Metsien kunnostusojitus happamien sulfaattimaiden esiintymisalueella 1

Perhonjoen alaosan happamuuden hallinta (PAHA) V uodet 2011–2014 kestäneessä PAHA-hankkeessa tutkittiin eri kunnostusojitustekniikoiden vaikutuksia vedenlaatuun. Tutkimuksilla pyrittiin löytämään kustannustehokkaita menetelmiä happamuuden vähentämiseksi alueilla, joilla sijaitsee happamia sulfaattimaita. Hanketta hallinnoi Kokkolan kaupunki ja pääpartnereina hankkeessa toimivat Suomen Metsäkeskus sekä OTSO Metsäpalvelut. Hankkeen muita partnereita olivat Metsäntutkimuslaitos METLA, maanomistajat, Metsätalouden kehittämiskeskus Tapio, Etelä-Pohjanmaan ELY-keskus, Kruunupyyn kunta sekä GTK. Hankkeen rahoittajia olivat Euroopan aluekehitysrahasto (EAKR), Perhonjokirahasto sekä Kokkolan kaupunki. Tämän oppaan tavoitteena on helpottaa happamien sulfaattimaiden tunnistamista metsissä. Oppaassa kerrotaan myös vaihtoehtoisten ojitustekniikoiden hyödyistä happamuuden hillitsemiseksi happamilla sulfaattimailla. Menetelmät ovat olleet kokeellisessa käytössä hankkeen koekentällä, ohutturpeisella Kiimakorven suoalueella Kruunupyyn Alavetelissä. Projektisihteeri Mats Willner suorittamassa pH-mittauksia Kiimakorven suoalueella keväällä 2012. Kuva Juhani Hannila, Kokkolan kaupunki 2 Sulfidisedimenttien synty Suomen rannikkoalueiden sulfidisedimentit alkoivat kerrostua jääkauden jälkeen, noin 8000 vuotta sitten, nykyistä Itämerta edeltäneen Litorinameren aikana. Orgaaninen aines, kuten kasvinosat, maatuivat hapettomassa merenpohjassa. Hapettomissa olosuhteissa syntyi bakteerien ansiosta rautasulfideja, jotka sedimentoituivat merenpohjalle. Maankohoamisen myötä sulfideja sisältävät sedimentit ovat nousseet ylös kuivalle maalle. Tasaisen topografian johdosta alueet usein soistuvat ja sedimenttien päälle kertyy turvetta. Korkea pohjavedenpinta pitää sulfidit hapettomassa tilassa. Luonnontilaisena sulfidisedimentit eivät aiheuta merkittäviä ongelmia ympäristössä. SULFIDISEDIMENTTI TURVE SULFIDISEDIMENTTI

Metsien kunnostusojitus vaatii tarkkuutta happamilla sulfaattimailla Happamien sulfaattimaiden kanssa voidaan joutua tekemisiin muinaista merenpohjaa olevien rannikkoalueittemme metsien kunnostusojituskohteilla, eli ns. Litorina-alueella, Pohjois-Suomessa noin 100 metrin ja Etelä-Suomessa noin 40 metrin korkeuskäyrän alapuolisilla rannikkoalueilla. • TIETORUUTU • Potentiaalinen hapan sulfaattimaa (PHS): Rikkipitoinen sulfidisedimentti joka reagoidessaan hapen kanssa (esim. ojituksen seurauksena) muodostaa rikkihappoa. Hapettomassa tilassa nämä sulfidisedimentit ovat harmittomia ja melkein pH-neutraaleja (7,0). Todellinen hapan sulfaattimaa (THS): PHS on altistunut hapelle ja hapettunut. Hapettumisen vuoksi sedimenttiin on muodostunut happoa, jonka seurauksena sedimentin pH laskee usein alle 4,0. Kokkola © Vihertävä sulfidipitoinen liejuhiesu turpeen alapuolella. Kuva Jaakko Auri, GTK Happamien sulfaattimaiden väri voi vaihdella hyvin paljon. Ne voivat olla tummia (melkein mustia), harmaita tai jopa vihertäviä. Viereisessä kuvassa erottuu turvekerroksen vaihettumiskerros potentiaaliseen happamaan sulfaattimaahan (sulfidisedimentti). Vihertävä väri on suhteellisen tavallinen liejuisissa sulfidisedimenteissä, joita tavataan turpeen alapuolisessa vaihettumisvyöhykkeessä. Hiljattain perattu oja ohutturpeisella metsämaalla. Kuvassa erottuu turpeen alapuolinen hapettunut kerros, tunnusomaisine rautasaostumineen sekä sen alapuolella tummempi, äskettäin paljastunut hapettumaton sulfidikerros. Kuva Peter Edén, GTK Musta monosulfidi. Kuva Emmi Rankonen, GTK Happaman sulfaattimaan profiili peltomaassa. Kuva Peter Edén, GTK Hapettuneen kerroksen rautasaostumia. Kuva Emmi Rankonen, GTK Suometsissä varsinaista hapanta sulfaattimaata (alunamaata) tunnusomaisine punertavan- ja kellanruskeine värjäytymineen voi löytyä lähinnä vanhojen ojien pohjista tai ojaluiskista ja penkoista, eli sieltä missä ojituksen kuivatusvaikutus on ollut suurinta. Vanhat ojien kaivumassakasat voivat myös antaa viitteitä happamien sulfaattimaiden esiintymisestä. Ojitettu musta monosulfidi menettää nopeasti tumman värinsä hapettuessaan ja muuttuu harmaaksi. Sulfidit ovat reagoineet hapen kanssa, muodostaen todellisen happaman sulfaattimaan. 3

Suometsien kunnostusojitus happamilla sulfaattimailla Haittojen torjunta Ojien umpeenkasvun myötä sulfidikerrokset ovat vuosikymmenten kuluessa kyllästyneet jälleen vedellä eikä hapanta metallipitoista vettä enää huuhtoudu ojiin. TURVE SULFIDISEDIMENTTI 40 m 0,8 m 4 TURVE SULFIDISEDIMENTTI 40 m Vesistöjen kannalta paras vaihtoehto happamien sulfaattimaiden riskialueilla on luopua kunnostusojituksesta kokonaan. Jos ojitukseen kuitenkin ryhdytään, voidaan happamien sulfaattimaiden metallipäästöjä vähentää käyttämällä kunnossapito-ojituksessa eri ojitustekniikoita. Musta monosulfidi ojan pohjassa. Kuva Mats Willner, Kokkolan kaupunki Tavanomainen kivennäismaahan asti ulottunut soiden ojitus paljastaa ja kuivattaa sulfidipitoisia kerroksia. Kun ilman happi pääsee kosketukseen sulfidien kanssa, muodostuu voimakasta happoa, jonka seurauksena syntyy todellinen hapan sulfaattimaa. Mustaksi värjäytyneen maakerroksen paljastuminen on varma osoitus sulfidien esiintymisestä. Sulfidien havaitseminen on paljon vaikeampaa, silloin kun ne eivät värjää maakerrosta tummaksi, eikä hapettoman ja hapettuneen kerroksen välille muodostu selvää värieroa. Usein sulfidiyhdisteet haisevat tunnusomaiselle ”mädäntyneelle kananmunalle”, haihtuvan rikkivedyn takia. Ojitus on tärkeää toteuttaa luonnon kannalta mahdollisimman hellävaraisesti. Happamilla sulfaattimailla toimittaessa tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että kuivatussyvyys pidetään sulfidisedimentin yläpuolella turvekerroksessa, jotta estettäisiin sulfidien reagoiminen hapen kanssa.

Ohutturpeisilla alueilla matalat ojat ovat oiva vaihtoehto happamien sulfaattimaiden huomioimiseen. Matalat ojat, jotka eivät ulotu kivennäismaahan asti, vaan pysyvät turvekerroksessa, eivät aiheuta voimakasta sulfidien hapettumista. Riittävän kuivatustehon varmistamiseksi täydennysojat kaivetaan tavanomaista tiheämmin. Mikäli sulfidikerroksia nostetaan ojanpohjasta, tulee ne peittää turpeella hapettumisen hidastamiseksi. Sulfidipitoiset kaivumassat on sijoitettava kauas ojaluiskasta, esimerkiksi vanhan kaivumassavallin taakse. Paksuturpeisilla kohteilla vältetään happamoitumisuhka, mikäli kaivusyvyys ei ylety kivennäismaahan asti. MAAPINTA VESIPINTA 0,5 m TURVE 20 m SULFIDISEDIMENTTI Perkausmassat sijoitetaan vanhan ojapenkan taakse ja peitetään turpeella. POHJAPATO PERATTU OSUUS Kunnostusojituksen yhteydessä voidaan rakentaa myös pohjapatoja. Pohjapatoja olisi syytä rakentaa ojalinjastoon sulfidisedimenttien ilmaantuessa ojitussyvyydellä. Tämä varmistaa sen, että pohjavedenpinta pysyy riittävän korkealla kesän kuivina aikoina, estäen sulfidien hapettumisen. Pohjapadot myös hidastavat ojassa kulkevan veden virtausnopeutta, vähentäen ojaliuskojen eroosiota. Kalkkikivestä tehty pato myös neutraloi veden happamuutta. MAAPINTA VANHA OJAPENKKA 0,8 m 0,8 m VESIPINTA PERKAAMATON OSUUS TURVE SULFIDISEDIMENTTI Mikäli vanhoja ojia ei pystytä kunnostamaan ilman riskiä sulfidikerrosten paljastamisesta, voi olla turvallisempaa jättää vanhat ojat koskematta ja kaivaa tiheä matalien täydennysojien verkko. Ojakohtaista metallikuormaa voidaan vähentää jättämällä ojaan kaivukatkoja, joissa maanpintaa ei rikota lainkaan. Tällöin kaivukatkot toimivat kuten pienet pintavalutuskentät suodattaen vedestä metalleja ja ravinteita. 0,8 m PERATTU OSUUS Pohjapadon voi toteuttaa myös jättämällä ojanpohjaan perkauskatkon. Tässä tapauksessa vanha ojanpohja toimii luonnollisena kynnyksenä. Ojanpohjan kasvillisuus suodattaa myös metalleja vedestä. Syviä vesiensuojelurakenteita, kuten lietekuoppia ja lasketusaltaita, tulisi välttää happamien sulfaattimaiden alueilla. 5

Happamien sulfaattimaiden vesistövaikutukset Pohjaveden pinta TURVE Fe, Al, Ni, Zn, Cu SULFIDIKERROS (FeS & FeS2) Fe, Al, Ni, Zn, Cu pH < 4,5 pH > 6,0 Sulfidien hapettuminen aiheuttaa sarjan kemiallisia ja biokemiallisia reaktioita. Sedimentin pH laskee arvosta 6–7 alle 4,5. Joskus pH arvo voi laskea jopa alle 3,5. Syynä pH arvon romahtamiselle on sedimentissä muodostunut happo. Sulfidit (joko FeS tai FeS2) reagoivat hapen kanssa ja lopputuloksena syntyy rikkihappoa. pH-arvon romahtaminen liuottaa maaperän mineraaleista metalleja, jotka huuhtoutuvat ojiin virtaamien noustessa. Erityisesti syksyn rankat sateet ja keväällä lumensulamisvedet nostattavat virtaamia ja huuhtovat hapanta ja metallipitoista vettä alapuolisiin vesistöihin. Erityisen ongelmallisia ovat kuivat kesät, jolloin pohjavedenpinta on laskenut alhaiselle tasolle ja hapettunut kerros laajenee tavanomaista syvemmälle. Kuivan kesän jälkeiset syksyn rankkasateet huuhtovat hapettuneen kerroksen happamuutta ja metalleja vesistöihin. Happamuuspiikit voivat ajoittain olla hyvin rajuja ja pH-arvo voikin pudota happamuudesta kärsivissä joissa jopa alle 4,5. Raju muutos pH-arvoissa tai hyvin pitkäkestoinen happamuus voi johtaa laajoihin kalakuolemiin. Happamissa olosuhteissa metallit liukenevat ja aiheuttavat monenlaisia fysiologisia ongelmia. Liuenneet metallit mm. saostuvat kalojen kiduksille, aiheuttaen vaurioita kiduksien rakenteessa. Kidusvauriot heikentävät kaasunvaihtoa, mikä heikentää yksilön kuntoa. Mäti- ja poikasvaiheen yksilöt ovat erityisen herkkiä happamuudelle. 6 Happamuus voi johtaa ajoittain kalojen joukkokuolemiin. Kuva Kari Saari, Etelä-Pohjanmaan ELY-keskus pH-arvoa 5,5 pidetään usein raja-arvona, jonka alitus aiheuttaa ongelmia eritoten herkissä särki- ja lohikaloissa. Suuret metallipitoisuudet lisäävät happamuuden myrkyllisyyttä. Vesistöihin huuhtoutuva happamuus ja suuret metallipitoisuudet ovat ilmentyneet ajoittain toistuvina laajoina kalakuolemina. Edelliset laajat kalakuolemat Pohjanmaan joissa tapahtuivat v. 2006. Uusien kalakuolemien estämiseksi olisikin tarpeen miettiä, ovatko ojituksesta tulevat hyödyt (esim. taloudellinen hyöty) suurempia kuin ojituksesta syntyvät haitat (esim. ongelmat kalataloudessa). Jos haitat ovat suurempia kuin saavutettu hyöty, niin olisi tarpeen miettiä ojituksesta luopumista. Tämä tarkoittaa käytännössä alueita, joilla sulfidit sijaitsevat lähellä maanpintaa. • TIETORUUTU • 4 FeS (monosulfidi) + 9 O2 + 10 H2O  4 Fe(OH)3 (rautahydroksidi) + 4 H2SO4(rikkihappo) 4 FeS2 (pyriitti) + 15 O2 + 14 H2O  4 Fe(OH)3 (rautahydroksidi) + 8 H2SO4 (rikkihappo) Österholm (2005) ”Laskelmien mukaan esimerkiksi vain yksi litra hapanta sulfaattimaata vastaa noin 1000–2000 vuotta hapanta vesisadetta (500 mm vuodessa / pH 4,5).” Janne Toivonen

Lisätietoa happamista sulfaattimaista Graafinen suunnittelu: Tiina Fors, Mainostoimisto Taikahattu Paino: Lönnberg Print & Promo Kuva Pixmac Geologian tutkimuskeskus (GTK) kartoittaa happamien sulfaattimaiden esiintymiä ympäri Suomen rannikkoa. Kartoituksen tulokset löytyvät Geologian tutkimuskeskuksen hallinnoimasta yleisölle avoimesta karttapalvelusta. Yläpuolinen kuva on kuvakaappaus kyseisestä palvelusta (http://gtkdata.gtk.fi/Hasu/index.html). PAHA-hanke, Kokkolan ympäristöpalvelut: http://www.kokkola.fi/palvelut/ymparisto_ja_ luonto/hankkeet/paha_hanke/fi_FI/paha_hanke/ GTK: http://www.gtk.fi/tutkimus/tutkimusohjelmat/ yhdyskuntarakentaminen/sulfaattimaat.html Yhteistyökumppaneiden kotisivut: LUKE: http://www.luke.fi/metsat/ Metsäkeskus: http://metsakeskus.fi/ OTSO Metsäpalvelut: http://www.otso.fi/ 7

Työryhmä: Juhani Hannila ja Mats Willner Kokkolan kaupunki, ympäristöpalvelut Kjell Sundsten OTSO Metsäpalvelut Tiina M. Nieminen Metsäntutkimuslaitos (METLA, 1.1.2015 alkaen LUKE) Piirrokset: Torolf Finnbäck Kuva Markku Saarinen, LUKE 8