Phytoplankton quantity as an indicator of eutrophication in Finnish coastal waters : Applications within the Water Framework Directive

The tackling of coastal eutrophication requires water protection measures based on status assessments of water quality. The main purpose of this thesis was to evaluate whether it is possible both scientifically and within the terms of the European Union Water Framework Directive (WFD) to assess the status of coastal marine waters reliably by using phytoplankton biomass (ww) and chlorophyll a (Chl) as indicators of eutrophication in Finnish coastal waters. Empirical approaches were used to study whether the criteria, established for determining an indicator, are fulfilled. The first criterion (i) was that an indicator should respond to anthropogenic stresses in a predictable manner and has low variability in its response. Summertime Chl could be predicted accurately by nutrient concentrations, but not from the external annual loads alone, because of the rapid affect of primary production and sedimentation close to the loading sources in summer. The most accurate predictions were achieved in the Archipelago Sea, where total phosphorus (TP) and total nitrogen (TN) alone accounted for 87% and 78% of the variation in Chl, respectively. In river estuaries, the TP mass-balance regression model predicted Chl most accurately when nutrients originated from point-sources, whereas land-use regression models were most accurate in cases when nutrients originated mainly from diffuse sources. The inclusion of morphometry (e.g. mean depth) into nutrient models improved accuracy of the predictions. The second criterion (ii) was associated with the WFD. It requires that an indicator should have type-specific reference conditions, which are defined as "conditions where the values of the biological quality elements are at high ecological status". In establishing reference conditions, the empirical approach could only be used in the outer coastal water types, where historical observations of Secchi depth of the early 1900s are available. The most accurate prediction was achieved in the Quark. In the inner coastal water types, reference Chl, estimated from present monitoring data, are imprecise - not only because of the less accurate estimation method but also because the intrinsic characteristics, described for instance by morphometry, vary considerably inside these extensive inner coastal types. As for phytoplankton biomass, the reference values were less accurate than in the case of Chl, because it was possible to estimate reference conditions for biomass only by using the reconstructed Chl values, not the historical Secchi observations. An paleoecological approach was also applied to estimate annual average reference conditions for Chl. In Laajalahti, an urban embayment off Helsinki, strongly loaded by municipal waste waters in the 1960s and 1970s, reference conditions prevailed in the mid- and late 1800s. The recovery of the bay from pollution has been delayed as a consequence of benthic release of nutrients. Laajalahti will probably not achieve the good quality objectives of the WFD on time.    The third criterion (iii) was associated with coastal management including the resources it has available. Analyses of Chl are cheap and fast to carry out compared to the analyses of phytoplankton biomass and species composition; the fact which has an effect on number of samples to be taken and thereby on the reliability of assessments. However, analyses on phytoplankton biomass and species composition provide more metrics for ecological classification, the metrics which reveal various aspects of eutrophication contrary to what Chl alone does.

Orgaanisen aineen huuhtoutuminen ja siihen vaikuttavat tekijät

English summary: The washing out of organic matter and factors affecting it.

Maatilatalous ja sen vaikutus vesistöjen kuormittajana Lounais-Suomessa

Agricultute as a contributor to water pollution in Southwestern Finland.

Effect of drainage basin characteristics on the diffuse load of phosphorus and nitrogen.

Tiivistelmä: Valuma-alueen vaikutus fosforin ja typen hajakuormitukseen.

Vesien tila hyväksi yhdessä : Keski-Suomen vesienhoidon toimenpideohjelma vuosille 2016-2021

Vesienhoidon tavoitteena on saada pinta- ja pohjavedet vähintään hyvään tilaan ja estää hyvälaatuisten vesien tilan heikkeneminen. Tavoitteiden saavuttamiseksi on laadittu vesienhoitosuunnitelmat ja niiden tausta-aineistona olevat yksityiskohtaisemmat toimenpideohjelmat. Keski-Suomen vesienhoidon toimenpideohjelma vuosille 2016–2021 tarkentaa Kymijoen-Suomenlahden ja Kokemäenjoen-Saaristomeren-Selkämeren-vesienhoitosuunnitelmia Keski-Suomen osalta. Toimenpideohjelmassa on kuvattu Keski-Suomen pinta- ja pohjavesien nykytila, vesiä muuttavat tekijät, vesien parantamistarpeet sekä esitetty tarvittavat toimenpiteet vesien tilan parantamiseksi ja ylläpitämiseksi. Toimenpideohjelmassa on arvioitu yli 460 pintavesimuodostuman tila sekä 45 pohjavesialueen pohjaveden tila. Maakunnan luokiteltujen järvien pinta-alasta 22 % on erinomaisia, 71 % hyviä ja 7 % alle hyvän tilan. Luokiteltujen jokien pituudesta 7 % on erinomaisia, 41 % hyviä ja 52 % alle hyvän tilan. Ekologista tilaa heikentää erityisesti hajakuormitus, joka on pääosin peräisin maa-ja metsätaloudesta ja haja-asutuksesta. Paikoitellen myös pistekuormitus heikentää vesientilaa. Joet ovat järviä huonommassa tilassa muun muassa ihmistoiminnan aiheuttamien rakenteellisten ja hydrologisten muutosten vuoksi. Hyvässä kemiallisessa tilassa on 40 % järvipinta-alasta ja 41 % jokipituudesta. Huono kemiallinen tila johtuu kalojen elohopeasta, jonka on arvioitu olevan peräisin pääosin ilman kautta tulevasta laskeumasta. Maakunnassa on luokiteltu 239 I ja II luokan pohjavesialuetta. Pohjaveden kemiallista tai määrällistä tilaa uhkaavaa toimintaa on arvioitu olevan 45 pohjavesialueella. Näistä riskinalaisiksi on todettu 28 pohjavesialuetta, joista huonotilaisiksi on arvioitu 24 ja hyvätilaisiksi 4. Kaikilla huonotilaisilla pohjavesialueilla huonon tilan aiheuttaa pohjaveden kemiallinen tila. Teollisuus- ja yritystoiminta ja näiden synnyttämät pilaantuneet alueet, liikenne ja tienpito sekä maatalous aiheuttavat merkittävimmät uhkat pohjavedelle. Lisäselvityksiä riskinalaisuudesta ja tilasta on tarpeen tehdä 17 pohjavesialueella Maa- ja metsätalouden vesienhoitotoimenpiteillä pyritään erityisesti ravinne- ja kiintoainekuormituksen vähentämiseen. Esimerkiksi maatalouden suojavyöhykkeitä ja kosteikkoja on esitetty nyt selvästi enemmän kuin 1. kaudella. Kunnostusojituksen vesiensuojelua tehostetaan perusvesiensuojelutason lisäksi muun muassa putkipadoilla ja vanhojen ojitusten aiheuttamia eroosiohaittoja torjutaan erillishankkeiden kautta. Pistekuormituksen vähentämiskesi esitetään muun muassa kahdeksan jätevedenpuhdistamon perusparantamista sekä turvetuotannon vesiensuojelua tehostetaan viidesosalla olemassa olevasta turvetuotantopinta-alasta. Vesistöjen rakentamiseen, säännöstelyyn ja kunnostukseen liittyviä toimenpiteitä on esitetty yhteensä 22 jokimuodostumalle ja 14 järvelle.. Pohjavesialueilla keskeisiä vesienhoitotoimenpiteitä ovat erityisesti pilaantuneiden alueiden kunnostukset, teiden talvisuolauksen vähentäminen ja suolaa vähemmän haitallisen aineen käyttöönotto sekä pohjavesisuojausten rakentaminen liikennealleille ja -väylille. Toimenpideohjelma on valmisteltu yhteistyössä vesienhoidon yhteistyöryhmän kanssa. Kansalaisia, viranomaisia ja sidosryhmiä on kuultu useissa suunnittelun eri vaiheissa