Suomen virtavesien erityispiirteet

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

2. 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

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

4. 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 !

6. 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 Suomen joetvesistöaluejaon ja keskivirtaamatietojen perusteella arvioiden

7. 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 Virtavesien tyypittelytutkimuksen, tila-arvioinnin, kunnostuksen ja hoidon tarpeisiin

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

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

10. Suomen jokityypitYmpäristöhallinnon 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 ) • orgaaniset, kvartsipitoiset • <200 m, 200-800 m • rehevät ja savisameat joet Huom! Lisäksi ns. pienvedet: purot, norot (alle 10 km2 )

11. 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

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

14. Abioottiset ominaispiirteetI 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

15. Abioottiset ominaispiirteetII 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

16. Eliöyhteisöjen ominaispiirteetI 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

17. Pohjalevien kasvumuodot Lähde: Allan -95

18. 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

20. Joen ravintoverkko

21. 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!

22. 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

23. Koskikiven ”biofilmi” Allan -95

24. Jokiekosysteemin toiminta IIEnergian 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

25. 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

26. 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

27. 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

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