Archaea, Bacteria, and methane production along environmental gradients in fens and bogs

Metanogeenit ovat hapettomissa oloissa eläviä arkkien pääryhmään kuuluvia mikrobeja, joiden ainutlaatuisen aineenvaihdunnan seurauksena syntyy metaania. Ilmakehässä metaani on voimakas kasvihuonekaasu. Yksi suurimmista luonnon metaanilähteistä ovat kosteikot. Pohjoisten soiden metaanipäästöt vaihtelevat voimakkaasti eri soiden välillä ja yhden suon sisälläkin, riippuen muun muassa vuodenajasta, suotyypistä ja kasvillisuudesta. Väitöskirjatyössä tutkittiin metaanipäästöjen vaihtelun mikrobiologista taustaa. Tutkimuksessa selvitettiin suotyypin, vuodenajan, tuhkalannoituksen ja turvesyvyyden vaikutusta metanogeeniyhteisöihin sekä metaanintuottoon kolmella suomalaisella suolla. Lisäksi tutkittiin ei-metanogeenisia arkkeja ja bakteereita, koska ne muodostavat metaanin tuoton lähtöaineet osana hapetonta hajotusta. Mikrobiyhteisöt analysoitiin DNA- ja RNA-lähtöisillä, polymeraasiketjureaktioon (PCR) perustuvilla menetelmillä. Merkkigeeneinä käytettiin metaanin tuottoon liittyvää mcrA-geeniä sekä arkkien ja bakteerien ribosomaalista 16S RNA-geeniä. Metanogeeniyhteisöt ja metaanintuotto erosivat huomattavasti happaman ja vähäravinteisen rahkasuon sekä ravinteikkaampien sarasoiden välillä. Rahkasuolta löytyi lähes yksinomaan Methanomicrobiales-lahkon metanogeeneja, jotka tuottavat metaania vedystä ja hiilidioksidista. Sarasoiden metanogeeniyhteisöt olivat monimuotoisempia, ja niillä esiintyi myös asetaattia käyttäviä metanogeeneja. Vuodenaika vaikutti merkittävästi metaanintuottoon. Talvella havaittiin odottamattoman suuri metaanintuottopotentiaali sekä viitteitä aktiivisista metanogeeneista. Arkkiyhteisön koostumus sen sijaan vaihteli vain vähän. Tuhkalannoitus, jonka tarkoituksena on edistää puiden kasvua ojitetuilla soilla, ei merkittävästi vaikuttanut metaanintuottoon tai -tuottajiin. Ojitetun suon yhteisöt kuitenkin muuttuivat turvesyvyyden mukaan. Vertailtaessa erilaisia PCR-menetelmiä todettiin, että kolmella mcrA-geeniin kohdistuvalla alukeparilla havaittiin pääosin samat ojitetun suon metanogeenit, mutta lajien runsaussuhteet riippuvat käytetyistä alukkeista. Soilla havaitut bakteerit kuuluivat pääjaksoihin Deltaproteobacteria, Acidobacteria ja Verrucomicrobia. Lisäksi löydettiin Crenarchaeota-pääjakson ryhmiin 1.1c ja 1.3 kuuluvia ei-metanogeenisia arkkeja. Tulokset ryhmien esiintymisestä hapettomassa turpeessa antavat lähtökohdan selvittää niiden mahdollisia vuorovaikutuksia metanogeenien kanssa. Tutkimuksen tulokset osoittivat, että metanogeeniyhteisön koostumus heijastaa metaanintuottoon vaikuttavia kemiallisia tai kasvillisuuden vaihteluita kuten suotyyppiä. Soiden metanogeenien ja niiden fysiologian parempi tuntemus voi auttaa ennustamaan ympäristömuutosten vaikutusta soiden metaanipäästöihin.

Kosteikon perustamisen haasteet

Suomessa on kuivattu kosteikkoja viimeisten vuosisatojen aikana maa- ja metsätalouden tehostamisen nimissä. Viljelysten vuoksi toteutettujen ojitusten johdosta on Suomesta hävinnyt merkittävästi kosteikkoja puroista järviin, eikä uusia kosteikoita enää synny luontaisesti, koska alueita on varattu muuhun maankäyttöön. Kosteikot kuuluvat tänä päivänä maailmanlaajuisesti uhanalaisimpien elinympäristöjen joukkoon ja ne sisältävät hyvin monimuotoisia ekosysteemejä. Maanomistajien kiinnostus kosteikkojen perustamiseen ympäristötukia hyödyntämällä on kuitenkin vaisua potentiaalisten kohteiden määrään nähden. Vuonna 2007 aloitti Maa- ja metsätalousministeriö Kansallisen riistatalouden kosteikkostrategian laatimisen tavoitteenaan edistää suomalaisen kosteikkoluonnon kokonaisvaltaista hoitoa. Erityisen tärkeäksi seikaksi strategiassa nostettiin maanomistajien, metsästäjien ja riistanhoitajien välisen yhteistyön kehittäminen. Kosteikkoluonnon monimuotoisuuden lisäämisen lisäksi tällaiset toimenpiteet edistävät vesiensuojelua ja tässä yhteydessä voidaankin käyttää termiä monivaikutteinen kosteikko. Monivaikutteisilla kosteikoilla voidaan vesiensuojelun lisäksi parantaa merkittävästi myös maatalousympäristöjen luonnon monimuotoisuutta ja riista-, kala- ja raputaloutta. Ne ovat myös tärkeitä elinympäristöjä vesilinnuille ja sammakkoeläimille. Maa- ja metsätalouden vesiensuojelulle asetettavat vaatimukset lisääntyvät jatkuvasti ja kosteikot toimivat erityisesti maa- ja metsätalouden valumavesien suodattumisaltaina, jotka vähentävät vesistöihin kohdistuvaa kiintoaine- ja ravinnekuormitusta. Kansallisen riistataloudellisen kosteikkostrategian käytännön toimeenpanoon tähtäävät toimenpiteet on käynnistetty MMM:n rahoittamalla valtakunnallisella hankkeella ”Kansallisen riistataloudellisen kosteikkostrategian toteuttaminen 2008–2009”, jonka tavoitteena on käynnistää valtakunnallinen kosteikkojen kunnostamiseen liittyvä hankekokonaisuus. Hanketta koordinoi Pohjanmaan riistanhoitopiiri ja sen eri osioita toteuttivat muun muassa Metsästäjäin Keskusjärjestö, Metsästäjäliitto sekä Helsingin yliopiston Ruralia-instituutti. Metsästäjäin Keskusjärjestö koordinoi valtakunnallisen hankekokonaisuuden valmistelua. Tässä tutkimuksessa selvitetään maanomistajien ja suunnittelijoiden näkemyksiä kosteikkotukien hakuprosessin haasteista. Tavoitteena on selvittää sekä motiivit kosteikon perustamiselle että syyt tuenhakuprosessiin lähtemiselle. Lisäksi tutkimuksessa selvitetään kosteikkojen suunnittelijoiden ja kosteikkotukihakemusten parissa työskentelevien henkilöiden näkemyksiä nykyisestä järjestelmästä sekä kootaan parannusehdotuksia sen kehittämiseksi. Tieto kosteikkojen perustamisen käytännön ideoinnista ja toteutuksesta auttaa kehittämään järjestelmää siihen suuntaan, että se edesauttaisi nykyistä paremmin kosteikkojen perustamista sekä lisäisi kosteikkojen perustamisen määrää. Tutkimuksen tulokset voivat myös auttaa muovaamaan vuoden 2013 jälkeen käyttöön tulevaa, uutta ympäristöohjelmaa entistä kannustavammaksi kosteikkojen suhteen. Tutkimushankkeen aineisto muodostuu maanomistajille ja suunnittelijoille suunnatuista haastatteluista sekä kosteikon perustamiseen liittyvästä tiedonhausta. Tämän raportin tarkoituksena on selvittää maanviljelijöiden motiivit kosteikon perustamiselle sekä kosteikkoprosessin haasteet sekä kehitystarpeet. Prosessin myötä fokusta tarkennettiin tilaajan kanssa koskettamaan myös maanviljelijöiden ja suunnittelijoiden näkemyksiä siitä, miten kosteikkoja saataisiin lisää. Koska raportti keskittyy järjestelmän kehittämiseen, korostuvat siinä nykyjärjestelmän kritiikki ja kehitysehdotukset.

Kosteikkosedimentin fosforivarat ja niiden käyttökelpoisuus kasveille

Maatalouden ympäristötukiohjelmalla pyritään vähentämään maatalouden ravinnekuormitusta, sillä valtaosa fosforin hajakuormituksesta on peräisin maataloudesta. Maataloudesta peräisin olevan fosforin rehevöittävää vaikutusta vesistöissä voidaan pyrkiä vähentämään kosteikoilla, joiden päätarkoituksena on saada valumaveden mukana erodoitunut maa-aines sedimentoitumaan kosteikon pohjalle. Kosteikkojen toimivuudesta ja vesiensuojelun merkityksestä on kuitenkin Suomessa tehdyissä tutkimuksissa saatu ristiriitaisia tuloksia. Tämän työn tavoitteena on selvittää maa-analyysien avulla, mitä valuma-alueelta erodoitunut fosforille tapahtuu kosteikon sedimentissä ja kuinka hyvin sedimentoitunut aines soveltuu kasvualustaksi kasvintuotannossa. Valuma-alueen maanäytteitä ja kosteikon sedimenttinäytteitä vertailemalla havaittiin kosteikossa tapahtuvan erodoituneen maa-aineksen lajittumista. Kosteikosta otetussa sedimenttinäytteessä oli 48 % enemmän savesta kuin valumapellon muokkauskerroksen maanäytteissä. Lisäksi havaittiin, että savespitoisuuden lisääntyminen lisäsi sedimentin reaktiivista pinta-alaa, koska sedimentissä oli 45 % enemmän alumiini- ja rautahydroksideja kuin valuma-alueelta otetuissa maanäytteissä. Hydroksidien runsauden takia fosforin sorptiokapasiteetti oli sedimentissä 52 % suurepi kuin valuma-alueelta otetuissa näytteissä. Sedimenttinäytteiden fosforin sorptiokyllästysaste oli kuitenkin samansuuruinen verrattuna valuma-alueelta otettuihin näytteisiin, sillä hapettuneessa sedimentissä oli 50 % enemmän alumiini- ja rautahydroksidien sitomaa fosforia. Näytteenottohetkellä sedimentti oli pelkistyneessä tilassa, jolloin sen vesiuuttoisen fosforin määrä oli huomattavasti suurempi kuin hapettuneessa sedimentissä. Vastaavasti sedimentin hapettuessa fosforin sorptiokyky kasvoi huomattavasti, sillä pelkistyneestä sedimentistä desorboitui fosforia kosteikon veteen. Tämä havaittiin myös astiakokeessa, sillä sedimentissä kasvanut raiheinä kärsi voimakkaasta fosforin puutoksesta niillä lannoitustasoilla, joilla valuma-alueen maanäytteessä kasvaneella raiheinällä ei silmämääräisesti havaittu esiintyvän puutosoireita. Sedimentin toiselle sadolle annetulla kolminkertaisella fosforin lisälannoituksella saavutettiin samansuuruiset sadon kuiva-ainemäärät, fosforipitoisuudet ja fosforin otot kuin valuma-alueen maanäytteissä kasvaneella ensimmäisellä sadolla oli. Astiakokeen tulosten perusteella pelkistyneessä tilassa ollut sedimentti soveltuu heikosti kasvintuotannon kasvualustaksi suuren fosforisorptiokykynsä ansiosta. Parhaiten sedimentti soveltuisi runsaasti helppoliukoista fosforia sisältäville alueille, kuten karjan jalottelutarhan pohjamateriaaliksi, vähentämään ympäristöön kohdistuvaa fosforikuormitusta.