Recovery responses of acidified Finnish lakes under declining acid deposition

The present work provides a regional-scale assessment of the changes in acidifying deposition in Finland over the past 30 years and the current pattern in the recovery of acid-sensitive lakes from acidification in relation to changes in sulphate deposition. This information is needed for documenting the ecosystem benefits of costly emission reduction policies and further actions in air pollution policy. The development of sulphate deposition in Finland reflects that of European SO2 emissions. Before the 1990s, reductions in sulphur emissions in Europe had been relatively small and sulphate deposition showed no consistent trends. Due to emission reduction measures that were then taken, sulphate deposition started to clearly decline from the late 1980s. The bulk deposition of sulphate has declined 40-60% in most parts of the country during 1990-2003. The decline in sulphate deposition exceeded the decline of base cation deposition, which resulted in a decrease in acidity and acidifying potential of deposition over the 1990s. Nitrogen deposition also decreased since the late 1980s, but less than that of sulphate, and levelling off during the 1990s. Sulphate concentrations in all types of small lakes throughout Finland have declined from the early 1990s. The relative decrease in lake sulphate concentrations (average 40-50%) during 1990-2003 was rather similar to the decline in sulphate deposition, indicating a direct response to the reduction in deposition. There are presently no indications of elevated nitrate concentrations in forested headwater lakes. Base cation concentrations are still declining in many lakes, especially in south Finland, but to a lesser extent than sulphate allowing buffering capacity (alkalinity) to increase, being significant in 60% of the study lakes. Chemical recovery is resulting in biological recovery with populations of acid-sensitive fish species increasing. The recovery has been strongest in lakes in which sulphate has been the major acidifying agent, and recovery has been the strongest and most consistent in lakes in south Finland. The recovery of lakes in central Finland and north Finland is not as widespread and strong as observed in south. Many catchments, particularly in central Finland, have a high proportion of peatlands and therefore high TOC concentrations in lakes, and runoff-induced surges of organic acids have been an important confounding factor suppressing the recovery of pH and alkalinity in these lakes. Chemical recovery is progressing even in the most acidified lakes, but the buffering capacity of many lakes is still low and still sensitive to acidic input. Further reduction in sulphur emissions are needed for the alkalinity to increase in the acidified lakes. Increasing total organic carbon (TOC) concentrations are indicated in small forest lakes in Finland. The trends appear to be related to decreasing sulphate deposition and improved acid-base status of the soil, and the rise in TOC is integral to recovery from acidification. A new challenge is climate change with potential trends in temperature, precipitation and runoff, which are expected to affect future chemical and biological recovery from acidification. The potential impact on the mobilization and leaching of organic acids may become particularly important in Finnish conditions. Long-term environmental monitoring has evidently shown the success of international emission abatement strategies. The importance and value of integrated monitoring approach including physical, chemical and biological variables is clearly indicated, and continuous environmental monitoring is needed as a scientific basis for further actions in air pollution policy. Tässä työssä esitetään rikki- ja typpilaskeuman kehitys Suomessa viimeisen 30 vuoden ajalta, ja arvioidaan happamoituneiden metsäjärvien kemiallista ja biologista toipumiskehitystä suhteessa laskeuman kemian muutoksiin. Työssä arvioidaan myös orgaanisen hiilen (TOC) pitoisuuksien pitkäaikaismuutoksia Suomen järvissä ja pitoisuuksien mahdollisen kasvutrendin yhteyttä vähentyneeseen sulfaattilaskeumaan. Kansainvälisten päästövähennystoimenpiteiden ansiosta rikkipäästöjen määrää Euroopassa on pystytty tehokkaasti vähentämään 1980-luvun puolivälin jälkeen. Rikkilaskeuma Suomessa taittui selvään laskuun 1980-luvun lopulla, ja on siitä vähentynyt koko maassa noin 40-60%. Typpilaskeuma on myös vähentynyt, mutta vähennys on ollut pienempi kuin rikillä. Rikin ja typen laskeumat ovat alentuneet voimakkaimmin Etelä-Suomessa, missä laskeumakuormitus Suomen omista päästöistä ja muualta Euroopasta tulleesta kaukokulkeumasta on ollut korkein ja siten myös päästövähennysten vaikutukset ovat olleet suurimmat. Pitkäaikainen veden laadun seuranta osoittaa järvien toipuvan rikkilaskeuman aiheuttamasta happamoitumisesta. Sulfaattipitoisuudet ovat alentuneet pienissä metsäjärvissä koko maan alueella 1990-luvun alusta lähtien osoittaen päästörajoitusten alkaneen vaikuttaa Suomessa varsin nopeasti. Järvien sulfaattipitoisuudet ovat pienentyneet vuodesta 1990 40-50% eli suhteellisesti saman suuruisesti kuin laskeumassa. Rikkilaskeuman pienentymisen myötä yli puolella tutkituista 157 järvestä puskurikyky happamoitumista vastaan on tilastollisesti merkitsevästi kasvussa. Tällä hetkellä ei ole merkkejä kohonneista laskeumaperäisistä nitraattipitoisuuksista metsäalueiden latvajärvissä. Järvien toipuminen happamoitumisesta on ollut voimakkainta Etelä-Suomessa, missä rikkilaskeuma on ollut suurin ja sen vähentyminen on ollut voimakkainta. Myös muualla maassa voimakkaimmin toipuvat järvet ovat kirkasvetisiä rikkilaskeuman happamoittavia järviä. Luontaisesti happamissa humusjärvissä rikkilaskeuma on lisännyt happamuutta. Nämä järvet toipuvat heikommin, sillä orgaanisten happojen huuhtoumat ovat vaimentaneet puskurikyvyn kasvua. Vesikemiallinen toipuminen Suomen järvissä edistyy hyvin, mutta monet järvet kärsivät edelleen happamista olosuhteista ja alhaisesta puskurikyvystä, ja toipuminen voi kestää vuosikymmeniä. Vesikemiallisen toipumiskehityksen myötä myös kalaston biologinen toipuminen edistyy. Puskurikyvyn kasvu ja eliöille myrkyllisen alumiinin pitoisuuden lasku ovat johtaneet ahvenkantojen elpymiseen 1990-luvun aikana ja menestymiseen aiemmin hyvin happamoituneissa mutta nyt vesikemiallisesti toipuvissa järvissä. Happamoitumiselle herkemmän särjen toipuminen on ollut heikompaa, ja toipumista on hidastanut särjelle yhä kriittiset vesikemialliset olosuhteet. Laajoilla alueilla Eurooppaa ja Pohjois-Amerikkaa happamoitumisherkissä pintavesissä havaittu orgaanisen hiilen pitoisuuksien kasvu havaittiin tässä tutkimuksessa myös Suomessa. Vähentynyt rikkilaskeuma ja maaperän toipuminen happamoitumisesta ovat lisänneet orgaanisen hiilen liukoisuutta maaperässä ja huuhtoutumista vesistöihin. Ilmastonmuutos aiheuttaa muutoksia sadantaan, valuntaan ja lämpötilaan. Tällä voi olla vaikutuksia järvien vesikemiaan ja siten myös vesistöjen toipumiseen happamoitumisesta. Mahdollisesti lisääntyvä orgaanisen aineksen huuhtouma johtaa orgaanisen happamuuden kasvuun vesistöissä, minkä on arvioitu olevan tulevaisuudessa yksi tärkeimmistä ilmastonmuutoksen aiheuttamista vaikutuksista pintavesien toipumiskehitykseen happamoitumisesta. Kansainvälinen ilmansuojelupolitiikka on vaikuttanut merkittävästi ympäristön toipumiseen happamoitumisesta. Happamoitumisongelma ei ole vielä kokonaan ratkaistu, ja ympäristön tilan seurantaa on jatkettava edelleen. Ilmastonmuutos tulee asettamaan tutkimukselle ja seurannalle lisävaatimuksia, sillä monet sen aiheuttamista prosesseista ja ekosysteemivasteista ovat monimutkaisia.