Ravinnekuormituksen vaikutus rannikkovesien tilaan pystytään nyt mallintamaan entistä tarkemmin. Suomenlahdelle, Saaristomerelle ja Selkämerelle kehitetty malli tarjoaa uuden työkalun muun muassa ympäristövaikutusten arviointiin. © Riku Lumiaro / SYKE
Ravinnekuormituksen vaikutus rannikkovesien tilaan pystytään nyt mallintamaan entistä tarkemmin. Suomenlahdelle, Saaristomerelle ja Selkämerelle kehitetty rannikon kokonaiskuormitusmalli tarjoaa uuden työkalun veden tilan seurantaan, vesienhoidon toimenpiteiden suunnitteluun sekä erilaisten toimintojen, esimerkiksi kalankasvattamoiden, ympäristövaikutusten arviointiin. Mallijärjestelmä on sisällytetty Suomen uuteen Itämeri-strategiaan.
Suomen ympäristökeskuksen (SYKE) johtamassa ja ympäristöministeriön rahoittamassa hankkeessa on kehitetty sujuvalla verkkopohjaisella käyttöliittymällä varustettu mallijärjestelmä Suomenlahden, Saaristomeren ja Selkämeren rannikon eri ravinnekuormituslähteiden vaikutusten laskentaan. Aiemmista Itämeren ekosysteemimalleista on puuttunut ihmisten ja ekologian kannalta keskeinen rannikkovyöhyke. Uusi malli mahdollistaa nyt sisävesien, rannikon ja ulapan muodostaman jatkumon yhtenäisen tarkastelun.
Uudessa mallijärjestelmässä kokonaiskuormituksen laskennassa otetaan valuma-alueelta tulevan kuormituksen ohella huomioon meren pohjasedimenteistä vapautuva sisäinen ravinnekuormitus, pistekuormitukset, ilmalaskeuma ja ulapan vedenvaihdon myötä tuleva taustakuormitus. Asiantuntijat voivat hyödyntää kehitettyä FICOS-mallijärjestelmää (Finnish Coastal Nutrient Load Model) vesien- ja merenhoidon toimenpiteiden suunnittelussa, meren tilan seurannan tukena ja erilaisten ihmistoimintojen vesistövaikutusten arvioinnissa. Lisäksi se soveltuu työkaluksi lupapäätösten valmisteluun.
”Tutkimuksellisesti suurin haaste oli saada kolmiulotteiset virtausmallit toimimaan pinnanmuodoiltaan erittäin monimuotoisella meren rannikolla ja saaristossa. Kehittämämme mallijärjestelmä kytkee riittävän realistisen meren biologisia, geologisia ja kemiallisia olosuhteita sekä ravinnekiertoja kuvaavan vedenlaatumoduulin veden virtauksista, lämpötilasta ja suolaisuudesta kertovaan fysikaaliseen malliin. Yhdessä valuma-alueen kuormitusta kuvaavan, SYKEssä aikaisemmin kehitetyn VEMALA-mallin kanssa ne muodostavat kokonaisuuden, joka on Itämeren alueella uraa uurtavaa”, kertoo hankkeen vetäjä, erikoistutkija Risto Lignell SYKEstä.
Meren sisäisen kuormituksen merkitys täsmentyy
Nyt valmistuneella mallijärjestelmällä pystytään kuvaamaan realistisesti leväbiomassan (typpeä sitovat sinilevät ja muut levät), a-klorofyllin sekä fosfori- ja typpipitoisuuksien vuotuinen kehitys sekä ravinnekuormituksen muutosten vaikutus niihin (Kuva 1). Parhaimmillaan ravinnepäästöjen kulkeutumista ja laimenemista saariston eri osissa voidaan simuloida puolen kilometrin alueellisella erotuskyvyllä.
FICOS-mallilla arvioitiin Saaristomeren eri kuormituslähteiden vaikutusalueet ja eri lähteiden suhteellinen merkitys. Sisä- ja välisaariston veden tilan kannalta merkittävimmiksi osoittautuivat valuma-alueelta kulkeutuvat epäorgaaniset typpiravinteet ja sisäinen kuormitus, eli pohjasedimentistä vapautuva epäorgaaninen fosfori. Niiden vastaavat osuudet meren tuottavaan pintakerrokseen päätyvästä epäorgaanisten ravinteiden kokonaiskuormituksesta olivat huhti–syyskuussa 30–70 % (Kuva 2).
Tulosten mukaan pohjan sisäisestä fosforikuormituksesta päätyy veden pintakerrokseen noin puolet. Ulkosaariston ylivoimaisesti merkittävin ravinnelähde on ulapalta veden vaihdon myötä tuleva taustakuormitus, joka tosin suurimmalta osin poistuu lyhyellä viiveellä alueelta virtausten myötä.
Suomen ravinnekuormitus vaikuttaa lähinnä omiin rannikkovesiimme
”FICOS-tarkastelut osoittavat, että Suomen mereen päätyvän ravinnekuormituksen vaikutukset keskittyvät omalle rannikollemme. Käytännössä se tarkoittaa, että Suomessa toteutetut ravinnekuormituksen vähentämistoimet koituvat suoraan omaksi iloksemme. Lisäksi tuloksista nähdään, että mikäli esimerkiksi kalankasvatuksen tietylle alueelle aiheuttamaa ravinnekuormitusta halutaan kompensoida, tulee kompensaatiomenettely, kuten poistokalastus tai muun kuormituksen pienentäminen, kohdistaa samalle rannikkoalueelle”, Lignell sanoo.
Hankkeessa tehtiin Saaristomerelle ennuste siitä, miten erilaiset merenhoidon toimenpiteet vaikuttavat veden tilaan pitkällä tähtäimellä, 30–100 vuoden kuluessa. Jos Itämeren suojelun toimintaohjelma (BSAP) toteutettaisiin koko Itämerellä ja lisäksi Saaristomeren valuma-alueen pelloilta tuleva kuormitus vähennettäisiin pienimpään nykymenetelmillä saavutettavissa olevaan määrään, vesipatsaan rehevöitymistä kuvaava a-klorofyllipitoisuus olisi vuoteen 2050 mennessä vesialueesta riippuen keväällä ja syksyllä 10–30 % pienempi ja kesällä 0–20 % pienempi kuin nykyisiä toimenpiteitä jatkettaessa. (Kuva 3).
Nykyisten ja tiukempien vesiensuojelutoimien välinen suhteellisen pieni ero johtuu ainakin osittain ilmastonmuutoksen vaikutuksista: kevään ja syksyn lisääntyvä sadanta kasvattaa ravinteiden huuhtoutumista ja vähentää näin suojelutoimenpiteiden tehoa, kun taas kesällä valunta ja kuormitus ovat pieniä. Kaikesta huolimatta leväbiomassan väheneminen johtaisi sedimentaation vähenemiseen ja edelleen pohjan happitilanteen paranemiseen ja sisäisen kuormituksen pienenemiseen sekä näin mm. loppukesän fosforirajoitteisten sinileväkukintojen pienenemiseen. Nämä ovat rannikkomme vesiensuojelutoimenpiteiden keskeisiä tavoitteita, ja niiden saavuttaminen edellyttää pitkäjänteistä, innovatiivista politiikkaa ja sen toimeenpanoa.
Kokonaiskuormitusmallin tilasi ympäristöministeriö, joka rahoitti hanketta ravinteiden kierrätysohjelmasta. Työn toteutti Suomen ympäristökeskuksen johtama konsortio, johon kuuluivat Ilmatieteen laitos ja Åbo Akademi. Hanke toteutettiin tiiviissä yhteistyössä mallijärjestelmän keskeisten loppukäyttäjien, ympäristöministeriön sekä Varsinais-Suomen, Uudenmaan, Kaakkois-Suomen sekä Etelä- ja Pohjois-Pohjanmaan ELY-keskusten kanssa. Tieteelliseen yhteistyöhön ovat lisäksi osallistuneet Tukholman yliopiston Baltic Nest Institute, Tukholman Kuninkaallinen teknillinen korkeakoulu sekä Bergenin, Helsingin ja Turun yliopistot.
Kuva 1: Leväbiomassan, a-klorofyllin ja ravinteiden ajallinen vaihtelu Saaristomeren ulkosaaristossa: mallisimulointi (yhtenäinen viiva) vs. havainnot (pisteet)
FICOS-mallilla lasketut tulokset vastaavat hyvin havaintoja. FICOS pystyy simuloimaan leväbiomassan (typpeä sitovat sinilevät ja muut levät), a-klorofyllin ja ravinteiden vuotuisen kehityksen tason (konsentraatiot) ja dynamiikan varsin realistisesti. Mallia ei ole erikseen sovitettu koko ao. aineistoon, joten kaikkiaan tulokset ovat lupaavia erityisesti biologisten vasteiden osalta. Havainnot on mitattu eri puolilta vesimuodostumaa, mikä lisää niiden luontaista vaihtelua. © SYKE
Kuva 2: Eri ravinnelähteiden merkitys Saaristomeren veden tilaan
FICOS-mallilla saatujen tulosten mukaan Saaristomeren sisä- ja välisaariston veden pintakerroksen tilan kannalta merkittävimmiksi osoittautuivat valuma-alueelta kulkeutuvat epäorgaaniset typpiravinteet ja sisäinen kuormitus, eli pohjasedimentistä vapautuva epäorgaaninen fosfori. Ulkosaariston ylivoimaisesti merkittävin ravinnelähde on ulapalta veden vaihdon myötä tuleva taustakuormitus.. © SYKE
Kuva 3. Itämeren suojeluohjelman (BSAP) ja maanviljelyn paikalliskuormituksen minimoimisen vaikutus verrattuna nykytoimenpiteiden jatkumiseen: a-klorofyllipitoisuuden ero (%) Saaristomerellä vuoteen 2050 mennessä
Jos Saaristomeren valuma-alueen pelloilta tuleva kuormitus vähennettäisiin niin alas kuin käytännössä on nykymenetelmin mahdollista, alueen epäorgaanisen typen kuormitus vähenisi n. 25 % nykytilasta ja epäorgaanisen fosforin 14 %. Mikäli myös BSAP suojeluohjelma toteutettaisiin koko Itämeren alueella, niin a-klorofyllin pitoisuus olisi vuonna 2050 keväällä ja syksyllä 10–30 % ja kesällä 0–20 % pienempi kuin tilanteessa, jossa suojelutoimet jatkuisivat nykyisellään. Ilmastonmuutoksen vaikutukset näkyvät jo näissä vuoden 2050 skenaarioissa. Osa tiukempien vesiensuojelutoimien tehosta kilpistyy ilmastonmuutoksen myötä lisääntyviin sateisiin ja niiden mukana mereen valuvien ravinnemäärien kasvamiseen keväällä ja syksyllä.© SYKE
Lisätietoja:
Erikoistutkija Risto Lignell, Suomen ympäristökeskus (SYKE)
puh. 040 182 3248, etunimi.sukunimi@ymparisto.fi
Viestintäasiantuntija Eija Järvinen, SYKE
puh. 040 743 9856, etunimi.sukunimi@ymparisto.fi