Suomen virtavesien erityispiirteet HYB010, 13.1. 2003, Dos. Kari-Matti Vuori Suomen virtavesien erityispiirteet Virtavesityypit Jokiekosysteemien rakenne ja toiminta Jokien vesiensuojelu ja ekologinen kunnostus

Mikä on virtavesi? engl. stream, yleisnimitys virtavesiekosysteemeille virtavesillä tarkoitetaan laajasti ottaen virtaavan veden (vesistö)kokonaisuuksia, joilla on omaleimainen eliöstönsä erityispiirteinä kosket ym. virtapaikat mutta: virtavesissä myös järvimäisiä piirteitä, kuten myös järvissä voi olla jokimaisia osia (esim. salmet) puro- ja jokivesistöt vesilaki määrittelee joeksi virtaavan veden vesistön joka on soutukelpoinen tai jonka keskivirtaama on vähintään 2 m3 / s pienpurot, norot

Purot ja joet: -linkki: maa-, järvi- ja meriekosysteemit Purot ja joet: -linkki: maa-, järvi- ja meriekosysteemit ”biodiversity hotspots” aineen ja energian virtaus valuma-alueen ”peili” jokilaakso><joki -teollisen toiminnan perusta ”The stream and its valley” Hynes 1975 ”From the Forest to the Sea” Maser & Sedell 1994

Suomi: satojentuhansien virtojen maa! Ilmasto ja geologia viileä, keskisateinen ilmasto sadannasta noin puolet valuu vesistöihin; virtavesiä kaikkialla maaston korkeuserot verrattain pieniä lyhyehköjä koskia suvantojen/järvien välillä suoalueiden meanderoivat joet, pienet purot paljon pieniä pohjavesimuodostumia; lähteet, tihkupinnat, norot, pohjavesivaikutteiset purot tulvaniittyjä ja kosteikkoja ennen kaikkialla suo- ja metsävaltaiset valuma-alueet veden väri, fys.-kemialliset ominaisuudet luonnontilassa uomat sisältäisivät paljon puuainesta Ihmistoiminnan vaikutusten pitkä historia ! Ilmastollisesti Suomi sijaitsee merellisen ja mantereisen ilmaston välialueella. Golf-virran ja Itämeren vaikutuksesta ilmasto on monissa suhteissa suotuisampi kuin useimpien muiden 60. ja 70. leveyspiirien välissä sijaitsevien alueiden. Suomen alueelle on kaudella 1961-1990 satanut vettä vuosittain keskimäärin 660 mm ja siitä on haihtunut 341 mm sekä valunut meriin ja valtakunnanrajan yli 318 mm. Vesivarastot ovat kasvaneet kaudella 1 mm verran. Mainittu 318 mm/vuosi valunta vastaa keskimääräistä virtaamaa 3 400 m3/s.

Suomen joet vesistöaluejaon ja keskivirtaamatietojen perusteella arvioiden Valuma-alueittain hyvin suuret joet: 9 >10 000 km2 esim. Kemijoki, Oulujoki, Kymijoki suuret joet: 150 1000-10 000 km2 esim. Porvoonjoki, Kyrönjoki, Simojoki keskisuuret joet: 1520 100-1000 km2 esim. Vuotosjoki, Tourujoki, Aurajoki pienet joet: 3270 10-100 km2 159000 jokikilometristä yli 10 000 km2 kokoisia jokia 1500 km 1000-10000 km2 jokia n. 4500 km 100-1000 km2 jokia n. 14500 km Vertaa Euroopan/maailman suurimpiin jokiin!

Virtavesien tyypittely tutkimuksen, tila-arvioinnin, kunnostuksen ja hoidon tarpeisiin fysikaalis-kemialliset ominaisuudet hydrologiset ja geomorfologiset ominaisuudet UOMAN ominaisuudet biologiset ominaisuudet luonnonmaantieteellisten alueiden mukaiset tyypittelyt (ecoregions) EU-tyypittely Vesipolitiikan puitedirektiivi 2000 tyypittely vertailuolojen määrittelyä varten Pakolliset tekijät korkeus, leveys- ja pituusaste, valuma-alueen geologia ja koko Valinnaiset tekijät mm. etäisyys joen alkupisteestä, virtauksen energia, pohjan laatu

Esim. Strahlerin uomaluokittelu 2 3 4 5 1 1 2 1 1 2 1 2

River Continuum concept -karkea yleistys, ei sovellu Suomeen JOKI JATKUMONA; River Continuum concept -karkea yleistys, ei sovellu Suomeen Vannote ym. 1980

Suomen jokityypit Ympäristöhallinnon alustavan ehdotuksen (2002) mukaan Erittäin suuret (>10 000 km2) orgaanisten, kvartsipitoisten valuma-alueiden joet Suuret (1000-10 000 km2 ) Keskisuuret (100-1000 km2) orgaaniset, kvartsipitoiset alavien (<200 m mpy) & keskikorkeiden (200-800 m) maiden joet rehevät, savisameat joet pienet joet (10-100 km2 ) <200 m, 200-800 m rehevät ja savisameat joet Huom! Lisäksi ns. pienvedet: purot, norot (alle 10 km2 )

Reittivesistöjen erityispiirteet virtaaman vakaus ja ennustettavuus yläpuolinen järviallas tasaa virtaamavaihteluja luusuavaikutus järvi “ruokkii” jokea Järven auto- ja heterotrofinen tuotanto Luusuasta alauomaan edettäessä korkealaatuisen orgaanisen aineksen määrä laskee Järvien pirstomissa uomajatkumoissa luusuavaikutus vallitseva Sekundäärituotanto korkea Pohjaeläimistö, kalasto

Jokiekosysteemin rakenne ja toiminta Abioottiset ominaispiirteet hydrologia uoman morfologia & pohjan laatutekijät Bioottiset ominaispiirteet Abiotia + biotia = ekosysteemin toiminta

Abioottiset ominaispiirteet I Hydrologia Virtaama Q = leveys x keskisyvyys x virtausnopeus suuret vuodenaikaisvaihtelut alivaluma-ajat: talvi, kesä ylivaluma- eli tulva-ajat: tyypillisesti kevät, syksy (sateista riippuen) pitkä talvi: veden lt 0-1, ajoittain <0  C, hyyde jää ja tulva häiriötekijöinä  uoman morfologia, pohjan laatu virtauksen luonne ja dynamiikka riippuu virtaaman ohella uoman ja pohjamateriaalin ominaispiirteistä kitka: virtausvastus, virtauksen konvergenssi/divergenssi esim. niva, sahi, koski virtausnopeuden vaihtelu mikrohabitaateissa

Abioottiset ominaispiirteet II Morfologia & pohjan laatu uoman rakenteellinen monimuotoisuus linjaus, poikki- ja pituusleikkaus uoman ja tulvatasanteen vaihteleva profiili, rantavyöhyke, tulvatasanko kaltevuus, meanderointi, palmikointi virtauspaikkojen ja suvantojen vuorottelu pohjamateriaalin heterogeenisuus mineraaliaineksen vaihteleva raekoko: savi, lieju, hiekka, sora, somerikko, pikkukivikko, kivikko, lohkareet, pintakivet biologinen materiaali: liekopuu (kuolleet rungot), muu karkea puuaines, juuret, kasvillisuus

Eliöyhteisöjen ominaispiirteet I Perustuottajat Levät kasviplanktonin merkitys vähäinen putkilokasvien merkitys suhteellisen vähäinen huom! järvimäiset laajentumat, suvannot, hidasvirtaiset, pehmeäpohjaiset jokityypit luusuavaikutus periphyton eli pohjalevästö + vesisammaleet tärkeitä monissa jokivesistöissämme viher-, puna- ja piilevät, sinilevät näkinsammalet (Fontinalis), purosammalet (Hygrohypnum) ”ecosystem engineers” synnyttävät, ylläpitävät ja muokkaavat habitaatteja muille eliöille

Pohjalevien kasvumuodot Lähde: Allan -95

Eliöyhteisöjen ominaispiirteet: II Kuluttajat vesiselkärangattomat pääosin ns. pohjaeläimiä (benthic invertebrates), pohjamateriaalin pinnoilla, välitiloissa ja sedimentissä eläviä vesihyönteiset (pääosin toukkavaiheet) tärkeimpiä (usein yli 90 %): päivänkorennot, koskikorennot, sudenkorennot, vesiperhoset, kaksisiipiset (erit. surviaissääsket ja mäkärät), vesikovakuoriaiset kotilot, simpukat, harvasukamadot, juotikkaat, vesisiira, katka ravinnontotavan mukainen ryhmittely kaapijat, suodattajat, pilkkojat, pohjakerääjät, pedot kalat: nahkiainen, lohi, taimen, simput, kivennuoliainen + monet järvilajit sammakkoeläimet sammakko, vesilisko nisäkkäät saukko, majava, vesikko, tulokaslajeina minkki, kanadanmajava linnuista koskikara

Joen ravintoverkko

Jokiekosysteemin rakenne ja toiminta: abioottinen><bioottinen säätely abioottinen kontrolli fysikaaliset häiriöt säätelevät eliöyhteisöjä tulvat, jäähäiriöt ”intermediate disturbance” –hypoteesi laikkudynamiikka bioottinen kontrolli ”bottom-up”: energian lähteet säätelijöinä levätuotanto säätelee 1. asteen kuluttajia kariketuotanto säätelee pilkkojayhteisöjä pohjaeläinbiomassa säätelee kalayhteisöjä ”Top-down”: kuluttajat säätelevät tuottajayhteisöjä portaittainen, dynaaminen ravintoverkkosäätely aika- ja tilamittakaava myös säätelytekijöinä!

Jokiekosysteemin toiminta I energian lähteet autotrofia / heterotrofia omavaraisuus: suuret, kirkasvetiset ja avoimet (auringon valoenergia) jokisysteemit toisenvaraisuus: purot, pienet metsäjoet (energia maaekosysteemeistä huuhtoutuvaa orgaanista ainesta ja lehtikariketta); luusuat (energia yläpuolisesta järvestä) ”mikrobisilmukka” (microbial loop) liuennut orgaaninen aines  bakteerit  alkueläimet, rataseläimet  pohjaeläimet  kalat (?) ns. biofilmit kivi-, puu- ym. pinnoille kertyvä orgaaninen ”lima”kerros; bakteeri-sieni-levä -kompleksi

Koskikiven ”biofilmi” Allan -95

Jokiekosysteemin toiminta II Energian ja aineen virtaus ja varastot ”ravinnesilmukka” (nutrient spiralling) ravinneatomin kulkeutuminen – pidättyminen –vapautuminen –kulkeutuminen –pidättyminen.... virtavesissä ravinnekierto ylävirrasta alavirtaan ”spiraalina” spiraalin ”tiukkuus” = pidätysteho ainepitoisuus, uoman leveys, pidätyskyky uoman ”pidätyskapasiteetti” (retention capacity) pidättävien rakenteiden/eliöiden/mekanismien määrästä/luonteesta riippuu kuinka suuri osa tietyn jokijakson läpi virtaavasta aineesta ja energiasta varastoituu paikalle ja on eliöiden käytettävissä uomamorfologia, liekopuut, vesisammalet vuorovaikutus rantavyöhykkeen/tulva-alueiden kanssa vrt. Niilin maanviljely

Ihmistoiminta ja Suomen virtavedet maa-, metsä- ja turvetalous, uitto, tulvasuojelu, vesivoima, teollisuus ja asutus; 1800-luvulta alkaen valuma-alueet järvenlaskut pellonraivaus, suo- ja metsäojitukset hydrologia, vedenlaatu uomat perkaukset, uomien oikaisut, pengerrykset padot ym. rakenteet, säännöstely ja vesirakentaminen hydrologia, vedenlaatu, uomien rakenne (pohjan laatu), habitaattien määrä, laatu ja pirstoutuneisuus (esteettömyys, jatkuvuus) piste- ja hajakuormitus: vedenlaatu, pohjahabitaattien laatu

Uhanalaiset virtavedet luonnontilaisia virtavesiä hyvin vähän norot ja purot heikoimmin säilyneet esim. Pohjois-Karjala: vain 23 % luonnontilassa (käytännössä usein vain osittain säilyneet) valtaosa suuremmista jokivesistöistä ”monivammaisia” -jokien vedenlaatuluokitus virtavesibiotoopeissa suuri joukko uhanalaisia (Rassi ym. 2000) 160 eliölajia (noin 11 % kaikista uhanalaisista) joki-, puro-, koski- tai joenrantojen habitaateissa luokiteltu uhanalaisiksi

Virtavesikunnostukset Abioottisten tekijät uomakunnostukset kiveäminen, soraistus liekopuut profiilin muotoilu kalatiet 1970-luvulta lähtien valuma-aluekunnostukset suot, kosteikot, rantavyöhykkeet puro-, järvi- ja jokihabitaatit esim. Pohjois-Karjala, Lappajärvi, Tuusulanjärvi Bioottiset tekijät eliöistutukset lohikalat laajamittaisesti, nahkiainen vesissammalkokeilut Kivi- ja liekopuukunnostusta Nurmeksen Kuohattijärveen laskevassa purossa

Lisätietoa virtavesistä http://www.ymparisto.fi/ympsuo/projekti/lifeppo Allan, J. D. 1995: Stream ecology. Structure and function of running waters