Artikkelit jotka sisältää sanan 'nitrogen'

Suometsien uudistaminen lisää ravinne- ja kiintoainekuormitusta vesistöihin. Ravinnepitoisuuksien ja -kuormituksen vuodenaikainen vaihtelu lisää tarvetta uudenlaisten vesiensuojelumenetelmien kehittämiseen. Veden puhdistaminen biohiilen avulla voisi olla mahdollinen uusi vesiensuojelumenetelmä suometsätaloudessa. Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin ravinteiden pidättymistä kuusi- ja koivubiohiileen avohakkuualueelta kerätystä valumavedestä. Työn tavoitteena oli i) tutkia biohiilen ominaisuuksien vaikutusta ravinteiden pidättymiseen pienimittakaavaisessa laboratoriokokeessa (Artikkeli I), ii) tutkia biohiilireaktoreiden kykyä pidättää typpiyhdisteitä (Artikkeli II), ja iii) tutkia typen adsorptio-desorptiodynamiikkaa vaihtelevissa valumaveden typpipitoisuuksissa (Artikkeli III). Koivu- ja kuusibiohiili pidättivät tehokkaasti typpiyhdisteitä valumavedestä kaikissa kokeissa. Pidättyminen oli nopeinta kokeiden alussa. Pidättyminen oli sitä suurempaa, mitä korkeampi veden typpipitoisuus oli. Alle 0.4 mg L^-1 konsentraatiossa typpeä ei pidättynyt. Desorptio oli vähäistä, kun aiemmin typpeä pidättäneet biohiilet asetettiin veteen, jonka typpipitoisuus oli alhainen. Tutkimuksen perusteella biohiili on mahdollinen vesiensuojelukeino erityisesti korkean kuormituksen riskialueella.

• Kakaei Lafdani, University of Eastern Finland, Faculty of Science, Forestry and Technology, School of Forest Sciences https://orcid.org/0000-0001-6582-1211 Sähköposti: elhka@uef.fi

Metsänhoidon kestävistä käytännöistä tarvitaan tietoa, jotta voidaan minimoida mahdollisia ympäristövaikutuksia ja turvata metsän ja metsämaan elinvoimaisuus. Tiedon avulla voidaan varmistaa metsän tuotoskykyä, auttaa metsiä sopeutumaan ilmastonmuutokseen ja hyödyntämään metsiä myös ilmastonmuutoksen hillinnässä. Erityisesti hiilen ja typen kiertokulku on keskeisessä roolissa metsäekosysteemin toiminnassa.

Tämän väitöskirjan yleisenä tavoitteena oli saada tietoa hakkuutähteiden vaikutuksesta metsämaan typen- ja hiilenkierron pääprosessien dynamiikasta ensimmäisinä vuosina päätehakkuun jälkeen. Erityisenä tavoitteena oli verrata eri puulajien eli männyn, kuusen ja rauduskoivun hakkuutähteiden vaikutuksia. Hakkuutähdekasojen vaikutusta maahan määritettiin vertaamalla tuoreita hakkuutähteitä sisältäviä koealoja ja ilman hakkuutähteitä olevia koealoihin keskenään. Kenttäkokeet sijaitsivat kivennäismailla eteläisen Suomen alueella.

Hakkuutähteen vaikutus maaperän kemiallisiin ominaisuuksiin ja prosesseihin oli voimakkaampaa orgaanisessa kerroksessa kuin mineraalimaakerroksessa. Hakkuutähteet kiihdyttivät voimakkaasti typen kierron prosesseja jo ensimmäisen vuoden aikana erityisesti niiden hakkuutähdekasojen alla, joissa oli suurin määrä hakkuutähdettä. Tämän seurauksena tapahtui typen hävikkiä kaasumaisina typpioksiduulipäästöinä ja nitraattitypen huuhtoutumisena. Typpioksiduulipäästöt olivat pieniä, mutta kuitenkin korkeampia hakkuutähdekoealoilla. Kuusen hakkuutähteet kiihdyttivät typpioksiduulipäästöjä muita puulajeja pidempään. Maaveden typpipitoisuudet nousivat jo vuoden kuluttua hakkuutähdekasojen perustamisesta. Hakkuutähteet lisäsivät maaveden typen pitoisuuksia voimakkaimmin koivun hakkuutähteiden alta. Kaiken kaikkiaan hakkuutähdekasojen vaikutus maaperään oli voimakkaampaa verrattuna lievempiin puulajivaikutuksiin. Biologista typen sidontaa havaittiin kaikissa hakkuutähdemateriaaleissa ja se oli yleensä voimakkaampaa oksissa kuin neulasissa tai lehdissä ja havupuiden hakkuutähteissä kuin koivun hakkuutähteessä.

Hakkuutähteen levittäytyminen, määrä ja hajoamisvaihe sekä metsämaan kasvillisuuden kehitys voivat yhdessä määrittää maaperän hiilen ja typenkierron prosessien ja typen häviöiden dynamiikkaa. Tulokset korostavat hakkuutähteiden tasaisemman levittämisen tärkeyttä metsänpohjalla niiden kasaamisen sijaan. Tasaisella levittämisellä voidaan välttää haitallisia ympäristövaikutuksia ja pitää yllä maaperän ravinnetasapainoa. Typen pysymiseen metsämaassa tulisi kiinnittää enemmän huomiota käytännön metsänhoidon toimenpiteissä erityisesti boreaalisilla alueilla, joilla typpi rajoittaa metsien kasvua.

• Törmänen, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences Sähköposti: tiina.tormanen@tapio.fi

Arktinen alue lämpenee muuta maapalloa nopeammin ilmastonmuutoksen seurauksena, ja tämän vaikutus ulottuu boreaalisella vyöhykkeellä erityisesti pohjoisosiin. Vyöhykkeen kasvuolosuhteet ovat pysyneet vuosituhansia samankaltaisina ennen käynnissä olevaa murrosta, mutta vuoden keskilämpötilan odotetaan yhä nousevan, sadannan lisääntyvän ja kasvukauden pidentyvän. Lisäksi sään ääri-ilmiöiden, kuten kuivuuden, rankkasateiden ja kasvukauden aikaisten pakkasjaksojen odotetaan yleistyvän. Pohjoisboreaalinen vyöhyke sijaitsee Suomessa pääasiassa Lapissa, johon kohdistuu alueena myös erilaista maankäytön muutoksen painetta muun muassa kaivostoiminnan kautta. Tässä väitöskirjassa tarkastellaan pohjoisboreaalisten metsien kasvillisuuden suhdetta sekä sen alla olevan maaperän ravinteisiin, että yllä olevaan ilmakehään kasvillisuuden ja ilmakehän välisen hiilidioksidivaihdon kautta. Tutkin kasvillisuuden ja maaperän välisiä yhteyksiä Itä-Lapissa Soklin koekaivosalueen fosfaattimalmion lähellä, missä maaperän fosforipitoisuus vaihtelee runsaasti myös malmion ulkopuolella. Kasvillisuuden ja ilmakehän välistä hiilidioksidin vaihtoa puolestaan tutkin sekä erittelemällä männikön eri ositteiden (puusto, aluskasvillisuus) hiilivuota, että analysoimalla erilaisten metsiköiden (kuusikko ja männikkö) vastustuskykyä sään ääri-ilmiöille.

Fosfaattimalmion läheisissä metsissä ruohovartisten kukkakasvien, heinien ja sarojen lajimäärät nousivat maaperän humuskerroksen typpi- ja erityisesti fosforipitoisuuden kohoamisen kanssa. Humuksen fosforipitoisuus puolestaan oli muita koealoja (männiköt ja kuusikot) korkeampi niillä tutkimuskoealoilla, joiden valtapuu oli hieskoivu. Aluskasvillisuudella oli tärkeä osa myös männikön hiilidioksidivaihdossa. Pohjoisboreaalisissa metsiköissä latvusto on usein avoin, jolloin valoa on verraten paljon saatavilla myös aluskasvillisuudelle. Latvuston ja aluskasvillisuuden hiilenvaihdon vuosisykli vaihteli, sillä aluskasvillisuus oli yleensä vielä lumen alla silloin, kun puusto alkoi keväällä yhteyttää. Verratessa pohjoisboreaalista kuusikkoa ja männikköä, huomattiin männikön sietävän sään ääri-ilmiöitä kuusikkoa paremmin. Kuusikon hengitys väheni äärimmäisen kuumana ja kuivana kesänä vaikka sen yhteyttäminen jopa kiihtyi. Tämä saattaa johtua hidastuneesta eloperäisen aineen hajonnasta, mutta lopullisen syyn selvittäminen vaatisi lisätutkimusta.

• Matkala, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences Sähköposti: laura.matkala@helsinki.fi

Typen ja hiilen kiertoa tutkittiin typpiköyhässä mäntymetsässä (Pinus sylvestris L.), joka sijaitsee Juupajoella Pirkanmaalla. Sitä verrattiin kahteen lauhkean vyöhykkeen metsään, joista toinen on Speulderbosin douglaskuusimetsä (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco) Alankomaissa ja toinen Sorøn pyökkimetsä (Fagus sylvatica L.) Tanskassa.

Typen ja hiilen kierto mäntymetsässä mallinnettiin. Mallinnettuja tuloksia verrattiin jatkuviin ympärivuotisiin mittauksiin metsän ravinnekierron kokonaisuuden ymmärtämiseksi. Mäntymetsän typpitase laskettiin suoria mittauksia, mittauksiin perustuvia arvioita sekä mallinnusta hyödyntäen. Typen otto ja retranslokaatio arvioitiin jatkuvien mittausten avulla. Mäntymetsän ja douglaskuusimetsän kariketuotannon dynamiikkaa verrattiin keskenään. Neulasten typpidynamiikkaa verrattiin kaikkien kolmen tutkimusmetsän välillä.

Mäntymetsässä maa oli suurin typen varasto, ja suurin osa tästä typestä oli vaikeasti hajoavassa muodossa. Männyt olivat erittäin tehokkaita säästämään ja kierrättämään typpeä. Tämä sekä typpilaskuema, mahdollinen typenotto latvustossa sekä typen otto orgaanisessa muodossa viittaavat siihen että mineralisaation merkitystä typen kiertoa ajavana voimana on yliarvioitu.

Suurin osa typestä allokoitiin korvaamaan kuollutta solukkoa mäntymetsässä. Tästä seuraa että typpilaskeuman lisätyppi voi merkittävästi kasvattaa sitä typen määrää, jolla voidaan saada aikaan nettokasvua. Koska männyt todettiin riippuvaisiksi typen säästämisestä ja kierrättämisestä, voivat pienetkin lumi- ja myrskytuhot aiheuttaa latvuston neulasbiomassan pienemistä alentuneen typen kierrätyksen takia suorien neulaskuolemien lisäksi. Tämä voi pienentää metsän kasvua ja kykyä sitoa ilmakehän hiiltä.

• Korhonen, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: janne.fj.korhonen@helsinki.fi

Tutkimuksessa selvitettiin metsäojitettujen soiden ennallistamisen vaikutuksia ravinteiden ja orgaanisen hiilen huuhtoutumiseen ja metaanidynamiikkaan. Työ koostuu neljästä alitutkimuksesta. Kahdessa alitutkimuksessa selvitettiin vaikutuksia veden laatuun ja aineiden huuhtoutumiseen, ja ne toteutettiin valuma-aluetasolla. Yksi alitutkimus oli laboratoriokoe, jossa selvitettiin aineiden liukenemista turpeesta anaerobisessa muhituksessa, jolla jäljiteltiin hakkuuta tai ennallistamista seuraavaa nousevaa vedenpintaa. Neljäs tutkimus oli jälleen maastotutkimus, ja siinä selvitettiin luonnontilaisten, ojitettujen ja ennallistettujen korpien metaanipäästöjen eroavaisuuksia. Kaikkiaan tutkimuksessa käsiteltiin 24:ää eri suota, joista yksi oli mukana kahdessa eri alitutkimuksessa.

Tulokset viittaavat siihen, että ennallistamisella voi olla huomattavia vaikutuksia etenkin ravinnerikkaiden kuusivaltaisten soiden tapauksessa. Niissä havaittiin suurimmat liuenneen orgaanisen hiilen ja ravinteiden kuormitus ennallistamisen jälkeen valuma-aluetason tutkimuksissa. Niiltä havaittiin ennallistamisen jälkeen myös huomattavia metaanipäästöjä, suurempia kuin luonnontilaisilta tai ojitetuilta kohteilta. Tulosten perusteella tulisi edelleen tutkia ennallistamisen menetelmiä ja niitä prosesseja, jotka vaikuttavat havaittujen vaikutusten taustalla.

• Koskinen, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: markku.koskinen@helsinki.fi

• Hynninen, University of Helsinki, Department of Geosciences and Geography Sähköposti: anu.hynninen@metla.fi