51: 1195−1204. Kleemola, S. & Forsius, M. 2006. Trend assessment of bulk deposition, throughfall and runoff water/soil water chemistry at ICP IM sites. In: Kleemola, S., Forsius, M. (eds.) 15th annual report 2006 : UNECE Convention on Long-Range Transboundary Air Pollution : International Cooperative Programme on Integrated Monitoring of Air Pollution Effects on Ecosystems. Helsinki, Finnish Environment Institute. The Finnish Environment 30: 22-48. ISBN 952-11-2256-0 (pbk.). Lindroos, A.-J., Derome, J., Derome, K. & Lindgren, M. 2006. Trends in sulphate deposition on the forests and forest oor and defoliation degree in 16 intensively studied forest stands in Finland during 1996-2003. Boreal Environment Research 11(6): 451-461. Pohjamo, M., Laaka-Lindberg, S., Ovaskainen, O. & Korpelainen, H. 2006: Dispersal potential of spores and asexual propagules in the epixylic hepatic Anastrophyllum hellerianum. Evolutionary Ecology 20: 415-430. Pyy, K., Makkonen, U. & Ruoho-Airola, T. 2007. Wet Deposition of Trace Elements in Finland during 1998−2005. In: Proceedings of the 19th Nordic Atomic Spectroscopy and Trace Element Conference, June 25-29, 2007, Laugarvatn Iceland. Agricultural University of Iceland, Reykjavik 2007. Tulonen, T., Pihlström, M., Arvola, L. & Rask, M. 2006. Concentrations of heavy metals in food web components of small, boreal lakes. Boreal Env. Res. 11: 185−194. Vesala, T., Huotari, J., Rannik, Ü., Suni, T., Smolander, S., Sogachev, A., Launiainen, S. & Ojala, A. 2006. Eddy covariance measu- rements of carbon exchange and latent and sensible heat uxes over a boreal lake for a full open-water period. J. Geophys. Res. Vol 111. D11101, 12 p. doi:10.1029/2005JD006365. Vuorenmaa, J., Forsius, M. & Mannio, J. 2006. Increasing trends of total organic carbon concentrations in small forest lakes in Finland from 1987 to 2003. Science of the Total Environment 365: 47-65. Vähätalo, A.V. & Salonen, K. 2006. Bacterial production and respiration under exposure to solar radiation in a humic lake. Verh. Internat. Verein. Limnol. 29: 1693−1696. Wright, R.F., Aherne, J., Bishop, K., Camarero, L., Cosby, B.J., Erlandsson, M., Evans, C.D., Forsius, M., Hardekopf, D., Helliwell, R., Hruska, J., Jenkins, A., Moldan, F., Posch, M. & Rogora, M. 2006. Modelling the effect of climate change on recovery of acidied freshwaters: relative sensitivity of individual processes in the MAGIC model. Science of the Total Environment 365: 154−166. 2007 Lindroos, A.-J., Derome, J. & Derome, K. 2007. Open area bulk deposition and stand throughfall in Finland during 2001−2004. Avoimen paikan ja metsikkösadannan laskeuma Suomessa vuosina 2001-2004. In: Merilä, P., Kilponen, T. & Derome, J. (eds.). Forest condition monitoring in Finland - National report 2002-2005. Metlan työraportteja/Working Papers of the Finnish Forest Res. Inst. 45: 81-92. 100 Suomen ympäristö 34 | 2011 2008 Arst, H., Erm, A., Herlevi, A., Kutser, T., Leppäranta, M., Reinart, A. & Virta, J. 2008. Optical properties of boreal lake waters in Finland and Estonia. Bor. Env. Res. 13: 133−158. Futter, M. N., Starr, M., Forsius, M. & Holmberg, M. 2008. Modelling long-term patterns of dissolved organic carbon concentrati- on in the surface waters of a boreal catchment. Hydrol. Earth Syst. Sci. 12: 437–447. Hari, P., Pumpanen, J., Huotari, J., Kolari, P., Grace, J., Vesala, T. & Ojala, A. 2008. High-frequency measurements of productivity of planktonic algae using rugged nondispersive infrared carbon dioxide probes. Limnology and Oceanography: Methods 6: 347−354. Merilä, P. & Derome, J. 2008. Relationships between needle nutrient composition in Scots pine and Norway spruce stands and the respective concentrations in the organic layer and in percolation water. Boreal Environment Research 13(supp.B): 35-47. Mustajärvi, K., Merilä, P., Derome, J., Lindroos, A.-J., Helmisaari, H.-S., Nöjd, P. & Ukonmaanaho, L. 2008. Fluxes of dissolved organic and inorganic nitrogen in relation to stand characteristics and latitude in Scots pine and Norway spruce stands in Finland. Boreal Environment Research 13(supp.B): 3−21. Salemaa, M., Derome, J. & Nöjd, P. 2008. Response of boreal forest vegetation to the fertility status of the organic layer along a climatic gradient. Boreal Environment Research 13(supp.B): 48-66. Ukonmaanaho, L., Merilä, P., Nöjd, P. & Nieminen, T.M. 2008. Litterfall production and nutrient return to the forest oor in Scots pine and Norway spruce stands in Finland. Boreal Environment Research 13(supp.B): 67-91 2009 Arvola, L., George, D.G, Livingstone, D.M,, Järvinen, M., Blenckner, T., Dokulil, M.T, Jennings, E., NicAongusa, C., Nöges, P., Nöges, T. &.Weyhenmeyer, G.A. 2009. The impact of the changing climate on the thermal characteristics of lakes. In: George, D.G. (ed.). The Impact of Climate Change on European Lakes. Springer Verlag. P. 85−101. Futter, M. N., Forsius, M., Holmberg, M. & Starr, M. 2009. A long-term simulation of the effects of acidic deposition and climate change on surface water dissolved organic carbon concentrations in a boreal catchment. Hydrology Research 40: 291−305. Holmberg, M., Posch, M., Kleemola, S., Vuorenmaa, J. & Forsius, M. 2009. Calculation of critical loads for acidication and eut- rophication for terrestrial and aquatic ecosystems. In: Kleemola, S. & Forsius, M. (eds.). 18th annual report 2009. UNECE ICP Integrated Monitoring. The Finnish Environment, 23/2009: 23−32. Finnish Environment Institute, Helsinki. Huotari, J., Ojala, A., Peltomaa, E., Pumpanen, J. Hari, P. & Vesala, T. 2009. Temporal variations in surface water CO2 concentrati- on in a boreal humic lake based on high frequency measurements. Boreal Environment Research 14 (suppl. A): 48-60. Kyllönen, K., Karlsson, V. & Ruoho-Airola, T. 2009. Trace element deposition and trends during a ten year period in Finland. Science of the Total Environment 407: 2260−2269. Rasilo T., Huotari J., Ojala A. & Pumpanen J. 2009. Carbon ow through an old-growth forest catchment into a lake in Southern boreal zone in Finland. Proceedings of the Finnish Center of Excellence and Graduate School in “Physics, Chemistry, Biology and Meteorology of Atmospheric Composition and Climate Change”. Report Series in Aerosol Science 102: 361−365. Saloranta, T. M., Forsius, M., Järvinen, M. & Arvola, L. 2009. Impacts of projected climate change on the thermodynamics of a shallow and a deep lake in Finland: model simulations and Bayesian uncertainty analysis. Hydrology Research 40: 234−248. Ukonmaanaho, L., Starr, M., Lindroos, A.-J. & Derome, J. 2009. Long-term changes in sulphate and acid neutralizing capacity of throughfall and effects on soil water DOC concentrations in Finnish forests. In: Kaennel Dobbertin, M. (ed.). Long-term ecosystem research: understanding the present to shape the future. Birmensdorf. P. 106. Vuorenmaa, J., Kleemola, S. & Forsius, M. 2009. Trend assessment of bulk deposition, throughfall and runoff water/soil water chemistry at ICP IM sites. In: Kleemola, S. & Forsius, M. (eds.). 18th annual report 2009. UNECE ICP Integrated Monitoring. The Finnish Environment, 23/2009: 36-63. Finnish Environment Institute, Helsinki. Vähätalo, A.V. 2009. Light, Photolytic Reactivity and Chemical Products. In: Likens, G.E. (ed.). Encyclopedia of Inland Waters, volume 2. P. 761-773. Oxford, Elsevier. 2010 Arvola, L., Rask, M., Ruuhijärvi, J., Tulonen, T., Vuorenmaa, J., Ruoho-Airola, T. & Tulonen, J. 2010. Long-term patterns in pH and colour in small acidic boral lakes of varying hydrological and landscape settings. Biogeochemistry 101: 269−279. Forsius, M., Saloranta, T., Arvola, L., Salo, S., Verta, M., Ala-Opas, P., Rask, M. & Vuorenmaa, J. 2010. Physical and chemical consequences of articially deepened thermocline in a small humic lake – a paired whole-lake climate change experiment. Hydrol Earth Syst Sci 14: 2629–2642 Holmberg, M., Posch, M., Kleemola, S., Vuorenmaa, J. & Forsius, M. 2010. Calculation of site-specic critical loads for acidica- tion and eutrophication for terrestrial and aquatic ecosystems. In: Kleemola, S. & Forsius, M. (eds.). 19th annual report 2010. UNECE ICP Integrated Monitoring. The Finnish Environment, 15/2010: 27−36. Finnish Environment Institute, Helsinki. Kankaala, P., Taipale, S., Li, L. & Jones, R. 2010. Diets of crustacean zooplankton, inferred from stable carbon and nitrogen isoto- pe analysis, in lakes with varying allochthonous dissolved organic carbon content. Aquat. Ecol. 44: 781-795. Nordbo, A., Launiainen, S., Mammarella, I., Leppäranta, M., Huotari J., Ojala, A. & Vesala, T. 2010 Micrometeorology and energy balance of a small boreal lake. Proceedings of the Finnish Center of Excellence and Graduate School in “Physics, Chemistry, Biology and Meteorology of Atmospheric Composition and Climate Change”. Report Series in Aerosol Science A; 109. Peltomaa, E. & Ojala, A. 2010. Size-related photosynthesis of algae in a strongly stratied humic lake. Journal of Plankton Rese- arch 32: 341−355. Rasilo, T., Ojala, A. & Pumpanen, J. 2010. DOC concentration in various compartments of a forested boreal catchment and res- ponses to rain events. Proceedings of the Finnish Center of Excellence and Graduate School in “Physics, Chemistry, Biology and Meteorology of Atmospheric Composition and Climate Change”. Report Series in Aerosol Science 109. 101Suomen ympäristö 34 | 2011 Rask, M., Verta, M., Korhonen, M., Salo, S., Forsius, M., Arvola, L., Jones, R. I., & Kiljunen, M. 2010. Does lake thermocline depth affect methyl mercury concentrations in sh? Biogeochemistry 101: 311−322. Verta, M., Salo, S., Korhonen, M., Porvari, P., Paloheimo, A. & Munthe, J. 2010. Climate induced thermocline change has an effect on the methyl mercury cycle in small boreal lakes. Science of the Total Environment 408: 3639–3647. Vuorenmaa, J. & Holmberg, M.: 2010. Relationship between critical load exceedances and empirical impact indicators. In: Kleemola, S. & Forsius, M. (eds.). 19th annual report 2010. UNECE ICP Integrated Monitoring. The Finnish Environment, 15/2010: 37-46. Finnish Environment Institute, Helsinki. Wright, R. F., Aherne, J., Bishop, K., Dillon, P. J., Erlandsson, M., Evans, C. D., Forsius, M., Hardekopf, D. W., Helliwell, R. C., Hruska, J., Hutchins, M., Kaste, Ø., Kopacek, J., Kram, P., Laudon, H., Moldan, F., Rogora, M., Sjøeng, A. M. S. & de Wit, H. A.2010. Interaction of Climate Change and Acid Deposition. In: Kernan, M., Battarbee, R. W. & Moss, B. (eds.). Climate Change Impacts on Freshwater Ecosystems. Hoboken, NJ, Wiley-Blackwell. P. 152−179. 2011 Einola, E., Rantakari, M., Kankaala, P., Kortelainen, P., Ojala, A., Pajunen, H., Mäkelä, S. & Arvola, L. 2011. Carbon pools and uxes in a chain of ve boreal lakes: A dry and wet year comparison. Journal of Geophysical Research, Vol.116, G03009, doi:10.1029/2010JG001636. Kyllönen, K., Hellén, H., Hakola, H., Korhonen, M., Verta, M. 2011. Atmospheric mercury uxes in southern boreal forest and wetland. Water, Air, Soil Pollut. DOI 10.1007/s 11270-011-0935-1. Pierson, D.C., Weyhenmeyer, G. A., Arvola, L., Benson, B., Blenckner, T., Kratz, T., Livingstone, D.M., Markensten, H., Marzec, G., Pettersson, K. & Weathers, K. 2011. An automated method to monitor lake ice phenology. Limnol. Oceanogr. Methods 9: 74−83 (in press). 102 Suomen ympäristö 34 | 2011 KUVAILULEHTI Julkaisija Suomen ympäristökeskus (SYKE) Julkaisuaika Joulukuu 2011 Tekijä(t) Jussi Vuorenmaa, Lauri Arvola ja Martti Rask (toim.) Julkaisun nimi Hämeen ympäristö muutoksessa Kaksikymmentä vuotta ympäristön huippututkimusta Valkea-Kotisen alueella Julkaisusarjan nimi ja numero Suomen ympäristö 34/2011 Julkaisun teema Ympäristönsuojelu Julkaisun osat/ muut saman projektin tuottamat julkaisut Julkaisu on saatavana myös internetissä: www.ymparisto. /julkaisut Tiivistelmä Hämeenlinnan Evolla Valkea-Kotisen ympäristön yhdennetyn seurannan (YYS) alueella on tehty vuodesta 1987 lähtien tiivistä ja monipuolista ekosysteemin tutkimusta ja seurantaa. Valkea-Kotisen alue kuuluu YK:n Euroopan Talouskomission (UNECE) ilman epäpuhtauksien kaukokulkeutumista koskevan yleissopimuksen alaiseen seurantaohjelmaan, missä seurataan ja ennustetaan erityisesti kaukokulkeutuvien ilmansaasteiden sekä muiden ympäristömuutosten (mm. ilmastonmuutoksen) pitkän aikavälin vaikutuksia ekosysteemeihin. Valkea-Kotisen alue kuuluu myös Suomen pitkäaikaisen ympäristötutkimuksen verkostoon (FinLTSER), ja on ollut sen myötä tarkastelualueena Suomen luonnon tuottamien ekosysteemipalvelujen haavoittuvuutta ja ihmisen sopeutumismahdollisuuksia selvittäneessä Euroopan Unionin Life+ -ohjelman VACCIA- hankkeessa vuosina 2009–2011. Eri tutkimuslaitosten ja yliopistojen tiiviillä yhteistyöllä Valkea-Kotisen YYS-alueelta on kertynyt yli 20 vuoden ajalta kansainvälisesti mittava ja tieteellisesti arvokas tutkimus- ja seuranta-aineisto ekosysteemin eri osa-alueilta. Tässä julkaisussa esitetään, millaisia vaikutuksia ja pitkäaikaismuutoksia ilman epäpuhtauslaskeuma sekä ilmaston vaihtelut ovat aiheuttaneet Valkea-Kotisen alueen metsien tilaan, veden laatuun ja vesieliöstöön, sekä maaperään ja pohjaveteen. Lisäksi arvioidaan, kuinka alueen ilmasto sekä ilman epäpuhtauskuormitus tulevat muuttumaan tulevaisuudessa, ja millaisia vaikutuksia niillä tulee olemaan alueen eri ekosysteemeille. Asiasanat Ympäristön yhdennetty seuranta, ilmansaasteet, ilmastonmuutos, ekosysteemi Rahoittaja/ toimeksiantaja Euroopan unionin Life+ -ohjelma ISBN 978-952-11-3957-4 (nid.) ISBN 978-952-11-3958-1 (PDF) ISSN 1238-7312 (pain.) ISSN 1796-1637 (verkkoj.) Sivuja 104 Kieli Suomi Luottamuksellisuus julkinen Hinta (sis.alv 8 %) Julkaisun myynti/ jakaja Suomen ympäristökeskus (SYKE) PL 140, 00251 HELSINKI Puh. 020 610 123 Sähköposti: neuvonta.syke@ymparisto. , www.ymparisto. /syke Julkaisun kustantaja Suomen ympäristökeskus (SYKE) PL 140, 00251 HELSINKI Puh. 020 610 123 Sähköposti: neuvonta.syke@ymparisto. , www.ymparisto. /syke Painopaikka ja -aika Edita Prima Oy, Helsinki 2011 103Suomen ympäristö 34 | 2011 PRESENTATIONSBLAD Utgivare Finlands miljöcentral (SYKE) Datum December 2011 Författare Jussi Vuorenmaa, Lauri Arvola och Martti Rask (red.) Publikationens titel Hämeen ympäristö muutoksessa Kaksikymmentä vuotta ympäristön huippututkimusta Valkea-Kotisen alueella (Miljön i Tavastland förändras Tjugo år av toppforskning på området Valkea-Kotinen) Publikationsserie och nummer Miljön i Finland 34/2011 Publikationens tema Miljövård Publikationens delar/ andra publikationer inom samma projekt Publikationen nns tillgänglig också på Internet www.ymparisto./julkaisut (på nska). Sammandrag Intensiv miljöforskning och övervakning har sedan år 1987 utförts på området Valkea-Kotinen i Evo i Tavastland. Valkea-Kotinen hör till ett övervakningsprogram (ICP IM) under FN:s luftvårdskonvention (UNECE/CLRTAP). Syftet med programmet är att utvärdera ekosystemeffekter av luftföroreningar och klimatförändring. Valkea-Kotinen hör också till FinLTSER nätverket som integrerar långvarig ekologisk forskning i Finland, och var därför ett undersökningsområde i VACCIA-projektet nansierat av EU:s Life+-program under 2009-2011. Under de senaste 20 åren har ett forskningsmaterial av internationell toppklass insamlats på området Valkea-Kotinen som en följd av ett intensivt samarbete mellan era forskningsinstitut och universitet. I denna publikation sammanfattas resultat om de långvariga förändringar som orsakats av luftföroreningar och klimatförändring på tillståndet i skog, mark och vatten. Dessutom utvärderas hur framtida förändringar klimat och luftföreningar kommer att påverka ekosystemen på detta område. Nyckelord Integrerad miljö-övervakningen, luftföroreningar, klimatförändring, ekosystem Finansiär/ uppdragsgivare Europeiska unionens program Life+ ISBN 978-952-11-3957-4 (hft.) ISBN 978-952-11-3958-1 (PDF) ISSN 1238-7312 (print) ISSN 1796-1637 (online) Sidantal 104 Språk Finska Offentlighet Offentlig Pris (inneh. moms 8 %) Beställningar/ distribution Finlands miljöcentral (SYKE) PB 140, 00251 Helsingfors Tfn. +358 20 610 123 Epost: neuvonta.syke@ymparisto., www.miljo./syke Förläggare Finlands miljöcentral (SYKE) PB 140, 00251 Helsingfors Tfn. +358 20 610 123 Epost: neuvonta.syke@ymparisto., www.miljo./syke Tryckeri/tryckningsort och -år Edita Prima Ab, Helsingfors 2011 104 Suomen ympäristö 34 | 2011 DOCUMENTATION PAGE Publisher Finnish Environment Institute (SYKE) Date December 2011 Author(s) Jussi Vuorenmaa, Lauri Arvola och Martti Rask (red.) Title of publication Hämeen ympäristö muutoksessa Kaksikymmentä vuotta ympäristön huippututkimusta Valkea-Kotisen alueella (Long-term environmental change in Häme Twenty years of environmental research and monitoring at Valkea-Kotinen supersite) Publication series and number The Finnish Environment 34/2011 Theme of publication Environmental protection Parts of publication/ other project publications The publication is available on the internet: www.ymparisto. /julkaisut Abstract Intensive and multidisciplinary ecosystem monitoring has been carried out in the Valkea-Kotinen Integrated Monitoring catchment since 1987, which is located in the Kotinen nature reserve area, Hämeenlinna. Valkea-Kotinen is part of the monitoring programme under UNECE Convention on Long- Range Air Pollution, with the focus on monitoring the long-term effects of air pollution and climate change to ecosystems. Valkea-Kotinen Integrated Monitoring site is also part of Finnish Long-Term Socio- Ecological Research network (FinLTSER), and is also representing the study site along with EU Life+ programme Vulnerability Assessment of ecosystem services fro Climate Change Impacts and Adaptation (VACCIA) during 2009–2011. In over 20 years of intensive research and monitoring in collaboration with universities and research institutes, the Valkea-Kotinen Integrated Monitoring site has gained invaluable scientic information on different ecosystems components. In this report we present the long-term effects of air pollutants and climate variation on forest condition, water chemistry and aquatic biota, and soil and ground water at Valkea-Kotinen Integrated Monitoring site. Furthermore, future scenarios for climate change and air pollutants, and their ecosystem effects in the Valkea-Kotinen area, are also assessed. Keywords Integrated Monitoring, air pollution, climate change, ecosystem Financier/ commissioner The European Union’s Life+ programme ISBN 978-952-11-3957-4 (pbk.) ISBN 978-952-11-3958-1 (PDF) ISSN 1238-7312 (print) ISSN 1796-1637 (online) No. of pages 104 Language Finnish Restrictions Public Price (incl. tax 8 %) For sale at/ distributor Finnish Environment Institute (SYKE) P.O.Box 140, FI-00251 Helsinki, Finland Tel. +358 20 610 123, fax +358 20 490 2190 Email: neuvonta.syke@ymparisto., www.environment./syke Financier of publication Finnish Environment Institute (SYKE) P.O.Box 140, FI-00251 Helsinki, Finland Tel. +358 20 610 123, fax +358 20 490 2190 Email: neuvonta.syke@ymparisto., www.environment./syke Printing place and year Edita Prima Ltd, Helsinki 2011 H Ä M EEN YM PÄ RISTÖ M U U T O K S E S S A Ilmastonmuutos ja ilman epäpuhtaudet muodostavat uhkatekijän luonnolle sielläkin, missä ihmisen suoran toiminnan vaikutus on mahdollisimman vähäinen. Viimeisten vuosikymmen- ten aikana ihminen on toiminnallaan pääosin lisännyt globaalien ympäristöongelmien hai- tallisia vaikutuksia. Happamoitumiskehityksen torjumiseksi 1980-luvulla alkanut työ on oiva esimerkki toisenlaisesta kehityssuunnasta, jonka tulokset ovat tänä päivänä selkeästi toden- nettavissa. Kuinka ympäristön tila kehittyy Hämeen alueella, ja miltä ympäristön tulevaisuus näyttää? Hämeenlinnan Evolla Valkea-Kotisen ympäristön yhdennetyn seurannan (YYS) alueella on tehty vuodesta 1987 lähtien tiivistä ja monipuolista ekosysteemien tutkimusta ja seurantaa. Monitieteellisen tutkimuksen päätarkoituksena on ollut seurata ja ennustaa ilmansaasteiden ja ilmastonmuutoksen pitkän aikavälin vaikutuksia maa- ja vesiekosysteemeihin. Tutkimuslaitosten ja yliopistojen yhteistyöllä Valkea-Kotisen alueelta on kertynyt kansainvä- lisesti mittava ja tieteellisesti arvokas tutkimus- ja seuranta-aineisto ekosysteemien eri osa- alueilta. Tässä julkaisussa esitetään yhteenveto vaikutuksista ja pitkäaikaismuutoksista, joita ilman epäpuhtauslaskeuma ja ilmaston vaihtelu ovat aiheuttaneet Valkea-Kotisen alueen metsien tilaan, veden laatuun ja vesieliöstöön sekä maaperään ja pohjaveteen kuluneen 20 vuoden aikana. Lisäksi arvioidaan, kuinka alueen ilmasto sekä ilmaperäinen kuormitus tulevat muut- tumaan tulevaisuudessa, ja millaisia vaikutuksia niillä tulee olemaan alueen ekosysteemeille. ISBN 978-952-11-3957-4 (nid.) ISBN 978-952-11-3958-1 (PDF) ISSN 1238-7312 (pain.) ISSN 1796-1637 (verkkoj.) S U O M E N Y M PÄ RISTÖ 34 | 2011