Evaluating land-use related environmental impacts of biomass value chains for decision-support : Comparison and testing of methodologies proposed for environmental life cycle assessment

Life cycle assessment (LCA) is one of the most established quantitative tools for environmental impact assessment of products. To be able to provide support to environmentally-aware decision makers on environmental impacts of biomass value-chains, the scope of LCA methodology needs to be augmented to cover landuse related environmental impacts. This dissertation focuses on analysing and discussing potential impact assessment methods, conceptual models and environmental indicators that have been proposed to be implemented into the LCA framework for impacts of land use. The applicability of proposed indicators and impact assessment frameworks is tested from practitioners' perspective, especially focusing on forest biomass value chains. The impacts of land use on biodiversity, resource depletion, climate change and other ecosystem services is analysed and discussed and the interplay in between value choices in LCA modelling and the decision-making situations to be supported is critically discussed. It was found out that land use impact indicators are necessary in LCA in highlighting differences in impacts from distinct land use classes. However, many open questions remain on certainty of highlighting actual impacts of land use, especially regarding impacts of managed forest land use on biodiversity and ecosystem services such as water regulation and purification. The climate impact of energy use of boreal stemwood was found to be higher in the short term and lower in the long-term in comparison with fossil fuels that emit identical amount of CO2 in combustion, due to changes implied to forest C stocks. The climate impacts of energy use of boreal stemwood were found to be higher than the previous estimates suggest on forest residues and stumps. The product lifetime was found to have much higher influence on the climate impacts of woodbased value chains than the origin of stemwood either from thinnings or final fellings. Climate neutrality seems to be likely only in the case when almost all the carbon of harvested wood is stored in long-lived wooden products. In the current form, the land use impacts cannot be modelled with a high degree of certainty nor communicated with adequate level of clarity to decision makers. The academia needs to keep on improving the modelling framework, and more importantly, clearly communicate to decision-makers the limited certainty on whether land-use intensive activities can help in meeting the strict mitigation targets we are globally facing.

GIS assessing traditional and modern agricultural land use/land cover change. A case study 1959-2005: Rekijoki, Somero, SW-Finland

Finland’s rural landscape has gone through remarkable changes from the 1950’s, due to agricultural developments. Changed farming practices have influenced especially traditional landscape management, and modifications in the arable land structure and grasslands transitions are notable. The review of the previous studies reveal the importance of the rural landscape composition and structure to species and landscape diversity, whereas including the relevance in presence of the open ditches, size of the field and meadow patches, topology of the natural and agricultural landscape. This land-change study includes applying remote sensed data from two time series and empirical geospatial analysis in Geographic Information Systems (GIS). The aims of this retrospective research is to detect agricultural landscape use and land cover change (LULCC) dynamics and discuss the consequences of agricultural intensification to landscape structure covering from the aspects of landscape ecology. Measurements of LULC are derived directly from pre-processed aerial images by a variety of analytical procedures, including statistical methods and image interpretation. The methodological challenges are confronted in the process of landscape classification and combining change detection approaches with landscape indices. Particular importance is paid on detecting agricultural landscape features at a small scale, demanding comprehensive understanding of such agroecosystems. Topological properties of the classified arable land and valley are determined in order to provide insight and emphasize the aspect the field edges in the agricultural landscape as important habitat. Change detection dynamics are presented with change matrix and additional calculations of gain, loss, swap, net change, change rate and tendencies are made. Transition’s possibility is computed following Markov’s probability model and presented with matrix, as well. Thesis’s spatial aspect is revealed with illustrative maps providing knowledge of location of the classified landscape categories and location of the dynamics of the changes occurred. It was assured that in Rekijoki valley’s landscape, remarkable changes in landscape has occurred. Landscape diversity has been strongly influenced by modern agricultural landscape change, as NP of open ditches has decreased and the MPS of the arable plot has decreased. Overall change in the diversity of the landscape is determined with the decrease of SHDI. Valley landscape considered as traditional land use area has experienced major transitional changes, as meadows class has lost almost one third of the area due to afforestation. Also, remarkable transitions have occurred from forest to meadow and arable land to built area. Boundaries measurement between modern and traditional landscape has indicated noticeable proportional increase in arable land-forest edge type and decrease in arable land-meadow edge type. Probability calculations predict higher future changes for traditional landscape, but also for arable land turning into built area.

U.S. landowner behavior, land use and land cover changes, and climate change mitigation

Abstract

Land use response to agricultural policy and market movements on Finnish dairy-farms

Selostus: Tuki- ja hintamuutosten vaikutus maitotilojen pellon käyttöön

Harmonization ofsignificant environmental aspects and their risk assessment in UPM paper and pulp mills

Työn tavoite onharmonisoida yhtenäiset rakenteet UPM:n paperi- ja sellutehtaiden merkittävilleympäristönäkökohdille sekä niiden ympäristöriskienhallintajärjestelmille. Näin saavutetaan yhteneväiset tavoitteet ja analysointikeinot yrityksen yksiköille. Harmonisointiprosessi on osa koko yrityksen ympäristöhallintajärjestelmän kehittämistä. Ja konsernin EMS -prosessi puolestaan konvergoi konsernin integroidun johtamisjärjestelmän kehitystä. Lisäksi työn tapaustutkimuksessa selvitettiin riskienhallintajärjestelmien integroitumispotentiaalia. Sen avulla saavutettaisiin paremmin suuren yrityksen synergia-etuja ja vuorovaikutteisuutta toimijoiden kesken, sekä parannettaisiin riskienhallintajärjestelmän mukautuvuutta ja käytettävyyttä. Työssä käsitellään kolmea esimerkkiä, joiden pohjalta tehdään esitys harmonisoiduille merkittäville ympäristönäkökohdille sekä riskienhallintajärjestelmien parametreille. Tutkimusongelmaa lähestytään haastattelujen, kirjallisuuden, yrityksen PWC:llä teettämän selvityksen sekä omien päätelmien avulla. Lisäksi työssä esitetään ympäristöhallintajärjestelmän tehokkuuden todentaminen ympäristösuorituskyvyn muuttujiin suhteutettuna. Pohjana jatkuvan kehityksen päämäärälle on organisaatio-oppiminen, niin yksittäisen työntekijän, tiimien kuin eri yksiköiden kesken. Se antaa sysäyksen aineettoman omaisuuden, kuten ympäristö-osaamisen, hyödyntämiseen parhaalla mahdollisella tavalla. Tärkeimpinä lopputuloksina työssä ovat ehdotukset harmonisoiduille merkittäville ympäristönäkökohdille sekä ympäristöriskienhallintajärjestelmän määritetyille komponenteille. Niitä ovat määritelmät ja skaalat riskien todennäköisyydelle, seurauksille sekä riskiluokille. Työn viimeisenä osana luodaan pohja tapaustutkimuksen avulla Rauman tehtaan jätevedenpuhdistamon kahden erilaisen riskienhallintajärjestelmän integroitumiselle.

Integrating environmental aspects into product development process

Various regulations and customer requirements have made it necessary for Vacon Oyj to pay more attention to the environmental aspects in its processes. The main purpose of this master’s thesis project is to define how environmental aspects could be integrated into Vacon’s product development process. The aim is to find out the most important environmental aspects for the company to address, to examine how these could be taken into account during the development process and to map the critical factors that need consideration in order to ensure the successful integration of environmental aspects into the design process. Based on the customer requirements and evolving regulations the most important aspects for Vacon include minimizing the amount of harmful substances, improving the recyclability and energy efficiency of the product and moreover providing meaningful information related to these aspects. To tackle these issues, a new DfE process was developed, tasks in each phase were described and responsibilities were indicated. To ensure the success of the DfE process, management commitment, support of other processes and significant improvements in ways the information is managed are required. The developers should be provided with training and support. Environmental expertise and knowledge in-house should be developed and establishing meaningful environmental indicators is suggested.

Kestävän kehityksen näkökulmien huomioiminen kunnan energiaratkaisussa

Diplomityön tavoitteena on tuottaa informaatiota kunnalliseen päätöksentekoon, jonka avulla kestävän kehityksen näkökulmia voidaan huomioida kunnan energiaratkaisusta päätettäessä. Yhtenä työn lähtökohtana on ollut myös uusi EU-direktiivi, jonka mukaan ympäristönäkökohtia voidaan huomioida julkisten hankintojen tarjouspyyntömenettelyssä valintaperusteena. Tarkastelun kohteena oli kokoluokaltaan 0,5–3 MW:n aluelämpölaitokset sekä polttoaineiden tuotantoketjut. Työssä vertailtavat polttoaineet olivat metsähake, raskas polttoöljy, kevyt polttoöljy ja turve. Diplomityössä on perehdytty kestävän kehityksen käsitteeseen ja muodostettu sen mukaan ekologiselle, sosiaaliselle ja taloudelliselle näkökulmalle kunnallisen energiaratkaisun indikaattoreita. Empiirisessä osassa käsitellään kestävän kehityksen näkökulmien muodostumista Enon energiaosuuskunnan toimintaan perustuen. Käytettävät kestävän kehityksen näkökulmien mukaiset indikaattorit ovat polttoaineen tuotannosta ja käytöstä aiheutuvat kasvihuonekaasupäästöt, polttoaineen tuotannon työllisyysvaikutukset sekä energian hinnan muodostuminen osuuskunnan asiakkaille. Tässä diplomityössä tarkastelluilla kestävän kehityksen indikaattoreilla mitattuna, metsähakkeen käytöllä energiantuotannossa on positiivinen vaikutus niin kunnan kasvihuonekaasutaseessa, työllisyystilanteessa sekä myös enemmän kuluttajaystävällinen asema, lämmön hinnan vakauden ansiosta, kuin muilla työssä käsiteltävillä polttoaineilla. Polttoaineen tuotantoketjun osalta metsähakkeelle saatiin tuotannon ja käytön aiheuttamaksi kasvihuonekaasupäästöksi 2,9–4,2 g CO2-ekv/MJ. Tulos perustuu Enon energiaosuuskunnan polttoaineen hankinnassa käytössä oleviin keskimääräisiin etäisyyksiin metsäkuljetuksessa (250 m) ja kaukokuljetuksessa (15 km). Tuotannon ja käytön aiheuttamat kasvihuonekaasupäästöt olivat raskaalla polttoöljyllä 88,2 g CO2-ekv/MJ, kevyellä polttoöljyllä 85,0 g CO2-ekv/MJ ja turpeella 104,0–108,1 g CO2-ekv/MJ. Metsähakkeen osalta polttoaineen tuotannon osuus koko tarkastellun energiaketjun kasvihuonekaasupäästöistä oli noin 43–57 %. Enon energiaosuuskunnan tapauksessa vuoden 2005 odotetulla toiminta-asteella metsähakkeella tuotetun lämmön tuotantoketjun kasvihuonekaasupäästöt ovat noin 160 t CO2-ekv. Kevyellä polttoöljyllä tuotetun lämmön tuotantoketjun kasvihuonekaasupäästöt olisivat noin 3700 t CO2-ekv sekä turpeen (50 %) ja metsähakkeen (50 %) seoskäyttöön perustuvalla ketjulla noin 2300–2400 t CO2-ekv. Samaisella toiminta-asteella työllisyysvaikutukset ovat käytettäessä metsähaketta 2,2–8,6 htv, raakaöljyä 0,12 htv ja turvetta 1,4–1,6 htv. Metsähakkeen käyttö aluelämpölaitosten pääpolttoaineena takaa myös vakaan hintakehityksen osuuskunnan asiakkaille.

Rural Food System Change in Tanzania during the Post-Ujamaa Era. A Case Study from Western Bagamoyo District

Food systems in Sub-Saharan Africa have been rapidly transforming during the recent decades with diverse outcomes on human development and environment. This study explores the food system change in rural villages in eastern Tanzania where subsistence agriculture has traditionally been the main source of livelihood. The focus is on the salient changes in the spatial dimensions and structural composition of the food system in the context of economic liberalization that has taken place after the end of the socialist ujamaa era in the mid-1980s. In addition, the linkages of the changes are examined in relation to food security, socio-economic situation, livelihoods, and local environment. The approach of the study is geographical, but also involves various multi-disciplinary elements, particularly from development studies. The research methods included thematic and questionnaire interviews, participatory tools, and the analysis of land use/ cover data and official documents. Several earlier studies that were made in the area during the late 1970s and 1980s provided an important reference base. The study shows that subsistence farming has lost its dominant role in food provisioning due to the declining productivity of land, livestock losses, and the increasing shift of labour to non-farm sectors. Also rapid population growth has added to the pressure on land and other natural resources. Despite the increasing need for money for buying marketed foods and other necessities, the nutritional situation shows improvement and severe malnutrition has diminished. However, the long-term sustainability of this transformation raises concerns. Firstly, the food security situation continues to be fragile and prone to shocks such as adverse climatic conditions, crop failures and price hikes. Secondly, the commodification of the food system and livelihoods in general is linked to rapid environmental degradation in the area, particularly the loss of soil fertility and deforestation. The situation calls for efforts that take more determined and holistic approaches towards sustainable development of the rural food system with particular focus on the role and viability of small-scale farming.

Suunnittelulla ja ruo´on hyötykäytöllä tehokkuutta rantojen hoitoon : Tuloksia ja kokemuksia VELHO-hankkeesta

Varsinais-Suomen ELY-keskuksen toteuttamassa VELHO-hankkeessa kehitettiin kustannustehokkaita ratkaisuja ranta-alueiden umpeenkasvun aiheuttamiin ongelmiin luomalla uusi konsepti ranta-alueiden monikäyttösuunnitteluun, edistämällä järviruo’on hyötykäyttöä ja valmistelemalla esityksiä uuteen maaseudun kehittämisohjelmaan. Tässä julkaisussa esitellään työn tulokset ja johtopäätökset. Hankkeessa laadittiin kolme ranta-alueiden monikäyttösuunnitelmaa: Mynälahden Sarsalanaukko ja Musta-aukko, Oukkulanlahti – Naantalinaukko ja Eurajoen - Luvian rannikko. Suunnitelmissa sovitettiin yhteen ranta-alueiden eri käyttömuotoja ja pyrittiin löytämään optimaalinen verkosto hyötykäyttöön leikattavien ruovikoiden, avoimena pidettävien merenrantaniittyjen ja säilytettävien ruovikoiden välille. Kustannustehokkuuteen pyrittiin kohdentamalla hoitotoimet laajoihin kokonaisuuksiin sekä järviruo’on hyötykäytöllä. Suunnitelmat laadittiin laajassa osallistavassa prosessissa. Hankkeessa laadituissa ranta-alueiden monikäyttösuunnitelmissa esitettiin erilaisia maankäyttötavoitteita ja hoitosuosituksia yli 2000 hehtaarille. Ruovikoiden ja rantaniittyjen lisäksi suunnittelun kohteena olivat myös rantojen läheiset peltoalueet, reunavyöhykkeet ja muut perinnebiotoopit. Hoitotoimilla tavoitellaan alueiden luonnon monimuotoisuuden ja vesien tilan paranemista, maiseman avartumista ja virkistyskäytön helpottumista. Ruovikoiden erilaisia leikkuumenetelmiä (talvileikkuut, vesileikkuut, maaleikkuut) testattiin 90 hehtaarin alalla. Rantaniittyjen kunnostuksessa testattiin maaleikkuun lisäksi ruovikon niittomurskausta. Ruokomassan hyötykäyttökokeissa testattiin kahden eri ruokolaadun eli tuoreen kesäruo’on ja kuivan talviruo’on esikäsittelyä ja hyötykäyttöä energiantuotannossa (poltto, biokaasutus) ja maataloudessa (maanparannusaine, viherlannoite, kuivike, katemateriaali). Maaseudun kehittämisohjelmaan tehtiin esityksiä tukimuotojen kehittämiseksi: rantaniittyjen kunnostuksen lisääminen ja hoidon laadun parantaminen, ruovikoiden vesileikkuut ravinteiden poistajina sekä ruokomassojen käyttö maan orgaanisen aineen lisääjänä. Hankkeen kokemusten mukaan yksi kustannustehokkaimmista hoito- ja käyttöketjuista on ruovikon leikkuu loppukesällä ja siitä kertyvän massan käyttö ranta-alueiden läheisillä pelloilla viherlannoitteena ja maanparannusaineena. Yhden hehtaarin ruovikon kesäleikkuulla poistetaan keskimäärin 80 kg typpeä ja 7 kg fosforia. Vesiensuojelullisten hyötyjen lisäksi leikkuulla parannetaan umpeenkasvusta kärsivien lajien elinoloja, lisätään rantojen vetovoimaisuutta ja edistetään luonnonhoitoyrittäjyyden edellytyksiä. Peltokäytössä käsittelyketju on lyhyt eikä se vaadi pitkiä kuljetusmatkoja. Ruokomassa kierrättää ravinteita takaisin pelloille ja parantaa maan rakennetta. Järviruo’on hyötykäytöllä ei pystytä kattamaan koko leikkuu- ja käyttöketjun kustannuksia. Leikkuusta ja hyötykäytöstä saatavien monien eri aineellisten ja aineettomien ekosysteemipalveluhyötyjen vuoksi toimintaan on tarpeen suunnata yhteiskunnan tukea ja luoda käytännön toteutusta edistäviä tukimuotoja. Kustannustehokkuutta voidaan edelleen parantaa laitteita ja menetelmiä kehittämällä.

Characteristics of urban heat island (UHI) in a high latitude coastal city - a case study of Turku, SW Finland

The term urban heat island (UHI) refers to the common situation in which the city is warmer than its rural surroundings. In this dissertation, the local climate, and especially the UHI, of the coastal city of Turku (182,000 inh.), SW Finland, was studied in different spatial and temporal scales. The crucial aim was to sort out the urban, topographical and water body impact on temperatures at different seasons and times of the day. In addition, the impact of weather on spatiotemporal temperature differences was studied. The relative importance of environmental factors was estimated with different modelling approaches and a large number of explanatory variables with various spatial scales. The city centre is the warmest place in the Turku area. Temperature excess relative to the coldest sites, i.e. rural areas about 10 kilometers to the NE from the centre, is on average 2 °C. Occasionally, the UHI intensity can be even 10 °C. The UHI does not prevail continuously in the Turku area, but occasionally the city centre can be colder than its surroundings. Then the term urban cool island or urban cold island (UCI) is used. The UCI is most common in daytime in spring and in summer, whereas during winter the UHI prevails throughout the day. On average, the spatial temperature differences are largest in summer, whereas the single extreme values are often observed in winter. The seasonally varying sea temperature causes the shift of relatively warm areas towards the coast in autumn and inland in spring. In the long term, urban land use was concluded to be the most important factor causing spatial temperature differences in the Turku area. The impact was mainly a warming one. The impact of water bodies was emphasised in spring and autumn, when the water temperature was relatively cold and warm, respectively. The impact of topography was on average the weakest, and was seen mainly in proneness of relatively low-lying places for cold air drainage during night-time. During inversions, however, the impact of topography was emphasised, occasionally outperforming those of urban land use and water bodies.