Temperature sensitivity of soil organic matter decomposition in boreal soils

The temperature sensitivity of decomposition of different soil organic matter (SOM) fractions was studied with laboratory incubations using 13C and 14C isotopes to differentiate between SOM of different age. The quality of SOM and the functionality and composition of microbial communities in soils formed under different climatic conditions were also studied. Transferring of organic layers from a colder to a warmer climate was used to assess how changing climate, litter input and soil biology will affect soil respiration and its temperature sensitivity. Together, these studies gave a consistent picture on how warming climate will affect the decomposition of different SOM fractions in Finnish forest soils: the most labile C was least temperature sensitive, indicating that it is utilized irrespective of temperature. The decomposition of intermediate C, with mean residence times from some years to decades, was found to be highly temperature sensitive. Even older, centennially cycling C was again less temperature sensitive, indicating that different stabilizing mechanisms were limiting its decomposition even at higher temperatures. Because the highly temperature sensitive, decadally cycling C, forms a major part of SOM stock in the organic layers of the studied forest soils, these results mean that these soils could lose more carbon during the coming years and decades than estimated earlier. SOM decomposition in boreal forest soils is likely to increase more in response to climate warming, compared to temperate or tropical soils, also because the Q10 is temperature dependent. In the northern soils the warming will occur at a lower temperature range, where Q10 is higher, and a similar increase in temperature causes a higher relative increase in respiration rates. The Q10 at low temperatures was found to be inversely related to SOM quality. At higher temperatures respiration was increasingly limited by low substrate availability.

Degradation of lignin and other 14C-labelled compounds in compost and soil with an emphasis on white-rot fungi

Puu, ruohokasvit ja näistä tehdyt tuotteet kuten mekaanisesta massasta valmistettu sanomalehtipaperi sisältävät ligniiniä, joka hajoaa yleensä hyvin hitaasti luonnossa. Valkolahosienet hajottavat ligniiniä tehokkaimmin, ja koska niiden tuottamat entsyymit hajottavat myös muita vaikeasti hajoavia yhdisteitä, voidaan valkolahosienten avulla mahdollisesti puhdistaa saastuneita maita. Tässä työssä haluttiin selvittää, säilyttävätkö valkolahosienet (Abortiporus biennis, Bjerkandera adusta, Dichomitus squalens, Phanerochaete chrysosporium, Phanerochaete sordida, Phlebia radiata, Pleurotus ostreatus, Trametes hirsuta ja Trametes versicolor) aktiivisuutensa ja kasvavatko ne maassa. Aktiivisuutta mitattiin seuraamalla sienten synteettisen ligniinin (14C-DHP) hajotuskykyä. T. versicolor (silkkivyökääpä) osoittautui tehokkaimmaksi ligniinin hajottajaksi ja sen pentakloorifenolin (PCP) hajotuskykyä tutkittiin erillisessä kokeessa. Entiset tai pitkään käytössä olleet saha-alueet ovat yhä saastuneet puun käsittelyaineista peräisin olevilla kloorifenoleilla. Biohajoavien muovien kehitystyö sekä kompostoinnin yleistyminen jätteiden käsittelymenetelmänä ovat luoneet tarpeen materiaalien biohajoavuuden määrittämiseen. Euroopan standardisoimisjärjestön (CEN) kontrolloidussa kompostitestissä biohajoavuus määritetään materiaalin hajoamisen aikana muodostuvan hiilidioksidin perusteella. Hiilidioksidin tuotto mitataan sekä näytettä sisältävästä kompostista että kompostista ilman näytettä, ja tällöin oletetaan, että kompostin orgaaninen aines molemmissa komposteissa (tausta) tuottaa yhtä paljon hiilidioksidia. Testin puutteeksi saattaa osoittautua kompostissa tai maassa esiintyvä "priming effect". Tällä tarkoitetaan materiaalin lisäämisen jälkeen esiintyvää epänormaalin suurita tai pientä hiilidioksidin muodostusta, minkä seurauksena testin tulosksena saatava biohajoavuus on virheellinen. Ligniinin hajotessa muodostuu enemmän humusta kuin hiilidioksidia, koska ligniini on humuksen tärkein lähtöaine. Näin ollen ligniiniä sisältävät paperituotteet saattavat testin mukaan vaikuttaa biologisesti hajoamattomilta. Valkolahosienet hajottivat 4-23% ligniinistä hiilidioksidiksi ja T. versicolor 29% PCP:sta. Kompostissa ligniini hajosi hiilidioksidiksi 58°C:ssa huomattavasti vähemmän (8%) kuin lämpötiloissa 35°C ja 50°C (23-24%). Kompostin todennäköisesti tärkeimpien ligniinin hajottajien, termofiilisten sienten, tyypillinen optimilämpötila on 45°C, eivätkä ne ole enää aktiivisia 58°C:ssa. Sekä maassa että kompostissa ligniini sitoutui kuitenkin suurimmaksi osaksi humukseen. Valkolahosienet hajottivat sekä humukseen sitoutunutta ligniiniä että PCP:ia, mutta kompostin sekapopulaatio ei tähän pystynyt, ja ligniiniä sitoutui humukseen yhä enemmän kompostoinnin aikana. T. versicolor hajotti PCP:ia tehokkaasti, eikä se tuottanut myrkyllisiä kloorianisoleja, joita jotkut valkolahosienet saattavat muodostaa kloorifenoleista. Priming effect ilmiötä tutkittiin eri ikäisissä ja kypsyydeltään erilaisissa komposteissa. Kompostit erosvat toisistaan myös hajoamattoman jätteen määrän ja mikrobipopulaation suhteen. Negatiivinen priming effect havaittiin kaikissa epästabiileissa komposteissa (ikä enintään 6 kk), ja sen lisäksi yhdessä näistä komposteista positiivinen priming effect kokeen lopussa. Stabiileissa komposteissa (ikä vähintään 6 kk) ilmiötä ei sen sijaan havaittu. Epästabiileissa komposteissa biohajoavuudelle saadut tulokset eivät siis ole luotettavia. Työn tulosten perusteella valkolahosienet, ja erityisesti T. versicolor, ovat lupaavia saastuneen maan puhdistukseen, joskin sienirihmaston mahdollisuudet säilyä aktiivisena maan alkuperäisen mikrobipopulaation kanssa täytyy vielä selvittää. Kompostin sekapopulaatio, joka ei sisällä valkolahosieniä, hajotti ligniiniä yllättävän tehokkaasti termofiilisille sienille sopivissa lämpötiloissa, vaikka ligniini sitoutuikin pääasiallisesti humukseen. Kompostin kypsyys osoittautui tärkeäksi tekijäksi kontrolloidun kompostitestin onnistumisen kannalta. Priming effect ilmiön välttämiseksi on varmistettava, että testissä käytetty komposti on riittävän kypsä. Kompostien mikrobipopulaation koostumusta kompostoinnin eri vaiheissa tulisi tarkemmin selvittää, koska stabiilien ja epästabiilien kompostien ero aiheutui todennäköisesti populaatioiden rakenteessa vallitsevista eroista. Näin myös priming effect ilmiön syyt voitaisiin selittää paremmin.

Export of organic matter, sulphate and base cations from boreal headwater catchments downstream to the coast: impacts of land use and climate

The terrestrial export of dissolved organic matter (DOM) is associated with climate, vegetation and land use, and thus is under the influence of climatic variability and human interference with terrestrial ecosystems, their soils and hydrological cycles. The present study provides an assessment of spatial variation of DOM concentrations and export, and interactions between DOM, catchment characteristics, land use and climatic factors in boreal catchments. The influence of catchment characteristics, land use and climatic drivers on the concentrations and export of total organic carbon (TOC), total organic nitrogen (TON) and dissolved organic phosphorus (DOP) was estimated using stream water quality, forest inventory and climatic data from 42 Finnish pristine forested headwater catchments, and water quality monitoring, GIS land use, forest inventory and climatic data from the 36 main Finnish rivers (and their sub-catchments) flowing to the Baltic Sea. Moreover, the export of DOM in relation to land use along a European climatic gradient was studied using river water quality and land use data from four European areas. Additionally, the role of organic and minerogenic acidity in controlling pH levels in Finnish rivers and pristine streams was studied by measuring organic anion, sulphate (SO4) and base cation (Ca, Mg, K and Na) concentrations. In all study catchments, TOC was a major fraction of DOM, with much lower proportions of TON and DOP. Moreover, most of TOC and TON was in a dissolved form. The correlation between TOC and TON concentrations was strong and TOC concentrations explained 78% of the variation in TON concentrations in pristine headwater streams. In a subgroup of 20 headwater catchments with similar climatic conditions and low N deposition in eastern Finland, the proportion of peatlands in the catchment and the proportion of Norway spruce (Picea abies Karsten) of the tree stand had the strongest correlation with the TOC and TON concentrations and export. In Finnish river basins, TOC export increased with the increasing proportion of peatland in the catchment, whereas TON export increased with increasing extent of agricultural land. The highest DOP concentrations and export were recorded in river basins with a high extent of agricultural land and urban areas, reflecting the influence of human impact on DOP loads. However, the most important predictor for TOC, TON and DOP export in Finnish rivers was the proportion of upstream lakes in the catchment. The higher the upstream lake percentage, the lower the export indicating organic matter retention in lakes. Molar TOC:TON ratio decreased from headwater catchments covered by forests and peatlands to the large river basins with mixed land use, emphasising the effect of the land use gradient on the stoichiometry of rivers. This study also demonstrated that the land use of the catchments is related to both organic and minerogenic acidity in rivers and pristine headwater streams. Organic anion dominated in rivers and streams situated in northern Finland, reflecting the higher extent of peatlands in these areas, whereas SO4 dominated in southern Finland and on western coastal areas, where the extent of fertile areas, agricultural land, urban areas, acid sulphate soils, and sulphate deposition is highest. High TOC concentrations decreased pH values in the stream and river water, whereas no correlation between SO4 concentrations and pH was observed. This underlines the importance of organic acids in controlling pH levels in Finnish pristine headwater streams and main rivers. High SO4 concentrations were associated with high base cation concentrations and fertile areas, which buffered the effects of SO4 on pH.

Phosphorus and organic matter discharged by Finnish rivers to the Baltic Sea

Tiivistelmä: Suomen jokivesien Itämereen kuljettama fosfori ja orgaaninen aine

Orgaanisen aineen huuhtoutuminen ja siihen vaikuttavat tekijät

English summary: The washing out of organic matter and factors affecting it.

Simultaanisaostuksen vaikutuksista lietemääriin ja lietteen lahotukseen

Engl. summary: Effect of simultaneous precipitation on aerobic stabilizatíon and the quantity of sludge

Inarinjärven tutkimus vuonna 1974

Engl. summary: Data on the water quality in Lake Inari in the year 1974

Jokien ainevirtaamista Suomen rannikolla

Engl. summary: Amounts of substances discharged by rivers off the coast of Finland

Kaivinkonekuoppa-aineistot osana ydinjätteen loppusijoituksen pitkäaikaisturvallisuutta, OL-KK25 ja 26 koekuoppien maaperän geokemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet

Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitus Olkiluodon kallioperään edellyttää kattavaa turvallisuusarviointia. Turvallisuusarviointi koostuu monista osista, joista yksi on biosfääriarviointi. Sen tavoitteena on selvittää mahdollisten säteilyannosten määriä ihmisille ja muulle luonnolle. Annosarvioinnin edellytyksenä on tuntea Olkiluodon paikalliset olosuhteet ja mahdolliset kehityskulut. Yksi keskeinen osa biosfääriarviointia on mallintaa radionuklidien kulkeutumista kallioperästä maanpinnalle. Kulkeutumisen kannalta on olennaista tuntea maaperän ominaisuudet, koska maaperä toimii rajapintana kallioperän ja elävän luonnon välillä. Tässä tutkimuksessa selvitettiin Olkiluodon saarelle tehtyjen koekuoppien OL-KK25-26 maaperän geokemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia sekä alkuaineiden in situ jakaantumiskertoimia (Kd). Jakaantumiskertoimilla selvitetään alkuaineiden ja radionuklidien liikkuvuutta erilaisissa ympäristöissä. Tässä tutkimuksessa keskityttiin käytetystä ydinpolttoaineesta löytyviin analogisiin alkuaineisiin (Ag, Cl, Cs, I, Mo, Nb, Ni, Pb, Se, Sn ja Sr), jotka ovat turvallisuusarvioinnin kannalta kaikkein tärkeimpiä. Kd – arvot laskettiin alkuaineiden konsentraatioista, jotka mitattiin maanäytteistä kahdella erilaisella uuttomenetelmällä. Heikkoliukoisten ja kasvien saatavilla olevien alkuaineiden konsentraatiot määritettiin NH4Ac (pH 4,5) uutolla ja kokonaispitoisuudet HNO3-HF uutolla sekä LiBO2- fuusiolla. Lisäksi näytteistä maaritettiin maalajit ja niiden raekokojakaumat, orgaaninen aines (LOI), pH, liuennut orgaaninen ja epäorgaanin hiili, pääanionit, mineraalikoostumus, kationinvaihtokapasiteetti (CEC) sekä emäskylläisyys (BS). Koekuopista määritetyile Kd – arvoille ja muille muuttujille tehtiin lopuksi korrelaatioanalyysit, joilla pyrittiin löytämään alkuaineiden liikkuvuuteen eniten vaikuttavia tekijöitä. Maaperää Olkiluodossa voidaan pitää hyvin heterogeenisenä, koska hyvin lähellä toisiian sijainneissa koekuopissa niin maalajit kuin muut ominaisuudet vaihtelivat runsaasti. Myös ominaisuudet eri maakerroksissa vaihtelivat merkittävästi. Alkuaineiden konsentraatioiden sekä Kd - arvojen muutokset olivat voimakkaasti yhteydessä maalajityyppeihin. Merkittävimmin Kd - arvoihin vaikuttivat mineraalikoostumus, savipitoisuus ja raekoko. Muita konsentraatioihin ja jakaantumiskertoimiin vaikuttavia muuttujia olivat orgaanisen aineksen määrä sekä pH. Lisäksi tietyillä, luonnossa pääasiassa anionisilla, alkuaineilla korrelaatiot olivat heikompia tai päinvastaisia kuin muilla aineilla. Tutkimuksen tulokset lisäävät ymmärrystä maaperän ominaisuuksien ja alkuaineiden liikkuvuuden riippuvuuksista. Tuntemalla maaperän ominaisuudet ja alkuaineiden Kd - arvot sekä niiden väliset riippuvuudet, voidaan radionuklidien kulkeutumista kallioperästä maanpinnalle arvioida entistä luotettavammin. Tutkimuksessa tuotettuja tuloksia ja aineistoja hyödynnetään myös pintaympäristön ekosysteemien ja maaperän mallinnuksissa.

Helsingin Östersundomin pienvesien kartoitus

The area of Östersundom (29,1 square kilometers) was attached to Helsinki in the beginning of the year 2009. Östersundom is formed mostly from the municipality of Sipoo, and partly from the city of Vantaa. Nowadays Östersundom is still quite rural, but city planning has already started, and there are plans to develop Östersundom into a district with 45 000 inhabitants. In this study, the headwaters, streams and small lakes of Östersundom were studied to produce information as a basis for city planning. There are six main streams and five small lakes in Östersundom. The main methodology used in this study was the examination of the physical and the chemical quality of the water. The hygienic quality of the water was also studied. It was also examined whether the waters are in their natural state, or have they been treated and transformed by man. In addition, other factors affecting the waters were examined. Geographical information data was produced as a result of this work. Östersundom is the main area looked at in this study, some factors are examined in the scope of the catchment areas. Water samples were collected in three sampling periods: 31.8 4.9.2009, 3. 4.2.2010, and 10. 14.4.2010. There were 20 sampling points in Östersundom (5 in small lakes, 15 in streams). In the winter sampling period, only six samples were collected, from which one was taken from a small lake. Field measurements associated with water sampling included water temperature, oxygen concentration, pH and electoral conductivity. Water samples were analyzed in the Laboratories of Physical Geography in the University of Helsinki for the following properties: total suspended solids (TSS), total dissolved substances (TDS), organic matter, alkalinity, colour, principal anions and cations and trace elements. Metropolilab analyzed the amount of faecal coliform bacteria in the samples. The waters in Östersundom can be divided to three classes according to water quality and other characteristics: the upper course of the streams, the lower course of the streams and the small lakes. The streams in their upper course are in general acidic, and their acid neutralization capacity is low. The proportion of the organic matter is high. Also the concentrations of aluminium and iron tend to be high. The streams in the lower course have acidity closer to neutral, and the buffering capacity is good. The amounts of TSS and TDS are high, and as a result, the concentrations of many ions and trace elements are high as well. Bacteria were detected at times in the streams of the lower course. Four of the five small lakes in Östersundom are humic and acidic. TSS and TDS concentrations tend to be low, but the proportion of organic matter is often high. There were no bacteria in the small lakes. The fifth small lake (Landbonlampi) differs from the others by its water colour, which is very clear. This lake is very acidic, and its buffering capacity is extremely low. Compared to the headwaters in Finland in general, the concentrations of many ions and trace elements are higher in Östersundom. On the other hand, the characteristics of water were different according to the classification upper course streams, lower course streams, and small lakes. Generally, the best water quality was observed in the stream of Gumbölenpuro and in the lakes Storträsk, Genaträsk, Hältingträsk and Landbonlampi. Several valuable waters in their natural state were discovered from the area. The most representative example is the stream of Östersundominpuro in its lower course, where the stream flows through a broad-leaf forest area. The small lakes of Östersundom, and the biggest stream Krapuoja, with its meandering channel, are also valuable in their natural state.

Revisión sistemática de la literatura : AINES en la disrupción ovulatoria y posible uso en anticoncepción de emergencia

La anticoncepción de emergencia a nivel mundial no ha mostrado el impacto esperado en disminuir la tasa de embarazo no deseados. El uso de nuevos medicamentos como los antiinflamatorios no esteroideos (AINES), al alterar el proceso ovulatorio, como una opción para la anticoncepción de emergencia, podría mejorar este resultado. Objetivo: Realizar una revisión sistemática de la literatura para determinar la efectividad de los AINES en alterar el proceso de la ovulación y posible uso en la anticoncepción de emergencia. Materiales y métodos: Se realizó una búsqueda sistemática y ampliada ensayos clínicos acerca de la efectividad de los AINES en la inhibición o retardo de la ovulación. Resultados: En total se encontraron 59 artículos, de los cuales siete cumplieron con los criterios de elegibilidad. Se evaluaron diferentes tipos de inhibidores de la Cicloxigenasa-COX (selectivos y no selectivos), encontrando tasas entre 75% hasta del 100% en la disrupción de la ovulación en las mujeres que recibieron COX-2 selectivos y un gradiente dosis-respuesta. Conclusiones: Los resultados de esta revisión sistemática de la literatura sugieren la efectividad de los AINES (específicamente los COX-2 selectivos) en la alteración de la ovulación y su potencial uso como medicamento para la anticoncepción de emergencia. Se requieren más ensayos clínicos con mayores tamaños de muestra que evalúen esta opción terapéutica.