Interaction between the land and the sea : sources and patterns of nutrients in the scattered coastal zone of a eutrophied sea

A long-term trophic development of three geographical transects—including a river mouth, an estuary, and an archipelago—were studied in the southern Finnish coast in the Baltic Sea. Each transect was studied to clarify how far off the coast the land-based nutrient sources (catchment factor, CF) had a decisive role in shaping the wintertime regimes of dissolved inorganic nitrogen and dissolved inorganic phosphorus and where the marine processes (marine factor, MF) start to play a major role. Generally, CF controlled the nutrient regime from the coast to the outer brink of the inner coastal area, after which MF started to dominate. The estuaries exhibited steep vertical nutrient gradients, above which the riverine input dominated the nutrient regime. The extent of the area where CF dominated the nutrient regime was therefore decisively dependent on estuarine stratification, i.e., whether the conclusions were drawn based on the surface layer data, including the riverine impact, or on the data beneath that layer, including the marine impact. This result deviates from the current consensus that the trophic regime of the sea is most directly assessed by the surface layer nutrient content. The estuarine nutrient regime is unrepresentative to that of a typical coastal water body due to the strong land-based impact on the estuary. Therefore, any generalization of the trophic condition of an estuary to represent areas farther off the coast should be done cautiously. The estuaries should also be defined as belonging to transitional waters according to the typology related to European Marine Legislation

Laatukäsikirja jatkuvatoimisille vedenlaadun mittauksille - Opas hyviksi käytännöiksi

Laatukäsikirjan kirjoittaminen jatkuvatoimisille vedenlaadunmittauksille lähti tarpeesta saada yhdenmukaisempia käytäntöjä ja toimintamalleja koko ajan lisääntyvälle mittaustoiminnalle. Laatukäsikirjassa keskitytään jatkuvatoimisten mittausten laatuun vaikuttaviin yleisiin asioihin, jotta esitettävät toimenpiteet sopisivat useimmille vedenlaatua mittaaville laitteille ja olisivat käytettävissä eri vesiympäristöissä. Ohjeistusta ei ole kuitenkaan tarkoitettu ns. kenttämittareille, joita käytetään hetkellisten mittausten tekemiseen, ja joita ei jätetä maastoon pidemmäksi aikaa mittaamaan. Kirjassa käsitellään ensin yleisesti kaikkia vesiympäristöjä koskevia asioita, jonka jälkeen virtavesiä, järviä ja merialuetta koskevia asioita käsitellään erikseen, mikäli toimet poikkeavat eri ympäristöissä. Virtavesiä koskevia ohjeita voidaan soveltaa eri kokoisissa uomissa tehtäviin mittauksiin. Laatukäsikirja jatkuvatoimisille vedenlaadun mittauksille on tarkoitettu: - jatkuvatoimisia mittauksia suunnitteleville, toteuttaville ja niistä vastaaville henkilöille - laitetoimittajille, konsulteille - mittaustulosten käyttäjille Laatukäsikirjalla pyritään parantamaan ja yhtenäistämään mittausten laatua mittaustoiminnan kaikissa vaiheissa. Laadunvarmistus käsittää toimivan ketjun vesiympäristöön sopivan laitteen valinnasta, validoinnista, asennuksesta, huollosta, kalibroinnista, laadukkaista laboratorioanalyyseistä sekä ammattitaitoisesta mittausaineistojen laadunvarmistuksesta. Huolellinen toiminta ketjun kaikissa vaiheissa takaa mittausten onnistumisen ja aineistojen korkean laadun, mikä lisää olennaisesti myös aineistojen hyödyntämismahdollisuuksia. Laatukäsikirja on toteutettu ”Jatkuvatoimisten vedenlaatuasemien valtakunnallisen verkoston toteuttamissuunnitelma - JatkuvaLaatu” -hankkeessa vuonna 2018. Hankkeen toteutuksesta vastasi Suomen ympäristökeskus (SYKE) yhdessä Varsinais- Suomen ELY-keskuksen kanssa. Hanketta rahoitti ympäristöministeriö

Meriseurannan tiekartta – SYKEn ylläpitämien ja koordinoimien meren tilaseurantojen nykytila ja kehittäminen

Raportissa kuvataan nykyiset SYKEn ylläpitämät ja koordinoimat meren kuormitus- ja tilaseurannat ja esitetään tavoitteita seurantojen kehittämiselle ja seurantatiedon käytön tehostamiselle vuoteen 2026 mennessä. Työ perustuu vuonna 2016 tehtyyn meriseurantojen toteutusta ja niiden kehittämistarvetta koskeneeseen kyselyyn, joka lähetettiin n. 30 seurantojen ja kehittämishankkeiden vastuuhenkilölle SYKEssä. Vastausten perusteella koottiin tiekartan alustava luonnos, jota on vuosina 2018-2019 päivitetty ja tarkistettu yhteistyössä seurantojen ja kehittämishankkeiden vastuuhenkilöiden kanssa. Nyt raportoitava versio antaa ajantasaisen kuvan SYKEn ylläpitämistä ja koordinoimista meren tilaseurannoista ja niiden kehittämisestä heinäkuussa 2020 alkaneen merenhoidon toisen seurantakauden kynnyksellä. Työ jakautuu aihealueisiin, joita ovat manuaaliseen näytteenottoon perustuva seuranta, automaatio, kaukokartoitus, kansalaishavainnointi, seurannan tietojärjestelmät, mallinnus ja sen tietotarpeet, seurantojen optimointi ja aineistojen yhteiskäyttö sekä merenhoidon ja HELCOM -työn tietotarpeet. Lisäksi tarkastellaan seuranta-aineistojen käyttöä. Seurantojen kehittämiselle esitetään välittömät tavoitteet (vastikään valmistunut tai valmistumassa oleva kehittämistyö) sekä tavoitteet vuoden 2020 aikana ja vuoteen 2026 mennessä

Seurantakäsikirja Suomen merenhoitosuunnitelman seurantaohjelmaan vuosille 2020–2026

Tämä merenhoidon seurantakäsikirja käsittää merenhoitosuunnitelman seurantaohjelman kuvauksen kokonaisuudessaan. Se päivittää vuoden 2014–2020 seurantaohjelman ja sitä sovelletaan vuoden 2020 heinäkuusta vuoden 2026 heinäkuuhun. Seurantaohjelma on osa merenhoidon suunnittelua, jota tehdään vesienhoidon ja merenhoidon järjestämisestä annetun lain (272/2011) ja merenhoidon järjestämisestä annetun valtioneuvoston asetuksen (980/2011) toteuttamiseksi. Tämä laki ja asetus on annettu meristrategiadirektiivin (Euroopan parlamentin ja neuvoston direktiivi 2008/56/EY yhteisön meriympäristöpolitiikan puitteista) kansallista toimeenpanoa varten. Suomessa meristrategiadirektiivin mukaista meristrategiaa kutsutaan merenhoitosuunnitelmaksi. Suomen seurantaohjelma koostuu 13:sta ohjelmasta, joiden alla on yhteensä 44 alaohjelmaa. Tähän päivitettyyn seurantaohjelmaan lisättiin kuusi uutta alaohjelmaa ja useita alaohjelmia muokattiin joko muuttuneiden vaatimusten, kehittyneempien menetelmien tai muuttuneen toimintaympäristön takia. Merenhoidon uusia vaatimuksia ovat meristrategiadirektiivin liitteen 3 päivitys (EU/2017/845), Euroopan komission päätös EU/2017/848 merivesien hyvän ekologisen tilan vertailuperusteista ja menetelmästandardeista sekä seurantaa ja arviointia varten tarkoitetut täsmennykset standardoiduista menetelmistä. Seurantakäsikirja koostuu kolmesta osasta: seurantaohjelman tausta, varsinainen seurantaohjelma, ja kolmas osa, joka käsittelee seurannan kehitystarpeita, kustannuksia ja riittävyyttä. Seurantaohjelma kattaa ekosysteemilähestymistavan mukaisesti erilaisia muuttujia, jotka kuvaavat toisaalta veden ominaisuuksia ja laatua ja toisaalta ekosysteemin osia ja niiden tilaa sekä niihin kohdistuvia ihmisestä johtuvia paineita. Seurannan alaohjelmissa on kuvattu mitattavat meriympäristön ominaisuudet tai paineet, niiden seurantatiheys, indikaattorit, joihin seurantatietoa käytetään, seurannalla kootun tiedon hallinta ja yhteydet meristrategiadirektiivin hyvän tilan laadullisiin kuvaajiin ja kriteereihin

Photobiological studies of Baltic Sea phytoplankton

Phytoplankton ecology and productivity is one of the main branches of contemporary oceanographic research. Research groups in this branch have increasingly started to utilise bio-optical applications. My main research objective was to critically investigate the advantages and deficiencies of the fast repetition rate (FRR) fluorometry for studies of productivity of phytoplankton, and the responses of phytoplankton towards varying environmental stress. Second, I aimed to clarify the applicability of the FRR system to the optical environment of the Baltic Sea. The FRR system offers a highly dynamic tool for studies of phytoplankton photophysiology and productivity both in the field and in a controlled environment. The FRR metrics obtain high-frequency in situ determinations of the light-acclimative and photosynthetic parameters of intact phytoplankton communities. The measurement protocol is relatively easy to use without phases requiring analytical determinations. The most notable application of the FRR system lies in its potential for making primary productivity (PP) estimations. However, the realisation of this scheme is not straightforward. The FRR-PP, based on the photosynthetic electron flow (PEF) rate, are linearly related to the photosynthetic gas exchange (fixation of 14C) PP only in environments where the photosynthesis is light-limited. If the light limitation is not present, as is usually the case in the near-surface layers of the water column, the two PP approaches will deviate. The prompt response of the PEF rate to the short-term variability in the natural light field makes the field comparisons between the PEF-PP and the 14C-PP difficult to interpret, because this variability is averaged out in the 14C-incubations. Furthermore, the FRR based PP models are tuned to closely follow the vertical pattern of the underwater irradiance. Due to the photoacclimational plasticity of phytoplankton, this easily leads to overestimates of water column PP, if precautionary measures are not taken. Natural phytoplankton is subject to broad-waveband light. Active non-spectral bio-optical instruments, like the FRR fluorometer, emit light in a relatively narrow waveband, which by its nature does not represent the in situ light field. Thus, the spectrally-dependent parameters provided by the FRR system need to be spectrally scaled to the natural light field of the Baltic Sea. In general, the requirement of spectral scaling in the water bodies under terrestrial impact concerns all light-adaptive parameters provided by any active non-spectral bio-optical technique. The FRR system can be adopted to studies of all phytoplankton that possess efficient light harvesting in the waveband matching the bluish FRR excitation. Although these taxa cover the large bulk of all the phytoplankton taxa, one exception with a pronounced ecological significance is found in the Baltic Sea. The FRR system cannot be used to monitor the photophysiology of the cyanobacterial taxa harvesting light in the yellow-red waveband. These taxa include the ecologically-significant bloom-forming cyanobacterial taxa in the Baltic Sea.Merien aavoilla keijuva kasviplankton vastaa suurimmasta osasta merien yhteyttämisessä sidotusta hiilestä ja on täten tärkein linkki meriekosysteemin tuotantoketjua, joka ulottuu aina kalakantoihin asti. Yhteyttämisen mittaaminen on ollut vaivalloista, sillä nykymenetelmät vaativat huomattavaa työpanosta laboratoriossa. Tämä taas rajoittaa näytemääriä; tietomme merien tuottavuudesta ovatkin edelleen varsin rajalliset. Entistä parempi tietotaso olisi kuitenkin tärkeää selvitettäessä merien merkitystä esim. kasvihuoneilmiössä. Viime aikoina optiikkaan perustuvat, perustuotantotehokkuutta mittaavat tekniikat ovat todenteolla lyöneet itseään läpi. Merentutkimuslaitoksen tutkijan Mika Raateojan väitöskirjassa on testattu uutta kasviplanktonin yhteyttämistehokkuutta mittaavaa menetelmää, fast repetition rate (FRR) fluorometriaa, joka perustuu kasviplanktonin sisältämän lehtivihreän fluoresenssiominaisuuksiin. FRR-menetelmä osoittautui erittäin tehokkaaksi, nopeaksi ja joustavaksi verrattuna yhteyttämistä mittaaviin nykymenetelmiin. Menetelmä kykenee lisäksi määrittämään yhteyttämiskyvyn suoraan vedessä keijuvasta kasviplanktonista, eikä vaadi vesinäytteenottoa, kuten nykymenetelmät. FRR-menetelmän tuottama tieto yhteyttämistehokkuudesta ei ole nykytietämyksen valossa kuitenkaan suoraan rinnastettavissa nykyisten menetelmien tuottamaan tietoon. Syvempien vesikerrosten alhaisissa valaistusoloissa menetelmä tuottaa samanlaisia tuloksia nykyisten menetelmien kanssa, mutta veden pintakerroksen kirkkaissa valaistusoloissa menetelmä pyrkii yliarvioimaan yhteyttämistehokkuutta. Tämä FRR-menetelmän ominaisuus johtuu osittain menetelmään liitettävästä mallinnuksesta, joka ei vielä täytä käytännön vaatimuksia. Kuten todettu, FRR-menetelmä on erittäin nopea; se määrittää yhteyttämistehokkuuden sekunneissa, kun taas nykymenetelmät tekevät saman tunneissa. Tämä ominaisuus on tietenkin etu, mutta saattaa tuottaa ongelmia vertailussa muiden menetelmien kanssa. Näin suuri aikaero tuottaa eroavaisuuksia tuloksissa, mikäli valon määrä vaihtelee mittausaikana esim. pilvisyyden muutosten vuoksi. Tutkimus keskittyy tällä hetkellä näiden menetelmällisten ongelmien ratkaisuun. Tällä hetkellä FRR-menetelmää ei voida käyttää nykyisiä menetelmiä korjaavana, vaan pikemminkin nykyisiä menetelmiä täydentävänä menetelmänä, joten työsarkaa riittää. Osa tutkimuksen aikana havaituista ongelmista liittyy yleisesti optisten laitteiden käyttöön merentutkimuksessa. Kasviplankton kohtaa vedessä kaiken väristä valoa sinisestä punaiseen ja käyttää sitä yhteyttämiseensä sen mukaan, miten planktonsolun pigmentit vastaanottavat valoa. FRR-menetelmä tuottaa sinisen valoympäristön, joka poikkeaa suuresti luonnonvalosta. Niinpä kaikki se FRR-menetelmän tuottama tieto, mikä riippuu valon väristä, täytyy jälkikäteen suhteuttaa vastaamaan luonnonvalon olosuhteita. FRR-menetelmän tuottama sininen valo sopii kuitenkin hyvin useimpien kasviplanktonlajien yhteyttämisen tutkimiseen. Kuitenkin ne planktonlajit, jotka käyttävät pääasiassa keltaista ja punaista valoa, eivät pysty hyödyntämään FRR-menetelmän valoympäristöä. Vastaavasti FRR-menetelmä ei kykene kuvaamaan näiden lajien yhteyttämistä. Näitä lajeja ovat mm. Itämerellä yleisimmin kukintoja muodostavat sinilevät Nodularia ja Aphanizomenon

Nutrient measurements during the BONUS INTEGRAL WINTER cruise on RV Aranda (2019-02-28 - 2019-03-11)

This data set consists of the nutrient vertical profile data of the BONUS INTEGRAL winter cruise, which took place at the Gulf of Bothnia and the Gulf of Finland, the Baltic Sea, in 28.02. - 11.03.2019. The water samples were taken from 33 stations and for each of these stations 5-15 depths were sampled. Finnish Environment Institute measured the concentrations of the dissolved nutrients (phosphate, total phosphorus, silicate, nitrate-nitrite, nitrite, ammonium and total nitrogen) by using an autoanalyzer (AA3, Seal) which uses the colorimetric determination method. The accuracy and quantification limits of the measurement, are given in a separate metadata file, see further details. The cruise was part of the BONUS INTEGRAL (Integrated carbon and trace gas monitoring for the Baltic Sea) project, which receives funding from BONUS (Art 185), funded jointly by the EU, the German Federal Ministry of Education and Research, the Swedish Research Council Formas, the Academy of Finland, the Polish National Centre for Research and Development, and the Estonian Research Council