Assessment and mitigation of agricultural water pollution

Yhteenveto: Maatalouden aiheuttama vesistönkuormitus ja sen vähentäminen

European aspen and hybrid aspen under changing environment : Leaf traits, growth and litter decomposition

Understanding the responses of species and ecosystems to human-induced global environmental change has become a high research priority. The main aim of this thesis was to investigate how certain environmental factors that relate to global change affect European aspen (Populus tremula), a keystone species in boreal forests, and hybrid aspen (P. tremula × P. tremuloides), cultivated in commercial plantations. The main points under consideration were the acclimatization potential of aspen through changes in leaf morphology, as well as effects on growth, leaf litter chemistry and decomposition. The thesis is based on two experiments, in which young aspen (< 1 year) were exposed either to an atmospheric pollutant [elevated ozone (O3)] or variable resource availability [water, nitrogen (N)]; and two field studies, in which mature trees (> 8 years) were growing in environments exposed to multiple environmental stress factors (roadside and urban environments). The field studies included litter decomposition experiments. The results show that young aspen, especially the native European aspen, was sensitive to O3 in terms of visible leaf injuries. Elevated O3 resulted in reduced biomass allocation to roots and accelerated leaf senescence, suggesting negative effects on growth in the long term. Water and N availability modified the frost hardening of young aspen: High N supply, especially when combined with drought, postponed the development of frost hardiness, which in turn may predispose trees to early autumn frosts. This effect was more pronounced in European aspen. The field studies showed that mature aspen acclimatized to roadside and urban environments by producing more xeromorphic leaves. Leaf morphology was also observed to vary in response to interannual climatic variation, which further indicates the ability of aspen for phenotypic plasticity. Intraspecific variation was found in several of the traits measured, although intraspecific differences in response to the abiotic factors examined were generally small throughout the studies. However, some differences between clones were found in sensitivity to O3 and the roadside environment. Aspen leaf litter decomposition was retarded in the roadside environment, but only initially. By contrast, decomposition was found to be faster in the urban than the rural environment throughout the study. The higher quality of urban litter (higher in N, lower in lignin and phenolics), as well as higher temperature, N deposition and humus pH at the urban site were factors likely to promote decay. The phenotypic plasticity combined with intraspecific variation found in the studies imply that aspen has potential for withstanding environmental changes, although some global change factors, such as rising O3 levels, may adversely affect its performance. The results also suggest that the multiple environmental changes taking place in urban areas which correspond closely with the main drivers of global change can modify ecosystem functioning by promoting litter decomposition, mediated partly by alterations in leaf litter quality.

Jatkuvasatoisten mansikoiden lannoitus rajoitetussa kasvualustassa

Mansikka (Fragaria × ananassa Duch.) on tärkein Suomessa viljelty marja sekä määrällisesti että taloudellisesti. Suomessa ongelmana on lyhyt satokausi ja matala satotaso. Pääsadon aikaan runsas mansikan tarjonta markkinoilla laskee huomattavasti mansikan hintaa. Paras hinta saadaan normaalin satokauden ulkopuolella. Jatkuvasatoiset mansikkalajikkeet mahdollistaisivat pidemmän ja tasaisen satokauden, mikä vakauttaisi mansikan hintaa. Jatkuvasatoinen mansikka sopii viljelyyn kausihuoneissa korotetuilla kasvualustoilla, jolloin lannoitus ja kastelu hoidetaan tippukastelulla. Jatkuvasatoinen mansikka tuottaa kukkia ja marjoja koko satokauden, mikä vaikuttaa sen ravinnetarpeeseen. Tehdyssä tutkimuksessa testattiin kolmea eri lannoitustasoa 1,5 mS/cm, 2,3mS/cm ja 3,0 mS/cm, joiden N:K –suhde marjojen kypsymisvaiheessa oli 1:1,5. Neljäs käsittely oli kastelu johtokyvyllä 2,3 mS/cm N:K –suhteen ollessa 1:2 marjojen kypsyessä. Tutkimuksessa havainnointiin taimien vegetatiivista kasvua sekä sadon muodostusta ja marjojen laatua. Samalla seurattiin ylivaluntaveden määrää sekä veden mukana huuhtoutunutta fosforia ja typpeä. Tutkimuksessa käytetyt lajikkeet olivat ’Malling Opal’ ja ’Rondo’. Tämän tutkimuksen tulokset tukevat aikaisempia tutkimuksia, että mansikan ravinnetarve on suhteellisen matala. Voimakkain vegetatiivinen kasvu, suurin sato ja suurimmat marjat saatiin alimmalla testatulla johtokyvyllä (1,5 mS/cm). Lannoitustasolla oli hyvin vähän vaikutusta marjan laatuun tai sadon ajoittumiseen. Myöskään N:K – suhteen muutoksella ei ollut vaikutusta marjan laatuun. Taimien veden otto oli suurinta alimmalla lannoitustasolla, ja mahdollisesti kasteluveden korkea ionipitoisuus vaikeutti kasvin veden ottoa korkeilla veden johtokyvyillä. Valumaveden mukana poistuneet typpi- ja fosforipäästöt kasvoivat huomattavasti kasteluveden johtokyvyn noustessa.

Lewis Acid-Lewis Base Mediated Metal-Free Hydrogen Activation and Catalytic Hydrogenation

Organocatalysis, the use of organic molecules as catalysts, is attracting increasing attention as one of the most modern and rapidly growing areas of organic chemistry, with countless research groups in both academia and the pharmaceutical industry around the world working on this subject. The literature review of this thesis mainly focuses on metal-free systems for hydrogen activation and organocatalytic reduction. Since these research topics are relatively new, the literature review also highlights the basic principles of the use of Lewis acid-Lewis base pairs, which do not react irreversibly with each other, as a trap for small molecules. The experimental section progresses from the first observation of the facile heterolytical cleavage of hydrogen gas by amines and B(C6F5)3 to highly active non-metal catalysts for both enantioselective and racemic hydrogenation of unsaturated nitrogen-containing compounds. Moreover, detailed studies of structure-reactivity relationships of these systems by X-ray, neutron diffraction, NMR methods and quantum chemical calculations were performed to gain further insight into the mechanism of hydrogen activation and hydrogenation by boron-nitrogen compounds.

Jokien ainevirtaamista Suomen rannikolla

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

Effect of drainage basin characteristics on the diffuse load of phosphorus and nitrogen.

Tiivistelmä: Valuma-alueen vaikutus fosforin ja typen hajakuormitukseen.

Ravinnevisio : Selvitys Pirkanmaan puhdistamolietteiden ja biojätteiden ravinteista ja niiden potentiaalisesta käytöstä

Selvityksen Pirkanmaan puhdistamolietteiden ja biojätteiden ravinteista ja niiden potentiaalisesta käytöstä on teettänyt Pirkanmaan ELY-keskus, Pirkanmaan Jätehuolto Oy, Tampereen Seudun Keskuspuhdistamo Oy ja Nokian Vesi Oy. Työn on toteuttanut Tampereen teknillinen yliopisto ja Luonnonvarakeskus. Työssä selvitettiin Pirkanmaan alueen ja erityisesti Tampereen seudun yhdyskuntajätevesien käsittelyssä muodostuvien puhdistamolietteiden ja biojätteiden ravinnesisältöä, käsittelyä biokaasulaitoksessa ja mädätysjäännöksen prosessointiin soveltuvia tekniikoita. Lisäksi selvitettiin mädätysjäännöksen tai siitä prosessoitujen lannoitevalmisteiden käyttöä maa- ja metsätaloudessa sekä viherrakentamisessa. Työn pidemmän aikavälin tavoitteena on yhdyskuntajäteveden puhdistamolietteiden ja biojätteiden sekä niiden sisältämien ravinteiden hyötykäytön edistäminen maakunnassa. Selvityksen perusteella Tampereen seudulla näyttäisi olevan puhdistamoliete- ja biojäteperäisten lannoitevalmisteiden ja maanparannusaineiden käyttöön soveltuvaa peltoalaa kohtuullisella kuljetusetäisyydellä. Tuotteiden laajamittainen hyötykäyttö ja ravinteiden kierrätys riippuu oleellisesti tuotteen myyntiketjun ja levityspalvelujen sekä tuotteen ominaisuuksien kehittämisestä, ohjaavien toimien ja lainsäädännön ohella. Nykyisen tietämyksen valossa suurin este puhdistamolietteiden hyödyntämiselle ovat ennakkoasenteet, sillä tehtyjen riskinarviointien perusteella puhdistamoliete- tai biojäteperäisten lannoitevalmisteiden käytöstä ei aiheudu vaaraa ihmisille.