Artikkelit jotka sisältää sanan 'sorption'

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

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

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

Fotosynteesin edellytyksenä on sen valoriippuvaisten ja -riippumattomien reaktioiden välinen tasapaino, jolloin valokemian kautta tapahtuva energian sisäänvirtaus vastaa kulutusta. Biokemialliset ja fysiologiset prosessit edesauttavat tasapainon muodostumista, sillä jotkut prosessit säätelevät valoriippuvaisten valokemialllisten reaktioiden aktiivisuutta, kun taas toiset säätelevät lämpötilariippuvaisten biokemiallisten reaktioiden aktiivisuutta. Biokemialliset ja fysiologiset prosessit mukauttavat myös fotosynteesiin käytettävissä olevaa absorboidun energian määrää ohjaamalla osan energiasta ei-valokemiallisille reaktiopoluille, jotka hajauttavat energiaa lämpönä ja fluoresenssina. On kiinnostavaa, että tietyt fotosynteesin dynamiikkaan vaikuttavat biokemialliset ja fysiologiset prosessit korreloivat fotosynteesin dynamiikkaa luonnehtivien lehden optisten ominaisuuksien (LOP) kanssa. Mutta kuinka tukevalla pohjalla näihin ominaisuuksiin vaikuttavia biokemiallisia ja fysiologisia prosesseja koskeva tietämyksemme on, ja miten hyvin lehtien optiset ominaisuudet ja fotosynteesin dynamiikan taustalla vaikuttavat biokemialliset ja fysiologiset prosessit korreloivat, kun niitä tarkastellaan erilaisilla spatiotemporaalisilla skaaloilla? Tässä väitöskirjassa tutkittiin, korreloivatko lehtien reflektanssiin ja fluoresenssiin perustuvat optiset ominaisuudet riittävän hyvin fotosynteesin dynamiikkaan vaikuttavien biokemiallisten ja fysiologisten prosessien kanssa, ja pätevätkö nämä korrelaatiot eri spatiotemporaalisilla skaaloilla.

Tässä väitöskirjassa osoitetaan lehtien reflektanssiin ja fluoresenssiin perustuvien optisten ominaisuuksien sopivuus fotosynteesin dynamiikan tutkimiseen sopiviksi optisiksi korvikemuuttujiksi. Työssä myös tunnistetaan vaihtelulähteitä, jotka voivat rikkoa fotosynteesin ja optisten ominaisuuksien välisen korrelaation. Vaihtelulähteet luokitellaan metodologisten (liiallinen yksinkertaistaminen ja tekniset/instrumentaaliset rajoitteet) ja spatiotemporaalisten rajoitteiden mukaan. Fotosynteesidynamiikan taustalla olevien prosessien ja lehtien optisten ominaisuuksien liiallista yksinkertaistamista tarkasteltiin tutkimalla PAR-säteilyn absorptiota männynneulasiin. PAR-absorptiota pidetään yleisesti klorofyllikonsentraatiosta riippuvaisena, mutta tässä väitöskirjassa osoitetaan, että absorptiota säätelee myös vahojen vaikutus neulasten PAR-reflektanssiin. Koska neulasten PAR-absorption suora mittaaminen on vaikeaa, PAR-reflektanssia käytettiin PAR-absorption korvikemuuttujana. Tämän teknisen/instrumentaalisen rajoitteen ratkaisemiseen  väitöskirja esittelee uuden metodologian, joka helpottaa PAR-absorption suoraa arviointia. Väitöskirjassa myös osoitetaan, että eräät optiset ominaisuudet näyttävät olevan tunnottomia, kun pyritään mittaamaan tiettyjen biokemiallisten ja fysiologisten prosessien dynamiikkaa. Tämä päti valokemialliseen reflektanssi-indeksiin (PRI), jonka avulla ei pystytty havaitsemaan zeaksantiinista riippumattomia, absorboidun PAR-säteilyn lämpöhajaantumisen taustalla olevia prosesseja. Lisäksi väitöskirjassa osoitetaan, että myös lehden morfologia voi vaikuttaa optisiin ominaisuuksiin, mikä saattaa vaikuttaa optiikkaan perustuvaan monitorointiin yksittäistä lehteä suuremmilla skaaloilla. Huolimatta väitöskirjassa esiin tuoduista varauksista optisten menetelmien potentiaali fotosynteesiaktiivisuuden dynamiikan seurannassa on kiistaton, ja tässä esitetyt tulokset voivat osaltaan pienentää epävarmuutta, joka liittyy fotosynteesin kuvaamiseen optisin menetelmin eri spatiotemporaalisilla kaaloilla.

• Olascoaga, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: benat.olascoagagracia@helsinki.fi

• Väänänen, University of Helsinki, Department of Forest Ecology Sähköposti: riitta.vaananen@helsinki.fi