Maankäytön vesistökuormitus ja sen vaikutukset vesiekosysteemeihin – katsaus käynnissä olevaan tutkimukseen ja tietotarpeisiin : Innovative Land-Water Interfaces

Kartoitimme Luonnonvarakeskuksen (Luke) ja muiden organisaatioiden maankäytön vesistökuormituksen ja sen vaikutusten osaamista, käynnissä olevaa aihepiirin tutkimusta, vesistötoimenpiteiden vaikuttavuutta sekä tietotarpeita. Kokonaiskuvan muodostamisen tavoitteena on luoda edellytyksiä uusiin avauksiin maankäytön ja vesistökuormituksen keskeisten haasteiden ja ratkaisujen tunnistamisessa sekä kehittää aiempaa tehokkaammin uusia innovatiivisia lähestymistapoja ja menetelmiä mm. vesistöjensuojelutoimenpiteiden kohdentamiseen yhteistyössä alan toimijoiden kanssa (Innovative land-water interfaces, Innowater). Tiedonkeruu toteutettiin asiantuntijakyselyillä Luken tutkijoille, muiden tutkimusorganisaatioiden tutkijoille ja alan toimijoille. Sitä täydennettiin kirjallisuushauilla ja järjestämällä monitieteinen työpaja. Tämä katsaus tiivistää kartoituksen tulokset.

Kartoituksen perusteella tutkijayhteisöllä ja sidosryhmillä on syvällistä ja laaja-alaista osaamista vesistökuormituksesta ja sen vaikutuksista valuma-alueilta vesistöihin. Eri osa-alueita ja vaikutuksia tutkitaan runsaasti, mutta maankäytön sektorit ja skaalat yhdistävää tutkimusta on selvästi vähemmän. Tunnistimme neljä laajaa tutkimusteemaa, joissa tutkijayhteistyön lisääminen vahvistaisi maa- ja metsätalouden ympäristövaikutusten systeemistä ja tieteiden välistä tarkastelua: 1) Valuma-aluenäkökulma: kokonaiskuva kustannustehokkaista ja kohdistetuista vesiensuojelukeinoista maiseman pelto-metsämosaiikissa, 2) maankäytön vesistökuormituksen vaikutukset vesieliöihin ja -ekosysteemeihin, 3) maankäytön vesistövälitteiset kasvihuonekaasupäästöt ja ilmastovaikutukset, 4) maa- ja metsätalouden tuotteiden elinkaariarviointi.

Vastaajista suurin osa oli kuormittavien tekijöiden ja kuormituksen vähentämisen asiantuntijoita. Kuormittaviin tekijöihin ja kuormituksen vähentämiseen liittyviä tietotarpeita ovat kuormituslähteiden suhteelliset kuormat ja niiden nykyistä kattavampi seuranta (ravinteet, kiintoaine, hiili, muut haitalliset aineet), prosessit, kuten hiilen muodot ja kulkeutuminen, sekä vesiensuojelu- ja maankäyttötoimenpiteiden vaikutukset kuormiin. Nämä ovat myös keskeisiä tietotarpeita vesiekosysteemien prosessien lisäksi, kun selvitetään maankäytön ilmastovaikutusten kokonaiskuvaa ottamalla huomioon maankäytön muutosten ja kuormituksen vaikutukset valuma-alueen vesistöjen kasvihuonekaasupäästöihin. Vesieliö- ja ekosysteemivaikutuksia tutkittaessa olisi oleellista liittää maa- ja metsätalouden kuormituksen vaikutukset muuttuneen hydrologian ja biologis-fysikaalisten tekijöiden vaikutuksiin sekä selvittää eri vesiensuojelumenetelmien tehokkuutta monimuotoisuuden näkökulmasta. Maa- ja metsätalouden tuotteiden vesijalanjälki- ja elinkaarianalyysin tietotarpeita ovat metsätalouden tuotteiden elinkaarianalyysiin sopiva kuormitusmalli ja maatalouden päivitetty kuormitusmalli. Ylipäätään tarvitaan lisää tutkimusta eri tarkastelutasoilla: prosesseista ja mekanismeista valuma-alueen ja alueelliselle tasolle. Kokonaisuuksien tarkastelun mahdollistavat mallit ja aineistojen yhdistäminen mutta myös entistä kattavampi seurantatieto. Pistekuormituksen vähentyminen nähtiin onnistumisena ja hajakuormituksen hallitseminen nykyisenä haasteena.

Kyselyyn vastanneiden alan toimijoiden mukaan kolme tärkeitä vesistöjen tilan uhkaa ovat ilmastonmuutos, maankäytön muutokset sekä ohjauskeinojen ja rahoituksen riittämättömyys tai kohdistuminen ja kolme tärkeintä mahdollisuutta ovat asenteiden ja yhteisen tahtotilan muuttuminen myönteisiksi vesien tilan parantamiselle, rahoituksen saatavuuden parantuminen sekä suunnittelua ohjaavan tiedon lisääntyminen.

—————————————————

Questionnaire surveys of the Innowater project mapped existing expertise and knowledge gaps regarding environmental loads to water bodies and their aquatic impacts. The surveys were
targeted to the research community as well as to other stakeholder groups in Finland. The rationale was to combine expertise of Natural Resources Institute Finland’s (Luke) and that of other organizations on these topics in a novel manner and create synergy for solving water challenges. The surveys were complemented with an interdisciplinary workshop for stakeholders. Luke’s strengths and gaps in water expertise based on recent publications were also analyzed. This report summarizes these results.

Based on the surveys, it can be noted that from the point of view of expertise and knowledge needs, the volume of cross-sectorial and cross-scale research has been so far small compared to research focusing on narrower topics. On the other hand, both specific and broad substance expertise is well available in different sectors. We identified four research themes, which, in particular, could be strengthened through interdisciplinary collaborative studies on environmental impacts of agriculture and forestry: 1) Integrated view on catchment-scale water protection measures to ensure that they are targeted cost and site efficiently in mosaics of agricultural and forest landscapes, 2) The impacts of environmental loading on aquatic biota and ecosystems, 3) Land use induced aquatic greenhouse gas emissions and climatic impacts, 4) Life cycle assessments of agricultural and forestry products.

The largest share of the respondents had expertise on the sources of loading and the reduction of the loads. Regarding environmental loads to water ecosystems, the knowledge gaps focused
mostly on (1) more comprehensive monitoring and quantification of the share of different sources from the total loads, (2) load generation processes (e.g. quantity, quality and transport of carbon) and (3) impacts of water protection and land-use procedures on the loads. More knowledge would be needed also on the magnitude of loads of nutrient, suspended sediment, carbon and especially of other, less studied, harmful substances. Regarding aquatic greenhouse gas emission and climatic impacts, the knowledge gaps were related to waterborne emissions and climatic impacts generated by land use (processes, climate interactions and land-use changes). Regarding ecosystem impacts, the main knowledge needs were impacts of (1) loads from agriculture and forestry, (2) changing hydrological and bio-physical factors and
(3) effectiveness of different water protection measures from the point of view of biodiversity. Main knowledge needs of life cycle assessments were related to forestry products and biodiversity impacts. More information on ongoing research and knowledge gaps is found in Appendix 5.

According to the stakeholder responses, three most important threats to status of the aquatic ecosystems are climate change, land-use changes and lack of or mistargeting of policy instrument and funding. Three most often mentioned opportunities were positive changes in attitudes and mutual aims, increasing amount of available funding and increase in relevant information for planning water protection measures. Reduction in point-source loads was considered a success and non-point source loads were seen as a current challenge.

Models and data integration combined with more comprehensive monitoring enable the improved assessment of the environmental loads to water bodies and their aquatic impacts in a larger context. Improved knowledge on the big picture is needed for more efficient targeting of the water protection measures. On the other hand, knowledge gaps prevail also regarding understanding of processes at small scale. Enhanced cooperation can be considered to have a role in the development of water protection.

Keywords: aquatic ecosystem, aquatic organism, catchment, diversity, environmental load to water bodies, greenhouse gas, life cycle assessment