Artikkelit jotka sisältää sanan 'degradation'

Namibian savanniekosysteemi on kokenut merkittävää ihmistoiminnan aiheuttamaa painetta, mikä on johtanut keskeisten ekologisten prosessien häiriintymiseen ja tiheän kasvillisuuden rakenteen lisääntymiseen; ilmiö tunnetaan yleisesti savannien pensastumisena. Noin 45 miljoonaa hehtaaria maata on kärsinyt tästä ilmiöstä, mikä on merkittävästi laskenut savannien lauduntamisominaisuuksia ja heikentänyt maanviljelijöiden taloudellista tuottoa sekä vähentänyt villieläimille sopivia elinympäristöjen. Pensaikkojen harvennusta, joka sisältää ylimääräisten puiden/pensaiden valikoivan poistamisen, on käytetty torjumaan tämän ilmiön negatiivisia vaikutuksia.

Tämän väitöskirjatyön tavoitteena oli arvioida harvennuksen vaikutusta (a) paikallisten sorkka- ja kavioeläinten sekä petojen käyttäytymisen aktiivisuuteen sekä (b) kasvillisuuden elpymiseen (i) uudistumiseen ja (ii) kasvuston rakenteeseen ja runsauteen sekä elinympäristön vapaisiin näkölinjoihin savannielinympäristössä Namibian Pohjois-Keskisellä alueella.

Tilastollisessa analyysissa käytettiin yleistettyjä lineaarisia sekoitettuja vaikutusmalleja (GLMM) ja lineaarisia sekoitettuja vaikutusmalleja (LME). Tulokset osoittivat, että harvennetuilla alueilla oli yleisesti ottaen enemmän villieläinten aktiivisuutta kuin harventamattomilla alueilla. Harvennetuilla alueilla oli myös vähemmän puita ja pensaita, erityisesti vanhempien puustojen osalta. Kasvuston luonnollinen uudistuminen oli nopeampaa harvennetuilla alueilla kuin harventamattomilla alueilla; harvennetuilla alueilla nuorten kohorttien runsaus oli 34 % suurempi kuin harventamattomilla alueilla. Punakuoriakaasian (Vachellia reficiens) määrä väheni merkittävästi harvennetuilla alueilla, kun taas kierreakaasian (Vachellia tortilis) määrä kasvoi. Puu- ja pensastiheydet harvennetuilla alueilla olivat sopivalla tasolla verrattuna 400 mm:n sademääräalueiden yleisesti hyväksyttyihin tiheysarvoihin (600–750 puuekvivalenttia (TE) ha^–1). Harvennuksen seurauksena tiheä orjapensaskasvusto muuttui avoimeksi kasvillisuusrakenteeksi, mikä edisti ruohonkasvua ja tarjosi paremmat näkölinjat savannin villieläimille.

Opinnäytetyö osoitti, että harvennus oli tehokas keino pensastumisen leviämisen hallintaan ja voisi toimia savanniekosysteemien palauttamismenetelmänä myös muilla alueilla. Harvennustoimien vaikutusten varmistamiseksi suositellaan säännöllistä harvennuksen seurantaa ja hoitoa.

• Nghikembua, University of Eastern Finland, Faculty of Science, Forestry and Technology, School of Forest Sciences https://orcid.org/0000-0002-4770-5943 Sähköposti: mattingh@uef.fi

Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin Suomen puu- ja kahviteollisuuden tähteistä ja sivuvirroista erotettuja bioaktiivisia aineita sekä niiden käyttömahdollisuuksia puunsuojavalmisteissa. Lisäksi tutkittiin niiden ekotoksisuutta. Tutkimuksen kohteena olivat kuusen (Picea abies (L.) H. Karst.), rauduskoivun (Betula pendula Roth) ja metsähaavan (Populus tremula L.) kuoresta jalostetut pyrolyysitisleet, tisleissä tunnistetut orgaaniset hapot, kahvipavun hopeaketto ja käytetyistä kahvinpuruista erotetut uutteet, kofeiini ja tanniinipitoinen Colatan GT10 -jauhe. Teollisina referensseinä käytettiin teollista kuparipitoista puunkyllästettä (Celcure C4) ja mäntyöljyä. Työn kokeellisessa osassa tehtiin kemikaalien antimykoottisten ominaisuuksien testausta, puun lahotuskokeita ja kemikaalien huuhtouman testausta. Ekotoksisuustestit tehtiin Aliivibrio fischeri -valoluminesoivilla bakteereilla tehtiin biopohjaisten ja teollisten suoja-aineiden ekotoksisuuden vertaamiseksi.

Kahviteollisuuden tähteiden pienin sienten kasvun estävä pitoisuus oli yli 1 %. Pyrolyysitisleet pystyivät estämään useimpien sienten kasvun noin 1 % pitoisuudessa. Orgaaniset hapot ja kofeiini estivät puuta hajoavia sieniä kasvamasta jo alle 1 % pitoisuudessa, mikä osoittaa, että näillä aineilla on merkittävä rooli testattujen tisleiden ja uutteiden aktiivisuudessa. Kun biopohjaisia suoja-aineita testattiin käsittelemällä puukappaleita ja lahottamalla näitä, yksikään kemikaali ei toiminut tehokkaasti puunsuoja-aineena.

Suurimmalla osalla testatuista biopohjaisista aineista oli varsin alhainen ekotoksisuus, mutta yhdellä tisleellä oli jopa paljon Celcure C4 -suoja-ainetta suurempi ekotoksisuus. Tämä osoittaa, että mahdollisten suoja-aineiden ekotoksisuus on aina syytä arvioida samassa yhteydessä, kun niiden tehokkuutta ja sopivuutta puunsuoja-aineiksi arvioidaan. Eräät potentiaaliset biopohjaiset ainesosat toimivat hyvin puun hajoavia sieniä vastaan ja niitä voidaan sisällyttää puunsuoja-aineisiin, mutta niiden suorituskyky ei pelkästään riitä toimimaan teollisena puunsuoja-aineena.

Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin Suomen puu- ja kahviteollisuuden tähteistä ja sivuvirroista erotettuja bioaktiivisia aineita sekä niiden käyttömahdollisuuksia puunsuojavalmisteissa. Lisäksi tutkittiin niiden ekotoksisuutta. Tutkimuksen kohteena olivat kuusen (Picea abies (L.) H. Karst.), rauduskoivun (Betula pendula Roth) ja metsähaavan (Populus tremula L.) kuoresta jalostetut pyrolyysitisleet, tisleissä tunnistetut orgaaniset hapot, kahvipavun hopeaketto ja käytetyistä kahvinpuruista erotetut uutteet, kofeiini ja tanniinipitoinen Colatan GT10 -jauhe. Teollisina referensseinä käytettiin teollista kuparipitoista puunkyllästettä (Celcure C4) ja mäntyöljyä. Työn kokeellisessa osassa tehtiin kemikaalien antimykoottisten ominaisuuksien testausta, puun lahotuskokeita ja kemikaalien huuhtouman testausta. Ekotoksisuustestit tehtiin Aliivibrio fischeri -valoluminesoivilla bakteereilla tehtiin biopohjaisten ja teollisten suoja-aineiden ekotoksisuuden vertaamiseksi.

Kahviteollisuuden tähteiden pienin sienten kasvun estävä pitoisuus oli yli 1 %. Pyrolyysitisleet pystyivät estämään useimpien sienten kasvun noin 1 % pitoisuudessa. Orgaaniset hapot ja kofeiini estivät puuta hajoavia sieniä kasvamasta jo alle 1 % pitoisuudessa, mikä osoittaa, että näillä aineilla on merkittävä rooli testattujen tisleiden ja uutteiden aktiivisuudessa. Kun biopohjaisia suoja-aineita testattiin käsittelemällä puukappaleita ja lahottamalla näitä, yksikään kemikaali ei toiminut tehokkaasti puunsuoja-aineena.

Suurimmalla osalla testatuista biopohjaisista aineista oli varsin alhainen ekotoksisuus, mutta yhdellä tisleellä oli jopa paljon Celcure C4 -suoja-ainetta suurempi ekotoksisuus. Tämä osoittaa, että mahdollisten suoja-aineiden ekotoksisuus on aina syytä arvioida samassa yhteydessä, kun niiden tehokkuutta ja sopivuutta puunsuoja-aineiksi arvioidaan. Eräät potentiaaliset biopohjaiset ainesosat toimivat hyvin puun hajoavia sieniä vastaan ja niitä voidaan sisällyttää puunsuoja-aineisiin, mutta niiden suorituskyky ei pelkästään riitä toimimaan teollisena puunsuoja-aineena.

• Barbero López, University of Eastern Finland, Faculty of Science and Forestry, School of Forest Sciences Sähköposti: aitor.barberolopez@uef.fi

Puun lämpökäsittely on laajalti käytetty menetelmä, jolla vähennetään puuaineen muodonmuutoksia ja parannetaan sen biologista kestävyyttä. Lämpökäsitellyn puun käyttäytymistä muuttuvissa sää- ja kosteusolosuhteissa ei kuitenkaan täysin tunneta. Tässä väitöskirjassa tutkittiin lämpökäsiteltyjen kuusi-, mänty-, saarnikoekappaleiden kemiallisia, rakenteellisia ja fysikaalisia muutoksia lämpötila- ja kosteusaltistuksessa sekä pitkäaikaisessa säärasituksessa.

Tulokset osoittavat, että korkeampi käsittelylämpötila alentaa puun tasapainokosteutta ja parantaa sen mittapysyvyyttä erityisesti tangentiaalisuunnassa. Lämpökäsittely ei vaikuttanut puulajien Brinell-kovuuteen, mutta tasapainokosteuden kohoaminen alensi kovuutta. Pitkäaikainen kosteusrasitus muutti erityisesti hemiselluloosien ja selluloosan rakennetta ja lisäsi puun hygroskooppisuutta sekä lämpökäsitellyissä että -käsittelemättömissä koekappaleissa. Lämpökäsitellyn puun happamuus nopeutti soluseinämän hajoamista, kun koekappale upotettiin veteen lämpökäsittelyn jälkeen.

Säärasituksessa ligniinin pilkkoutuminen ja hajoamistuotteiden huuhtoutuminen aiheuttavat koekappaleen pinnan harmaantumisen ja pintaosan suhteellisen selluloosa- ja hemiselluloosapitoisuuden kohoamisen. Koska lämpökäsitellyn puun hygroskooppisuus on alhaisempi kuin käsittelemättömän, muuttuivat lämpökäsiteltyjen koekappaleiden ligniinin rakenne ja pinnan väri säärasituksen aikana vähemmän kuin käsittelemättömien verrokkien. Lämpökäsitellyn puun alhaisempi tasapainokosteus ja puun syiden kyllästymispiste aiheuttavat sen, että lämpökäsitelty puu pysyy säärasituksessa käsittelemätöntä puuta kuivempana. Niinpä lämpökäsitelty puu myös kupertuu kastuessaan vähemmän kuin käsittelemätön puu. Säärasituskokeen seurauksena puun pinnan Brinell-kovuus aleni kaikilla puulajeilla hieman soluseinämien rapautumisen ja tasapainokosteuden kohoamisen vuoksi. Korkeammassa lämpötilassa käsiteltyjen koekappaleiden kemialliset muutokset säärasituksen seurauksena olivat vähäisempiä kuin käsittelemättömien ja alemmassa lämpötilassa käsiteltyjen koekappaleiden. Korkeampi käsittelylämpötila alentaa puun huokoisuutta ja veden pääsyä puuhun, mikä selittää parantunutta säänkestoa.

• Cai, University of Eastern Finland, Faculty of Science and Forestry, School of Forest Sciences Sähköposti: chenyc@uef.fi

Liuenneen orgaanisen hiilen ja typen (DOC ja DON) kulkeutuminen boreaalisesta metsämaasta vesistöihin on lisääntynyt. Tästä huolimatta hajoavan maa-aineksen ja maan ravintoverkkojen vaikutus DOCin ja DONin vapautumisnopeuteen ja laatuun on vielä huonosti tunnettu. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli määrittää hiilen ja typen vapautumisen määrää kangashumuksesta ja turpeesta, jotka ovat boreaalisen metsämaan tavallisimmat orgaaniset maatyypit. Myös maaperäeläimistön vaikutusta vapautumisprosesseihin arvioitiin. Hajotus jaettiin välituotteisiin (DOC ja DON) ja mineralisoituneisiin lopputuotteisiin (CO₂-C ja NH₄⁺-N). Inkubaatiokokeissa mitattiin hiilen ja typen vapautumista maaliuokseen ja uutettavaan fraktioon, sekä hiilidioksidin vapautumista ilmaan. DOC ja DON jaettiin edelleen molekyylipainoltaan painavaan ja kevyeen fraktioon.

Eri maatyyppien välillä oli eroja hiilen vapautumisessa. Turve vapautti absoluuttisesti vähemmän, mutta suhteellisesti enemmän hiiltä DOC-muodossa kuin kangashumus. Kunttamato (Cognettia sphagnetorum) vaikutti hajoamistuotteiden koostumukseen edistämällä mineralisaatiota ja suurimolekyylipainoisen DOCin vapautumista.

Heikosti maatuneessa turpeessa typen nettovapautumista tapahtui DON-muodossa, kun taas muissa maatyypeissä vapautunut typpi oli pääasiassa ammoniumia. Heikosti maatuneet turpeet sijaitsevat usein pintamaassa lähellä vesialueita, jossa veden virtaama on suurinta. Tästä syystä heikosti maatuneilla turpeilla voi olla merkittävä rooli typen kulkeutumisen säätelyssä.

Tuloksia käytettiin ROMUL-hajotusmallin kehittämisessä tarkentamalla DOCin ja DONin prosesseja ja lisäämällä malliin hajoamistuotteiden jako välituotteisiin ja lopputuotteisiin. Mallin parametrisointia ja rakennetta analysoitiin GLUE-menetelmällä (Generalised Likelihood Uncertainty Estimation) sekä hyödyntämällä useita yhtä aikaa mitattuja muuttujia. Tällainen mallin analysointi oli uutta tällä tutkimusalalla.

• Lappalainen, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: mjlappalainen@gmail.com

Torrefioidun puun kosteusominaisuudet ja lahoaminen varastoinnin aikana Globaalia ilmastonmuutosta pyritään hidastamaan korvaamalla fossiilisia polttoaineita uusiutuvilla energianlähteillä ja tähän liittyvä tutkimus on yhä tärkeämmässä asemassa. Suomessa puuta on perinteisesti hyödynnetty biopolttoaineena ja sen ominaisuudet tunnetaan hyvin. Puulla, kuten kaikilla selluloosapohjaisilla biomassoilla, on kuitenkin joitain ongelmallisia ominaisuuksia. Kosteus vaikuttaa näiden polttoaineiden toimitusketjuun negatiivisesti hankaloittaen logistiikkaa ja polttoa. Puun hygroskooppisuus johtaa varastoinnin yhteydessä lahoamiseen, josta seuraa kuiva-ainetappioita. Tähän ongelmaan on etsitty ratkaisua lämpökäsittelyllä, torrefioinnilla, jossa puun hygroskooppisuutta vähenee. Torrefioidun materiaalin on sanottu olevan biologisesti lahoamatonta, eikä se siten ole alttiina kuiva-ainehäviölle. Aiheesta ei kuitenkaan ole monia tutkimuksia ja torrefioidun materiaalin varastointiominaisuuksien selvittämisen on osoitettu olevan tärkeä tutkimusalue. Tämä väitöskirja pyrkii vastaamaan kysymyksiin torrefioidun puun ja hiilen varastointiominaisuuksista ja erityisesti kosteuden vaikutuksesta varastoitavuuteen. Tämä väitöskirja koostuu neljästä osajulkaisusta, joissa tutkitaan monipuolisesti torrefioidun kuusen ja koivun, sekä samoista lähdemateriaaleista valmistetun hiilen, kosteusominaisuuksia. Yhdessä osajulkaisussa verrataan torrefioitujen ja höyryräjäytettyjen pellettien ominaisuuksia tiivistämättömään materiaaliin. Tutkimusmateriaali otti itseensä vain pieniä määriä vesihöyryä ja hiukkaskoko sekä materiaalin hydroksyyliryhmien saavutettavuus pienenivät. Vaikka kapillaarinen absorptio hidastui, vedenottokapasiteetti kasvoi. Tämä johti korkeisiin kosteusprosentteihin varastointikokeiden aikana. Torrefioidusta materiaalista eristettiin runsaasti erilaisia sieniä ulkovarastointikokeen aikana. Moni tunnistetuista suvuista piti sisällään tunnettuja allergeenejä. Kokeissa myös osoitettiin, että torrefioidut pelletit eivät siedä vettä ja ne tulisi varastoida katettuina. Tutkimuksissa osoitettiin oikeanlaisen, katetun varastoinnin sekä työturvallisuuden tärkeys.

• Kymäläinen, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: Maija.kymalainen@helsinki.fi

Lämpökäsitellyn ja kuumakuivatun kuusipuun (Picea abies) rakenteeseen ja ominaisuuksiin vaikuttavat mekanismit Puu on luonnon polymeerimateriaali, jota yleisesti käytetään rakentamisessa, huonekaluissa ja muissa tuotteissa. Moni sovellus vaatii puun kuivaamista johonkin soluseinämän kyllästymispistettä alempaan kosteuteen. Kuivauksessa puun rakenne ja ominaisuudet muuttuvat. Tämän väitöskirjatyön tarkoituksena on ollut tutkia mekanismeja, jotka ilmenevät puun kuivauksessa sekä selvittää näiden mekanismien vaikutusta puun rakenteeseen ja ominaisuuksiin. Mekanismien vaikutusten ymmärtäminen on tärkeää, jos halutaan kehittää materiaaliominaisuuksia parantavia kuivausmenetelmiä. Tulosten mukaan puun pitkäaikainen lämpökäsittely aiheuttaa termistä hajoamista. Hajoamislämpötila alenee kosteuden vaikutuksesta, esimerkiksi jos puuta kuivataan normaalia kosteammissa olosuhteissa. Termisen hajoamisen aiheuttama massahäviö heikentää puun mekaanisia ominaisuuksia ja alentaa kostumistaipumusta. Jälkimmäinen alenee myös palautumattomien vetysidosten muodostuessa kuivauksen aikana ns. sarveistumisilmiössä. Sarveistuminen lisääntyy kuivausolojen muuttuessa rajummiksi. Tuotteen jäykkyyden ja lujuuden kannalta massahäviö ja sarveistuminen ovat kilpailevia mekanismeja. Kuivaus aiheuttaa mikroskooppisia vaurioita, kun puun soluseinien kerrokset kutistuvat anisotrooppisesti. Korkeassa lämpötilassa tapahtuva hidas kuivaus minimoi nämä vauriot. Termisen hajoamisen vaikutukset kuitenkin kompensoivat jännitysten laukeamisen tuomat edut tuotteen mekaanisissa ominaisuuksissa. Näitä ominaisuuksia voidaan parantaa nopealla kuivauksella korkeassa lämpötilassa termistä hajoamista välttäen ja sarveistumista edistäen. Vähentyvä kostumistaipumus parantaa myös muita ominaisuuksia kuten mittapysyvyyttä. Kevätpuun makrohuokosia sulkeutui kuumakuivauksessa, mikä voidaan tulkita palautumattomien vetysidosten muodostumiseksi. Jännityksen relaksaatio hitaassa kuumakuivauksessa vähensi mikrohalkeamia kevätpuussa ja tästä seurasi pienempi jäätymättömän veden määrä. Jäätymättömän veden määrä ylipäätään oli pienempi kuin aiemmin on raportoitu, kun laskelmissa otettiin huomioon faasimuutoksen vaikutus veden lämpökapasiteettiin.

• Borrega, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: marc.borrega@aalto.fi