Browsing by Subject "Environmental Soil Science"

Sort by: Order: Results:

Now showing items 1-20 of 30
  • Huttunen, Suvi (Helsingfors universitet, 2015)
    Työssä tarkasteltiin sedimentin alumiini- ja rautaoksidien osallistumista fosforin sitomiseen kolmella eri alueella pohjoisella Itämerellä ja sitä kuinka sedimentin metallioksideihin sitoutuneet fosforifraktiot voidaan erotella peräkkäisten uuttojen avulla. Tutkitut näytteet oli otettu estuaarityyppisistä sedimenteistä Ahvenkoskenlahdelta, Perämereltä ja Saaristomereltä. Näytteitä uutettiin peräkkäin ammoniumfluoridilla, natriumditioniitilla ja natriumhydroksidilla. Käytetyt uuttoliuokset valittiin kirjallisuuden ja aiempien tutkimusten perusteella. Uutteista mitattiin fosforin, raudan, alumiinin ja mangaanin pitoisuudet ICP-OES-laitteistolla. Työn ensimmäisessä vaiheessa uuttoliuoksia lisättiin eri järjestyksissä ja tulosten perusteella uuttojärjestykseksi valittiin: 1) natriumditioniitti, 2) ammoniumfluoridi ja 3) natriumhydroksidi, koska näin pystyttiin parhaiten erottamaan alumiini- ja rautaoksidien sitoma fosfori toisistaan. Työn toisessa vaiheessa uutettiin kolmen eri alueen estuaarisedimenttejä valitulla uuttojärjestyksellä. Kirjallisuudessa on usein esitetty, että alumiinioksidit eivät olisi merkittävässä roolissa merisedimenttien fosforin sitomisessa vaan että alumiinioksidien sitomaksi määritetty fosfori voisi olla rautaoksidien sitomaa, mutta menetelmän epäspesifisyyden vuoksi tutkittu alumiinioksidien sitomaksi. Työn toisen vaiheen tulokset osoittivat, että alumiinioksidit osallistuvat fosforin sitomiseen estuaareissa. Estuaareihin hautautuneista sedimenttinäytteistä erottui alumiinioksidille spesifisellä uutolla oma fosforijakeensa, joka ei tulosten mukaan voinut olla peräisin rautaoksidien sitomasta jakeesta. Ahvenkoskenlahden näytteessä oli Saaristomeren ja Perämeren näytteisiin verrattuna suhteessa eniten alumiini- ja rautaoksidien sitomaa fosforia. Alumiinioksideilla havaittiin olevan enemmän merkitystä fosforin sitomisessa lähempänä rannikkoa, kun taas rautaoksideilla on enemmän merkitystä kauempana rannikosta.
  • Seppänen, Vanamo (Helsingfors universitet, 2010)
    Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin viljelykäytössä olevan happaman sulfaattimaan Ap- ja Bg1- horisonttien aggregaattien stabiilisuudessa tapahtuvia muutoksia neljän viikon tulvituksen aikana. Tulvitus estää maan kaasunvaihdon, mikä aiheuttaa hapen puutetta maaperässä. Tästä seuraa muutoksia maan kemiallisissa olosuhteissa, muun muassa maan rakennetta stabiloivan raudan liukoisuus lisääntyy. Tutkimus suoritettiin laboratoriokokeena. Aggregaattien stabiilisuuden mittarina käytettiin märkäseulonnassa irtoavien alle 250 ?m:n kokoisten hiukkasten sekä kolloidiaineksen (< 2 ?m) määrää. Märkäseulonnassa irtoavan maa-aineksen määrää selvitettiin gravimetrisillä mittauksilla sekä laservaloon perustuvilla menetelmillä. Työssä käytetyt laservaloon perustuvat menetelmät olivat dynaaminen valonsironta sekä partikkelilaskenta. Dynaamista valonsirontaa käytettiin kolloidiaineksen määrän mittaamiseen. Menetelmän ongelmana oli tulosten välinen suuri hajonta. Alle 250 ?m:n kokoisten hiukkasten määrää mitattiin partikkelilaskurilla. Tätä mittausta vaikeutti laitteen vaatima pieni partikkelikonsentraatio sekä suurimpien partikkelien jääminen mittauksen ulkopuolelle. Aggregaattien stabiilisuuden tarkastelussa käytettiin gravimetristen mittausten tuloksia. Tulosten perusteella Bg1-horisontin murut olivat huomattavasti Ap-horisontin muruja kestävämpiä. Tähän saattoi olla syynä raudan suurempi määrä Bg1-horisontissa. Ap-horisontin näytteissä sekä makro- että mikroaggregaattien stabiilisuus väheni kokeen aikana. Myös Bg1- horisontin näytteissä mikroaggregaattien kestävyys heikkeni, mutta ei yhtä paljon kuin Aphorisontin näytteissä. Ap-horisontin makroaggregaattien stabiilisuuden heikkenemiseen saattoi olla syynä niitä koossa pitävien juurten mikrobiologinen hajoaminen. Bg1-horisontin mikroaggregaattien hajoaminen oli mahdollisesti seurausta raudan liukenemisesta. Aggregaattien stabiloituminen kokeen loppua kohti aiheutui luultavasti johtokyvyn noususta näytteissä. Syyt stabiilisuusmuutoksiin kaipaavat kuitenkin vielä jatkotutkimuksia.
  • Salonen, Anna-Reetta (Helsingin yliopisto, 2020)
    Applying organic amendments to agricultural soils holds a potential to mitigate climate change by increasing soil carbon stock. It may also provide other benefits, such as enhanced nutrient cycling along with improved soil quality and fertility. Aim of this study was to determine whether utilizing organic soil amendments has effects on soil aggregates and root-associated fungi, both of which are associated to increasing soil carbon stocks. Soil and oat (Avena sativa L.) samples were obtained from a field experiment established in Parainen, South-West Finland in 2016 on a clay (54 % clay) soil. Studied treatments included four organic soil amendments (two wood-based biochars and two fibrous by-products of paper industry), mineral fertilization control soil and untreated control soil. Sampling was done two years after the amendment application, in 2018. Soil sampling was done after the harvest and plant sampling at three timepoints (June, July and August). Soil aggregates were separated from the bulk soil by wet sieving to determine their stability and size distribution. Carbon content of aggregates, as well as topsoil (0-5 cm) carbon stocks were quantified. Oat roots were stained and colonisation rate of different intra-root structures formed by root-associated fungi (arbuscular mycorrhizal fungi and dark septate endophytes) determined with microscope. Studied organic soil amendments did not affect soil aggregate structure or carbon content of aggregates. Nevertheless, C/N-ratio of some of the studied samples as well as larger soil carbon stock imply that other one of the studied biochars could have increased soil carbon content. When observing fungal data by month for between treatment differences, AM arbuscules were found to be most common in untreated control soil in August. When monthly fungal structure observations from all the studied treatments were combined, clear change in intra-root structures was detected (likely due to seasonal dynamics of fungi); AM arbuscules were more common in June and July, whereas DSE structures predominated in August. Large variation in the field together with methodological constraints might hide some effects of organic amendments and to verify their impacts, more research is needed. Based on the results gained in this study, effect of organic soil amendments seemed to be neutral on both soil aggregates and root-associated fungi. Since no adverse effects were detected, studied soil organic amendments could be utilized as recycled fertilizers.
  • Miajee, Md. Jahidul Hasan (Helsingin yliopisto, 2020)
    The agricultural management of soil organic carbon (SOC) is highly important to build a climate-smart and eco-friendly agricultural system. For this reason, our study was conducted to test the hypothesis that the effect of different treatments consisting of soil textures and crop varieties on SOC stock has a major influence on any loss or accumulation of SOC storage. We also test the hypothesis that equivalent soil mass (ESM) is more consistent than fixed depth (FD) in estimating SOC content. In our study, the results were not found statistically significant but they showed minor differences in the SOC estimation. The difference was not clearly observed between ESM and FD methods. The influence of soil textures and crop varieties on SOC content was not significantly different. However, the cultivation of grass in fine-textured soils slightly increased the SOC stock compared with that in coarse-textured soils probably due to enhanced grass root growth and aggregation in fine-textured soils that protects soil organic matter from microbial oxidation.
  • González Rodrí­guez, Ignacio (Helsingfors universitet, 2016)
    The aim of this thesis was to study the accumulation and depletion of inorganic soil phosphorus (P) in a long term (37 yrs) field experiment in Southern Finland. The soil has a loamy texture and a high pH (7.4) due to heavy liming before the onset of the experiment. The field contains three treatments with different rates of P fertilization 0, 32 and 67 Kg ha-1 a-1 (abbreviated as P0, P1 and P2K) and it has been cultivated with a rotation of barley, oats, spring wheat and rye grass. The grain and straw have been collected every year and analysed for yield and mineral element composition. Soil samples were also collected from the plough layer at the beginning of the experiment in 1978, and also in the years 1995, 2005 and 2015, including also subsoil samples (25-50 cm). The changes in soil inorganic P along the years were studied with the Chang and Jackson fractionation The highest rate of P fertilization (P2K) increased the P concentration extracted with NH4Cl, NH4F, NaOH and H2SO4. These extractions are assumed to dissolve, easily available P, P sorbed by aluminium and iron oxides and calcium phosphates, respectively. On the other hand, the continuous P depletion (P0 treatment) decreased the NH4Cl-P and NH4F-P pools, while the NaOH-P and H2SO4-P pools remained stable. None of the P pools changed significantly at the lower rate of P fertilization (P1). The results indicate that the iron and aluminium oxides have a similar capacity for P sorption. However, P sorbed by iron oxides appears to remain non-available. Moreover, this study shows that in heavily limed soils the formation of secondary calcium phosphate compounds can be an important sink of the applied P. After 37 years, the P2K and P1K treatment increased the inorganic P reserves of the soil by 732 Kg P ha-1and 32 Kg P ha -1, respectively, while the P0 treatment depleted -459 Kg P ha -1. The recovery rates of P in the plough layer (i.e share of the P balance that is accumulated or depleted in the soil) were 79%, 30% and 56% for the P0, P1 and P2K treatments, respectively. An estimation of the P movement between adjacent plots was included in the calculation. These low recovery rates indicate that a significant proportion of the applied P is lost either in surface runoff or leached below the plough layer. However, the Chang and Jackson analysis of the subsoil samples did not reveal any significant changes in any of the P fractions. The lack of P accumulation might be attributed to the use of an invalid sampling strategy, to the loss of P to deeper layers through preferential flow and to the possibility that some P has been lost through surface runoff. The highest rate of P fertilization (P2K) resulted in a decrease of the P buffer capacity of the soil (BC) and increased the EPC0 (i.e. P concentration in solution at which no net P sorption or desorption occurs) as derived from the sorption isotherms. The resulting low BC and high EPC0 (1.30 mg L-1) are in agreement with measurements made in other heavily fertilized soils in Finland. The lower fertilization rate (P1 treatment) did not have an observable effect on the BC or the EPC0 (0.33 mg L-1). The depletion of soil P in the P0 treatment caused a decrease on the EPC0 (0.12 mg L-1) but only a slight increase on the BC. The degree of P saturation (DPS) of the plough layer was calculated as the ratio between the sum of P extracted with NH4Cl, NH4F and NaOH and the P sorption capacity of the soil (PSC; i.e. sum of extractable iron and aluminium multiplied by a 0.5 index (α)). Despite the large P applications during 37 years, the DPS reached only 20% for the topsoil of the P2K treatment, which can be attributed to the high PSC of the soil. The 0.5 α value is an operationally defined parameter, widely used in international publications, which is supposed to represent the proportion of short-range ordered Fe and Al oxides that contribute to the PSC of the soil. Due to the young age of Finnish soils and their usually high organic matter content, a low crystallinity of the oxides is expected, which could result in a higher α value. To prove this hypothesis, a long term incubation was done as a replicate of other published experiments (250 days, soil solution 1:50, P concentration 155 mg P L-1). Since the incubation includes only 4 samples from a single field, they cannot be extrapolated to other Finnish soils. However, the results (α =0.3) might be indicative of a low reactivity of the Al and Fe oxides in our soil. Iron and aluminium oxides are responsible for the accumulation in the soil of large amount of the applied P. However, the P recovery rates in field experiments are usually far for complete. To quantitatively assess the losses of P from the plough layer, a more congruent sampling strategy in the soil profile is needed, together with the analysis of P surface runoff and leaching water
  • Hakala, Kati P. (2020)
    Fungal disease late blight (Phytophthora infestans) causes considerable damage to potato crops worldwide. Fluazinam is a widely used pesticide employed against the late blight in potato cultivation. It ends up into soil during spraying and at the end of the growing season when potato foliage is incorporated into the soil. Nevertheless, there is very little literature about behaviour of fluazinam in soil, especially in the conditions that exist in Finland. Therefore, in the preparation of user guidelines, studies made elsewhere are used. From the environmental risks point of view, behaviour of fluazinam in Finnish conditions should be known better. Soils in the boreal zone are characterised by low pH and low temperatures that delay microbiological decomposition and they are typically high in organic matter and saturated by water for long periods in autumn, winter and spring. A prerequisite for assessing the environmental risk of fluazinam is knowledge of its sorption and desorption tendency as well as its degradation rate in boreal conditions. This information is needed, because more aggressive strains of Phytophthora infestans have spread to northern latitudes, increasing the need to use fungicides. In this study, a specific and repeatable high-performance liquid chromatography method utilizing a diode array detector was developed to determine the presence of fluazinam in soil. This method differs from most of the methods found in the literature, which used gas chromatography or gas chromatography-mass spectrometry as an instrument for analysing fluazinam. The method consists of acetonitrile extraction, clean-up with solid-phase extraction and separation using a mobile phase consisting of 70% acetonitrile and 30% water (v v-1), including 0.02% acetic acid. The method was successfully applied to various laboratory experiments and to soil samples collected from potato fields in which fluazinam had been used. In the systematic experiments carried out in controlled conditions, performed with both the fluazinam standard and the commercial product Shirlan®, the effect of soil organic matter on the fluazinam degradation was tested, as well as the persistence of fluazinam in the boreal zone soils for a maximum of one year. The major outcomes of the laboratory experiments were that fluazinam degradation was enhanced by the presence of soil organic matter and even after one year of incubation, more than half of the added fluazinam was recovered. Additionally, soil samples were collected from intensively cultivated potato fields. Over half of these field samples contained varying concentrations of fluazinam, but no substantial accumulation of fluazinam was detected.
  • Peltokangas, Kenneth (Helsingfors universitet, 2016)
    Loppijärvi on Kanta-Hämeessä sijaitseva matala humusjärvi, jonka rehevöityminen on edennyt poikkeuksellisen nopeasti viimeisen kymmenen vuoden aikana. Useista hoito- ja kunnostustoimista huolimatta järven rehevöityminen on jatkunut voimakkaana ja tilannetta pidetään huolestuttavana. Järven veden laadussa tapahtuneista muutoksista vesikasvillisuudesta ja kalastosta on saatavilla paljon tutkittua tietoa. Sen sijaan järven pohjasedimentistä tiedetään hyvin vähän. Tämän pro gradu -tutkielman tavoitteena oli kartoittaa järven pohjasedimentin tilaa, luoda yleiskuva järven rehevöitymiseen vaikuttavista fysikaalis-kemiallisista ominaisuuksista sekä arvioida sedimentin kuormituspotentiaaliin vaikuttavien ilmiöiden merkitystä. Tutkimus koostui kahdesta osasta. Ensimmäisessä tutkittiin järven pohjasedimentin ominaisuuksia järven eri osista otettujen sedimenttinäytteiden ja niistä määritettyjen raudan, alumiinin, kalsiumin ja fosforin kokonaispitoisuuksien avulla. Toinen osa koostui muhituskokeesta, jossa tarkasteltiin sedimentin happitilan ja järvikunnostuksessa yleisesti käytetyn alumiinikloridin vaikutuksia sedimentin sisältämän fosforin pidättymiseen ja jakautumiseen sekä arvioitiin sen soveltumista järvikunnostukseen laboratoriomittakaavassa. Sedimenttitutkimuksen perusteella Loppijärven nykyinen rehevöitymiskehitys johtuu sisäisestä kuormituksesta, eikä järveen kohdistu kuormitusta pistemäisistä lähteitä. Loppijärven sedimentin Fe:P-suhde vaihteli välillä 15–30. Sedimentin fosforipitoisuus oli noin 2,1 g P kg-1 koko sedimenttiprofiilin syvyydellä ja Fe:P-suhteen vaihtelu johtui pääasiassa sedimentin rautapitoisuudesta. Tulosten perusteella sedimentin fosforinpidätyskyky ei vastannut Fe:Psuhdetta, mikä viittaa muiden tekijöiden vaikuttavan raudan kykyyn pidättää fosforia. Muhituskokeen perusteella alumiinikloridikäsittely ei soveltunut sitomaan fosforia alumiinin aiheuttaman happamoitumisen takia. Alumiinikloridikäsittelyn vaikutus fosforin käyttäytymiseen vaihteli näytteiden hapetustilasta riippuen. Tulosten perusteella rauta sääteli fosforin vapautumista sedimentistä ja paras tulos kunnostustavoitteiden kannalta saatiin hapellisissa olosuhteissa ilman alumiinikloridikäsittelyä. Sedimenttitutkimuksen perusteella kemikaalikäsittelyt voivat auttaa kunnostustavoitteiden saavuttamisessa, mutta rehevöitymisen pysäyttäminen vaatii toimenpiteitä, jotka vaikuttavat sedimentissä vallitseviin olosuhteisiin tai sisäistä kuormitusta sääteleviin prosesseihin.
  • Hakala, Kati (Helsingfors universitet, 2010)
    Tutkimuksessa tarkasteltiin öljy-yhdisteryhmien horisontaalista ja vertikaalista jakautumista öljyjätteen loppusijoituspaikkana käytetyssä pellossa. Työn tarkoitus oli saada tietoa maassa tapahtuneesta öljyn mikrobiologisesta hajotuksesta sekä öljyn liikkuvuudesta. Tutkimus on osa viisivuotista kenttäkoetta, jossa selvitetään vuohenherneen (Galega orientalis) kykyä edesauttaa öljyllä pilaantuneen maan biopuhdistumista. Kentän maaperän ominaisuudet karakterisoidaan kattavasti kemiallisin, fysikaalisin ja biologisin menetelmin. Koekenttä perustettiin syksyllä 2006. Se sijaitsee kaltevalla pellolla ja sitä reunustaa toisella puolella metsä ja toisella pengermä. Kenttä jaettiin viiteen kerranteeseen, joista jokainen jaettiin edelleen kasvilliseen ja paljaaseen koeruutuun. Kasvillisiin koeruutuihin kylvettiin vuohenherneen siemeniä. Tutkimusta varten otettiin pintamaanäytteet kuudesta ruudusta, joista kolme oli kasvillisia ja kolme paljaita. Öljyn vertikaalisen jakautumisen tarkastelua varten otettiin näytteet kahdesta maaprofiilista ruutujen ulkopuolelta syvyyksiltä 0–20 cm, 20–40 cm ja 40–60 cm. Yhdisteryhmien suhteellisten osuuksien kvantitointia varten kehitettiin fraktiointimenetelmä, jossa alifaattiset, aromaattiset ja pooliset öljy-yhdisteet eluoitiin poolisuudeltaan kasvavilla liuottimilla silikapylvään läpi. Alifaattien ja aromaattien fraktioista yhdistettiin osa gravimetrisesti määritettävien kokonaisöljyhiilivetyjen määrittämiseksi. Lisäksi analysoitiin kokonaisöljyhiilivedyt C10–C40 ISO 16703:2004 -standardin mukaan (eluointi Florisil-pylvään läpi) sekä kokonaisuuttuva aines. Alifaatit, aromaatit ja kokonaisöljyhiilivedyt C10–C40 määritettiin kaasukromatografisesti. Gravimetrisesti määritettävien kokonaisöljyhiilivetyjen lisäksi kokonaisuuttuva aines ja pooliset yhdisteet määritettiin gravimetrisesti. Pintamaanäytteiden yhdisteryhmien konsentraatiot kasvoivat mentäessä koekentällä pengermää kohti, mikä johtui öljyn kerääntymisestä alarinteeseen ja veden seisomisesta. Profiilinäytteiden konsentraatiot kasvoivat syvemmälle mentäessä, koska öljy liikkuu maaperässä painovoiman vaikutuksesta. Yhdisteryhmät korreloivat positiivisesti keskenään. Poikkeuksen muodosti poolisten yhdisteiden fraktio, joka ei noudattanut samoja trendejä kuin muut öljy-yhdisteryhmät. Kokonaisöljyhiilivetyjen C10–C40 konsentraatiot olivat suunnilleen yhtä suuria kuin alkaanien. Tästä voidaan päätellä, että Florisil oli pidättänyt aromaattiset yhdisteet. ISO 16703:2004 -standardin perusteella saadun kokonaisöljyhiilivetyjen C10–C40 pitoisuuden käyttö mm. riskinarvioinnissa on siten kyseenalaista.
  • Kabir, Kazi Md. Jahangir (Helsingin yliopisto, 2017)
    Plenty of CO2 is commonly emitted from cultivated peat soils and substantial N2O emissions have occasionally been measured from acid sulphate soils. The factors limiting the emission of CO2 and N2O from the different layers of organic acid sulphate soil in Pärnänsuo were studied by aerobic and anaerobic incubation experiments. Two topsoil peat layers (upper and lower) and two mineral soil layers (upper and lower) were investigated. An aerobic experiment was carried out to see the emission of CO2 and N2O after application of glucose and ammonium, at two different temperatures (5o and 20o C). The water content of the soils was adjusted to 60% water- filled pore space (WFPS). Anaerobic experiment was carried out to assess the denitrification potential of different layers and the effect of glucose and nitrate alone and in combination as at 20oC using the acetylene inhibition technique. The lower peat layer exhibited more CO2 emission comparing to upper peat in the aerobic experiment. Additionally, in both peat layers and upper mineral soil layer, CO2 emission was increased exceedingly after glucose application. In the anaerobic experiment, potential denitrification from the upper peat was significantly higher than from other soil layers. Besides, the soil layers responded differently to C and N application. N2O emission from the upper peat was limited by easily available C whether it was applied as glucose alone or, in the presence of nitrate. On the contrary, N2O emission from lower peat layer was limited by nitrate with or, without glucose, but not by glucose alone. Both upper and lower mineral soil denitrification was limited by nitrate without glucose or, in combined with glucose, and not by glucose alone. Nitrogen mineralization pattern was different in upper and lower peat. A very high amount of NO3- was found in the upper peat, while there was a high amount of NH4+ in lower peat. Both the NO3- and NH4+ showed an increasing trend in lower mineral comparing to upper mineral, depicting an exceedingly high amount of mineral N at deeper layers
  • Halin, Tina (Helsingin yliopisto, 2020)
    Orgaanisia eli eloperäisiä lannoitteita käyttämällä voidaan vähentää lannoitteiden valmistuksessa tarvittavan energian määrää sekä neitseellisten raaka-aineiden käyttöä. Niitä voidaan valmistaa esimerkiksi erilaisista jätemateriaaleista, teollisuuden sivujakeista ja eläinten lannasta, joten niiden käyttö tukee kiertotaloutta ja kestävää kehitystä. Orgaanisissa lannoitteissa ravinteet eivät kuitenkaan ole sellaisenaan kasveille käyttökelpoisia, vaan lannoitteiden pitää ensin mineralisoitua, jotta ravinteet vapautuvat. Mineralisaatioon kuluvaan aikaan ja prosessin voimakkuuteen vaikuttavat maaperän olosuhteet, minkä vuoksi lannoitusvaikutuksen ennustaminen voi olla vaikeampaa kuin epäorgaanisia mineraalilannoitteita käytettäessä. Orgaanisten lannoitteiden käytön yleistymiseksi on tärkeää tuntea erilaisista materiaaleista valmistettujen lannoitteiden ominaisuudet sekä niiden väliset erot. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, eroavatko broilerinlantaan ja verijauhoon pohjautuvat orgaaniset lannoitteet toisistaan kasveille käyttökelpoisen typen ja fosforin vapautumisen suhteen. Lisäksi selvitettiin lannoitteiden vaikutusta maan hiilidioksidin (CO2) ja typpioksiduulin (N2O) tuottoon. Tutkimuksen tuloksia voidaan käyttää apuna valittaessa sopivaa lannoitetta vastaamaan kasvin kulloistakin ravinnetarvetta kasvukauden eri ajankohtina sekä pyrittäessä minimoimaan maan ravinnetappiot. Tutkimus toteutettiin kontrolloiduissa laboratorio-olosuhteissa neljän viikon muhitus- eli inkubointikokeen avulla kuudella eri orgaanisella lannoitteella, joiden määrä vakioitiin typen suhteen (200 mg N kg-1 maata). Lannoitteet käytettiin niiden myyntimuodossa eli rakeena, ja lisäksi testattiin rakeen jauhamisen vaikutusta yhdellä lannoitteella. Liukoisen typen pitoisuus oli broilerinlantapohjaisilla lannoitteilla kokeen alussa selvästi korkeampi kuin verijauhollisilla lannoitteilla. Ammoniumtypen pitoisuudet olivat kaikilla lannoitteilla korkeimmillaan kokeen kahden ensimmäisen viikon aikana, jonka jälkeen ne laskivat hyvin matalalle tasolle mitä ilmeisimmin tehokkaan nitrifikaation vuoksi, koska nitraattipitoisuudet nousivat selvästi kokeen edetessä. Lannoitteiden sisältämä kaliumsulfaatti vaikutti hieman estävän nitrifikaatiota verijauhottomilla lannoitteilla. Fosforin vapautumisessa lannoitteiden välillä ei juurikaan havaittu eroa. Mineralisaation tehokkuudesta kertova hiilidioksidin tuotto oli kokeen alussa voimakkainta lannoitteilla, jotka eivät sisältäneet verijauhoa, kun taas verijauhollisilla lannoitteilla korkeimmat tuotot havaittiin noin viikko kokeen aloituksesta; erot lannoitteiden välillä kuitenkin tasaantuivat varsin nopeasti kokeen jatkuessa. Typpioksiduulin tuotto oli matalaa koko kokeen ajan muilla paitsi verijauhollisilla lannoitteilla, joiden sisältämästä typestä poistui kokeen aikana N2O:na ~ 5-10 %. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että broilerinlantaan ja verijauhoon pohjautuvien orgaanisten lannoitteiden välillä on jonkin verran eroja ja eri raaka-aineet vapauttavat kasveille käyttökelpoista typpeä eri tahdissa ja erilaisia määriä. Lannoitteiden oikealla yhdistelmällä ja lannoitusajankohtien suunnittelulla voidaan pyrkiä optimoimaan kasveille käyttökelpoisten ravinteiden määrää maassa kasvin tietyn hetken tarpeeseen nähden. Jatkotutkimus peltomittakaavassa olisi hyödyllistä tavanomaisilla lannoitusmäärillä, koska nyt tehdyn laboratoriokokeen lannoitustaso oli huomattavasti tavanomaista peltokasveille annettavaa lannoitustasoa korkeampi. Lisäksi saataisiin tietoa kasvin mukanaolon sekä kentällä vallitsevien olosuhteiden vaikutuksesta ravinteiden vapautumiseen lannoitteista.
  • Sarkia, Martti (Helsingfors universitet, 2014)
    Polyakryyliamidille, maailman käytetyimmälle maan stabilointiaineelle, on vuosien ajan pyritty löytämään korvaava biopolymeerivalmiste. Tässä tutkimuksessa tutkittiin UPM:n tuottamien anionisen, kationisen sekä kemiallisesti muokkaamattoman koivuperäisen mikrofibrilloidun selluloosan (MFS) stabilointi- ja flokkulointiominaisuuksia. Tuloksia verrattiin Kemiran tuottamien anionisen tai kationisen polyakryyliamidin (PAM) stabilointi- ja flokkulointikykyyn. Kokeet aloitettiin esikokeilla, joilla hiottiin varsinaisten stabilointi- ja flokkulointikokeiden menetelmiä. Esikokeiden perusteella varsinaisten stabilointikokeiden murukooksi valittiin 1-2 mm murut. Stabilointikokeita (45 tai 90 kg/ha) tehtiin myös hienojakoisille 0,06-0,2 mm ja 0,2-1 mm seulotuille kahdelle hiesusavimaalle. Esikokeet hienojakoisella maalla kertoivat, että MFS-valmisteet toimivat PAM:ia heikommin testatuissa olosuhteissa. Suspensiokokeiden esikokeissa testattiin ulkopuolisen kalsiumlähteen vaikutusta polymeerivalmisteiden flokkauskykyyn. Kalsiumin voimakkaan flokkaavan vaikutuksen vuoksi tämä jätettiin pois varsinaisista kokeista. Myös anioniset polymeerivalmisteet jätettiin pois varsinaisista suspensiokokeista heikon tehon vuoksi. Varsinaisissa aggregaattikokeissa ilmakuivia 1-2 mm:n kokoluokkaan seulottuja hiesusavi- ja hiesumuruja käsiteltiin esikokeissa käytetyillä MFS-valmisteilla sekä anionisella PAM:lla (45 tai 90 kg/ha), minkä jälkeen muruja kuivatettiin 3 vuorokauden ajan +21 °C tasalämpöhuoneessa. Kuivatuksen jälkeen maamurujen kestävyys äkillistä kostumista vastaan testattiin muruanalysaattorilla. Maanäytteet ajettiin laitteella kahdesti siten, että murut ehtivät kuivua kahden vuorokauden ajan huoneenlämmössä. Maanäytteet testattiin myös mekaanisen rasituksen kestävyyden suhteen 10 minuutin kuivaseulonnalla. Kationisoitu ja kemiallisesti muokkaamaton MFS soveltuivat biopolymeereistä parhaiten murujen mekaanisen rasituksen kestävöittäjiksi. Kationisoitu ja anionisoitu MFS suojasivat muruja parhaiten veden dispergoivalta vaikutukselta. Suspensiokokeissa 0,1 g ilmakuivaa <0,06 mm:n ja 0,06-0,2 mm:n kokoluokkiin seulottuja kahta hiesusavi- ja yhtä hiesumaata suspendoitiin 30 ml:aan deionisoitua vettä. Suspensioon lisättiin MFSvalmisteita sekä kationista PAM:ia siten, että suspension polymeerikonsentraatioksi saatiin 2 tai 6 mg/l. Suspension sameutta seurattiin 10 minuutin ajan ja viimeisen kerran vuorokauden jälkeen turbidimetrin avulla. MFS-valmisteista parhaiten toimi flokkulanttina kationinen valmiste, joka kirkasti suspensiota lähes yhtä tehokkaasti kuin PAM.
  • Heikkinen, Janne (Helsingfors universitet, 2011)
    The ambition of the agricultural environmental programme is to reduce nutrient load, because greater part of the diffuse loading of phosphorus is caused by agriculture. A eutrophic influence of the phosphorus in water systems tends to be limited inter alia by constructed wetlands. Their main task is to allow sedimentation of eroded soil into the bottom of the wetlands. There is ambiguity on the findings of the functionality and the importance of the prevention of water loading among scientific research in Finland. The aim of this study is to examine by utilizing soil analyses what happens to the basin water eroded phosphorus in the wetland sediment and wether the sedimentary constituent of the soil be suitable for a substratum of plant production. Comparing the samples of basin soil and wetland sediments revealed that the eroded constituent of the basin soil got assorted on wetlands. The samples collected from the wetlands contained 48 % more clay than the samples collected from the basin soil. The growth of the clay concentration increased the reactive area of the sediment. In consequence, it contained 45 % more hydroxides of aluminium and iron in the samples of the sediment than the samples of the basin soil. Because of the hydroxides, the phosphorus sorption capacity was 52 % higher than in the samples of the basin soil. However, the degree of phosphorus saturation was equal in the sediment and basin soil, because the oxidized sediment contained 50 % more phosphorus extracted from hydroxides of aluminium and iron. At the time of sampling the sediment was in reduced state and the amount of its water extracable phosphorus was significantly higher compared to the oxidized sediment. Correspondingly, when the sediment became oxidized the sorption capacity for phosphorus increased significantly, therefore the phosphorus was desorbed from reduced sediment to the wetlands water. This was also proven in a pot experiment, where rye-grass that grew in the sediment suffered from a severe shortage of phosphorus. In contrast, rye-grass grown in the basin soil didn’t suffer from the deficiency of phosphorus at the same fertilization levels. After threefold extra fertilization of phosphorus, the dry matter yield, concentration of phosphorus and uptake of phosphorus on the second yield grown in sediment were equal to the results of the first yield grown in basin soil. According to the results of the pot experiment, the sediment in reduced state is weakly suitable for the substratum of plant production, because the sorption capacity of phosphorus is high. Instead, sediment suits well to be utilized in the areas wherein the soil includes plenty of easy soluble phosphorus, such as for the material of subgrade for the corral of livestock, because the sediment reduces the load of phosphorus directed to the environment.
  • Leppänen, Janette (Helsingfors universitet, 2016)
    Maatalouden pintavalunnan ravinnehuuhtoutumat ovat yksi suurimmista hajakuormituksen lähteistä aiheuttaen vesistöjen ravinnekuormitusta. Maatalouden vesiensuojelukosteikkojen tarkoituksena on vähentää pellolta kulkeutuvia ravinteita. Kosteikon laskeutusaltaisiin kertyy hienojakoista sedimenttiä, johon on sitoutunut paljon fosforia. Sedimentillä ei ole kasviravitsemuksellista merkitystä, mutta suuren P-pidätyskapasiteetin johdosta sitä voidaan käyttää ehkäisemään P:n huuhtoutumista runsaasti P:a sisältävissä maissa. Tämän pro gradu –tutkielman tavoitteena oli selvittää kosteikkosedimentin hyödynnettävyyttä helppoliukoista fosforia sisältävän maan kunnostuksessa (esim. karjan ruokintapaikat) ja siten vähentää fosforia valumavedessä ja hillitä maatalouden vesistökuormitusta. Tutkimuskohteina oli kaksi runsaasti helppoliukoista fosforia sisältävää peltomaata (Rehtijärvi ja Ojainen), joihin on sekoitettu Liedonperän maatalouskosteikon sedimenttiä eri seossuhteilla (0; 2; 5; 10 ja 50 %). Lisäksi samoja koemaita käytettiin erillisessä sadetuskokeessa, ja tässä työssä tutkittiin maiden fosforinpidätysominaisuuksia ennen ja jälkeen sadetuksen. Sedimentti-maa -seosten hyödynnettävyyttä maan kunnostuksessa tutkittiin analysoimalla koemaiden perusominaisuudet, uuttamalla epäorgaanisen fosforin fraktiot ja heikosti kiteytyneiden oksidit sekä määrittämällä sorptio-desorptioisotermit. Kosteikon sedimentissä fosfori oli pääosin sitoutunut raudan oksideihin (NaOH-P), jonka liikkuvuus riippuu hapetus-pelkistys –olosuhteista. Rehtijärven hietamaa sisälsi suhteellisen paljon helppoliukoista (NH4Cl-P) fosforia, mutta fraktio pieneni sedimenttiä lisätessä. Ojaisten maa oli ominaisuuksiltaan samankaltainen kuin sedimentti ja vaikka sedimentin lisääminen näkyi Ojaisten maissa, eivät vaikutukset olleet Rehtijärven suuruisia. Tämä johtuu Rehtijärven alun perin suuresta fosforipitoisuudesta ja vähäisestä oksidipitoisuudesta kun taas Ojaisten maan fosforipitoisuus on pienempi, mutta oksidipitoisuus suuri. Sorptio-desorptio -kuvaajat todettiin sorptiokapasiteettia- ja indeksiä herkemmäksi menetelmäksi pieniä sedimenttieroja sisältävien maiden tutkimiseen ja jo 5 %:n sedimenttilisäys selvästi pienensi P:n desorptiota koemaissa. Oksidipinnan lisääminen tuottaa pidempiaikaisen vaikutuksen Fe- ja Al-oksidien sitoutuessa maaperään lisäten P-pidätystä. Sedimentissä olevat suolat lisäävät fosforin sitoutumista, mutta vaikutus on lyhytaikaista, sillä helppoliukoiset suolat huuhtoutuvat pois maaperästä sadetuksen kuluessa. Kosteikkosedimentillä on suuri potentiaali pidättää fosforia pintavalunnasta ja sedimenttiä pystyisi hyödyntämään runsaasti helppoliukoista fosforia sisältävien maiden fosforinpidätykseen esimerkiksi ojasuodattimen tai suodatinkerroksen rakentamisella eläinten jaloittelutarhaan. Tämän työn ja sadetuskokeen perusteella sopiva sedimenttilisäys maahan on noin 5 %.
  • Pulli, Laura (Helsingfors universitet, 2017)
    Sinkki on raskasmetalli sekä tärkeä hivenaine ja mikroravinne. Maaperässä on sinkkiä n. 50 mg/kg. Sinkkiä on savimineraaleissa isomorfisen korvautumisen seurauksena. Kasveille käyttökelpoisen, liukoisen sinkin määrä suomalaisessa maassa on keskimäärin 5 mg/kg. Mineraaleista sinkki vapautuu maaveteen rapautumalla Zn2+-kationina. Sinkki on kasveille käyttökelpoisimmassa, liukoisessa muodossa, happamassa maassa. Maan pH:n noustessa liukoisuus vähenee ja sitoutuminen kationinvaihtopaikoille sekä oksidipinnoille voimistuu. Kasveilla sinkin puutosta voikin esiintyä kalkkimailla, tai voimakkaasti kalkitussa maassa, jossa on korkea pH. Sinkki sitoutuu sekä epäspesifisesti kationinvaihdolla, että spesifisesti ligandin vaihdolla. Korkea pH edesauttaa kumpaakin sitoutumismekanismia. Suomessa kasvien sinkkipitoisuus on suurimmaksi osaksi tyydyttävä tai hyvä. Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin maan ominaisuuksien merkitystä lisätyn sinkin liukoisuuteen maassa. Maanäytteitä oli 59 kpl ja ne olivat kivennäismaita eri puolelta Suomea. Näytteet olivat muokkauskerroksesta viljelyssä olevilta pelloilta vuosilta 1987 ja 1989. Maanäytteille oli tehty muhituskoe sekä astiakoe. Maanäytteet oli fraktioitu peräkkäisten uuttojen menetelmällä sekä yksittäisillä uutoilla. Muhituskokeiden sekä astiakokeiden tuloksista tehtiin regressioanalyysejä sekä parittaisia t-testejä. Regressioanalyyseillä tutkittiin kuinka maan eri ominaisuudet selittävät sinkin liukoisuutta maassa tai kasvin sinkkipitoisuutta sekä sinkin ottoa. Tässä työssä tulokset osoittivat pH:n olevan tärkein tekijä sinkin maaperä-käyttäytymisessä. Sinkki on liukoisimmillaan happamassa maassa. Lisätyllä sinkillä oli merkitystä kasvin sinkkipitoisuuteen, mutta ei satoon. Sinkkilannoitus kannattaa alhaisen pH:n maissa, mutta ei korkean pH:n maissa. Maan ominaisuuksien merkitys sinkin sitoutumiseen on tärkeä tuntea, jotta lannoituksella ei lisätä vain maan sinkkipitoisuutta.
  • Jääskeläinen, Miiro (Helsingin yliopisto, 2015)
    Dityppioksidi eli typpioksiduuli (N2O) on voimakas kasvihuonekaasu, joka tuhoaa yläilmakehän otsonikerrosta. Maaperässä muodostuu dityppioksidia nitrifikaatio- ja denitrifikaatioprosesseissa. Palkokasvien symbionttisessa biologisessa typensidonnassa Rhizobium-bakteeri käyttää kasvilta saatua energiaa ilmakehän N2-typen ja vedyn yhdistämiseen ammoniumtypeksi ja edelleen aminohapoksi, jota se luovuttaa isäntäkasville. Biologisen typensidonnan N2O-päästöjä on arvioitu korkeiksi. Heinä-. ja palkokasvien seosviljely on yksi keino tehostaa typen ja muiden ravinteiden käyttöä sekä nostaa satoja. Seosviljelyssä juuristo on laajempi ja kilpailu ravinteista kovempi kuin puhdaskasvustoissa, minkä oletetaan johtavan tehokkaampaan typenottoon maasta. Viikissä tehdyssä kaksivuotisessa kenttäkokeessa viljeltiin vuohenhernettä (Galega orientalis, palkokasvi) ja rehukattaraa (Bromus inermis, heinäkasvi) puhdaskasvustoina ja seosviljelmänä. Lisäksi kokeessa oli avokesantoruutuja. Koe tehtiin liejusavimaalla, jossa oli runsaat luontaiset orgaanisen typen varannot (0-50 cm:in pintamaassa noin 20 t N /ha). Maan N2O-päästöjä, ammonium- ja nitraattitypen pitoisuutta sekä kosteutta mitattiin kesäaikana 2011 ja 2012. N2O-mittaukset tehtiin suljetun ja staattisen kammion menetelmällä. Näytteenottoa varten kehitettin menetelmä kaasuampullien puhdistamiseen taustapitoisuuksista heliumilla. Biologinen typensidonta tuotti seosviljelmissä 40-70 kg N/ha ja ainoastaan vuohenhernettä sisältäneissä ruuduissa 195-225 kg N/ha orgaanista ja mineraalityppeä verrattuna ainoastaan maasta mineraalityppeä saaneeseen rehukattaraan. Vuohenherneen ja rehukattaran seosviljelmässä maan nitraattitypen pitoisuus pysyi yhtä alhaisena kuin pelkkää rehukattaraa viljellessä, eikä N2O-päästöjä myöskään muodostunut enempää. Ureana (OC(NH2)2) annettu typpilannoitus ei tässä maassa nostanut rehukattaran satoa merkittävästi, koska maassa oli runsaat kasveille käyttökelpoiset typpivarat. Välittömästi lannoituksen jälkeen havaittiin korkeita nitrifikaatioon liittyviä N2O-päästöjä. Lannoitetut rehukattararuudut toimivat kuitenkin loppukesästä vähäisinä N2O-nieluna. N2O-päästöt olivat pienimmät pelkkää rehukattaraa sisältävissä ruuduissa ja seosviljelmissä. Vahva korrelaatio maan nitraattimuotoisen mineraalitypen ja N2O-päästöjen välillä viittaa siihen, että päästöt muodostuivat suurimmaksi osaksi denitrifikaatiossa. Nitraattipitoisuudet ja dityppioksidipäästöt olivat koejäsenistä suurimmat avokesannossa, jossa maan suuri nitraattitypen pitoisuus selitti maan suuret N2O-päästöt. Seosviljelmän ja pelkän rehukattaran N2O-päästöt olivat 120-140 g N/ha ja pelkkää vuohenhernettä sisältäneiden viljelmien 500 g N/ha. Tulokset tukevat käsitystä, että jos viljelykasvien typenotto on tarpeeksi tehokasta, jotta maan nitraattipitoisuus ei pääse kohoamaan, ei biologisesta typensidonnasta aiheudu korkeita N2O-päästöjä.
  • Karvonen, Juha (Helsingfors universitet, 2008)
    Experiments with outdoor viticulture were started in Southeast and Southwest Finland in the 1930s. Our rather short growing season and lack of suitable varieties have hindered professional extensive outdoor viticulture. The grapevine varieties bred for northern conditions and the forecasted prolongation of our growing season will likely lead to viticulture in Southern Finland within the next few decades. Soil temperature has an important influence on the survival and growth of the grapevine. Soil temperature is affected by air temperature, cultivation site, soil cultivation, vegetation, soil type and wintertime snow cover. The aim of my Master`s thesis was to measure soil temperatures of grapevine sites and, based on the reults, to estimate the optimal planting depth of a grapevine in Southern Finland. The effect of changes in air and soil temperatures on grapevine growth and development in Tuusula, Vehmersalmi and some Central European localities was also followed. Measurements revealed that soil temperature was at its lowest in March, when in Tuusula at a depth of 20 cm it decreased to -0.7ºC and at a depth of 60 cm to 2.0ºC. Compared with soil temperatures measured by the Finnish Meteorological Institute in other localities, the temperatures at a depth of 20 cm in Maaninka fell to -0.8ºC, in Juva to -0.3ºC and in Jokioinen to -1.6ºC and at a depth of 50 cm in Maaninka to 0.0ºC and in Jokioinen to -0.3ºC. In Tuusula, the annual average soil temperatures at a depth of 20 cm was 6.0ºC and at a depth of 60 cm 7.9ºC. In regression analysis, strong correlations (r2 = 0,497 - 0,684) were obtained between air temperatures measured at grapevine sites at a heigth of 150 cm, ground surface temperatures and soil temperatures measured at a depth of 20-60 cm. In the winter months of December, January, March and April, when the snow cover remained thin, the correlation between snow cover and soil temperatures was weak. The soil temperature during the coldest winter month at a depth of 20 cm fell to slightly below 0.0ºC, at a depth of 40 cm it remained at about 0ºC and at a depth of 60 cm it remained at 2ºC. Based on this, the depth of 40-60 cm can be regarded as the optimal planting depth for grapevines in Southern and Eastern Finland. At this depth, the freezing risk for roots in winter is minor, and in spring solar radiation quickly raises the soil temperature. In 2002-2007, the grapevine growing season had begun in Tuusula as a weeping at the earliest on April 24th. The buds began to swell and break earliest on May 1st. The flowering began earliest on June 16th and lasted for about two weeks. The earliest harvest began on September 14th. From the start of flowering to the start of harvest, the time elapsed was 75-92 days. Growth slackened as the soil temperatures fell and ceased altogether in September. In Central Europe, the weeping of the grapevines starts because of higher air and soil temperatures a couple of months earlier than in Southern Finland, but the flowering begins no more than one month and the harvest only 2-3 weeks earlier. The quicker growth and development in the north can be explained by the quicker warming of the air and soil, the longer days and the abundant supply of light in early summer.
  • Kauppinen, Mirva (Helsingfors universitet, 2015)
    Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin mustaliuskepitoisen maaperän metallipitoisuuksia ja turpeenoton vaikutusta metallien liukoisuuteen. Tutkimusalue oli Joensuun Pyhäselässä sijaitseva jo turvetuotannosta poistunut Pärnänsuo, jolla harjoitettiin turvetuotantoa vuosina 1975-2005. Pärnänsuon kallioperässä on mustaliusketta (FeS2), minkä hapettumisen seurauksena alueen maaperä on happamoitunut. Suon ojittaminen ja turvekerroksen poistaminen mahdollistaa mustaliuskeen hapettumisen. Alueelta kerättiin maa- ja kasvinäytteitä kesällä 2013 ja niistä analysoitiin useita metalleja (Fe, Cu, Cd, Ni, Cr, Zn, Mn) sekä kasviaineksen koostumusta kuvaavia ravinteita (Ca, P, K). Metallien liukoisuutta ja jakautumista maan eri komponentteihin tutkittiin peräkkäisten uuttojen menetelmällä, jossa uuttoliuokset olivat: 1) etikkahappo, 2) hydroksyyliammoniumkloridi, 3) vetyperoksidi + ammoniumasetaatti, 4) kuningasvesi. Kyseistä uuttomenetelmää ei ole tiettävästi ennen käytetty turvemaanäytteille. Tutkimuksen tulokset osoittivat menetelmän soveltuvan myös turvemaille. Tätä tukee muun muassa havainto siitä, että orgaanisen aineksen sitomaksi luonnehditut metallien fraktiot olivat pieniä kivennäismaan syvemmissä kerroksissa, joissa orgaanista ainesta ei juuri esiintynyt, eikä vastaavasti kuningasvesiuuttoisia, maan mineraaliainekseen sitoutuneita metallien muotoja juuri esiintynyt turvekerroksesta otetuissa näytteissä. Pärnänsuon timoteinäytteiden ravinne- ja metallipitoisuudet olivat jonkin verran alhaisempia kuin tyypillisessä kasvustossa. Etenkin sinkkipitoisuudet olivat huomattavan pieniä ja lähellä puutosrajaa. Kivennäismaan pinnalla oleva turvekerros laski timoteissä esiintyvän kuparin, sinkin ja nikkelin pitoisuuksia ja puolestaan nosti kalsiumin, raudan ja mangaanin pitoisuuksia. Maan metallien mobilisoituminen mineraalirakenteista muihin fraktioihin lisääntyi liikuttaessa maan syvemmistä kerroksista kohti pintaa. Metalleja kertyi erityisesti turpeen ja kivennäismaan rajalle. Tämä antoi tukea hypoteesille, jonka mukaan turpeenoton lisäämä maan happamoituminen lisäisi metallien liukoisuutta. Turvetuotannon piiristä poistuneiden alueiden maaperän tilan kartoittaminen on tärkeää ennen niiden maatalouskäyttöön ottoa. Viljelymaan ravinnetalouden, sadon laadun ja pellon vesistövaikutusten tunteminen mahdollistaa alueen tehokkaan kunnostamisen maataloudellisesta, ympäristönsuojelullisesta sekä ekonomisesta näkökulmasta. Entisen turpeenottoalueen maaperän mustaliuskepitoisen pohjamaan aiheuttaman ympäristöriskin tunnistaminen ja huomioonottaminen on tärkeää alueen jälkikäyttöä suunniteltaessa.
  • Soronen, Päivi (Helsingin yliopisto, 2019)
    Nitrogen (N) availability often limits plant growth in the boreal forest ecosystem. There has been a lack of reliable method to study soil N supply as in traditionally used potassium chloride (KCl) extraction sampling and sample preparation disturb soil structure and stimulate N mineralization, leading to the overestimation of inorganic N forms ammonium (NH4+) and nitrate (NO3-) and underestimation of organic N forms such as amino acids. Diffusion-based microdialysis technique for the sampling of soil diffusive N fluxes gives an opportunity to study soil N supply at a scale that is relevant for plant N uptake, as microdialysis probe has a membrane that reminds the plant fine root in its scale and also, to some extent, in its function. During sampling, the movement of water inside the microdialysis probe induces diffusive flux of solutes across the membrane surface along the concentration gradient. The aim of this study was to test the performance of microdialysis technique at different soil moisture content levels and its capability to monitor temporal changes in diffusive N fluxes in laboratory experiments (ex situ). Soil fine-scale N dynamics were further studied by comparing the diffusive N fluxes in the field (in situ) in boreal forest soil to multiple factors that are thought to affect forest soil N availability. In this study, soil diffusive NH4+, NO3- and amino acid N fluxes were sampled ex situ from sieved soils taken from three different sites – clear-cut, spruce stand (MT spruce) and pine stand (VT pine) in Lapinjärvi, Finland in November 2017. In ex situ microdialysis experiments, the diffusive N fluxes were observed at three different soil moisture content levels and after N addition. In situ microdialysis sampling was run at the logging residue experiment of the Lapinjärvi clear-cut site and at the MT spruce site in June 2018 and at the pine logging residue experiment in Kiikala, Finland in September 2018. The results from the in situ microdialysis were compared with soil moisture content, pH, C-to-N ratio and temperature as well as with the net N mineralization and net nitrification rates, microbial biomass C and N contents and the concentrations of volatile monoterpenes and condensed tannins, factors that are assumed to affect N availability in forest soil. Nitrogen fluxes sampled ex situ showed that the total amino acid flux in the soil taken from the clear-cut site was only half of that in the MT spruce soil whereas NO3- flux was two times higher at the clear-cut site than at the MT spruce site. MT spruce soil with a moisture content of 60 % water-holding capacity (WHC) had significantly higher NH4+ flux than the same soil in its field moisture content (44 % WHC). Nitrogen pulse was detected in all soil samples as increased NH4+ flux after the N addition, followed by a subsequent decrease near to the initial level. In situ microdialysis sampling showed that the total amino acid fluxes were 5–15 nmol N cm-2 h-1 and they dominated the total diffusive N fluxes in Lapinjärvi and Kiikala. On average, the smallest share of the total free amino acids (54 %) was observed at the control plots of the logging residue experiment in Lapinjärvi. No correlation between the KCl-extractable NH4+-N concentration and the diffusive NH4+ flux was found, but instead the KCl-extractable NH4+-N concentration showed a significant positive correlation with the diffusive fluxes of both total free amino acid N and nitrate. Moreover, the diffusive NH4+ flux correlated positively with the net N mineralization rate. In general, ex situ microdialysis sampling showed 2–10 times higher amino acid fluxes and 10–20 times higher ammonium fluxes than the in situ microdialysis that reflects the effect of sampling, sample storage and preparation. The effect of soil moisture on the diffusive N fluxes could be further studied in laboratory experiments and in situ. The results of this study showed that the diffusive fluxes of different N forms are decoupled from the bulk soil concentrations. Moreover, microdialysis could be possibly used to quantify the transformation processes of N compounds in soil. These results increase the evidence that microdialysis has potential to detect temporal changes in N fluxes and possibly give new information about the ongoing processes at soil microsites.
  • Innanen, Saila (Helsingin yliopisto, 2020)
    Tämän tutkielman keskeinen tavoite oli selvittää typen eri muotojen esiintymistä sekä keskeisten prosessien (mineralisaatio, immobilisaatio, nitrifikaatio ja ammonifikaatio) ilmentymistä kahdella eri syntyperää edustavalla tutkimusalueella. Tutkimuksessa kerättiin maanäytteet Itä-Suomessa sijaitsevan Hammaslahden alueelta ja Helsingin Viikistä. Hammaslahden Pärnänsuo (PÄ) on entinen turpeenottoalue, joka sittemmin on otettu viljelykäyttöön. Alue kuuluu mustaliuskealueeseen ja pohjamaa on mustaliuskeesta rapautunutta maa-ainesta. Viikin Patoniitty (PA) on Helsingissä aivan merenrannassa sijaitseva pelto ja se on luokiteltu sedimenttisyntyiseksi sulfaattimaaksi. Tutkimuksen ydin perustui eri maakerroksista (A-, B- ja C-horisontit) otettujen maanäytteiden aerobiseen inkubaatiokokeeseen. Typen prosesseja havainnollistavia tuloksia saatiin inkubaation alku- ja loppuvaiheisiin kohdistuneilla mittauksilla sekä määrityksillä. Tutkimus on osa laajempaa kartoitusta Hammaslahden Pärnänsuon ominaisuuksista. PÄ:lta otettiin maanäytteet kesäkuussa 2013 ja PA:ltä syyskuussa 2013. PÄ:n tutkimusalueelta näytteitä otettiin kohdasta, jossa oli vielä turvekerros (PÄ2) sekä kohdasta, josta turve oli kuorittu pois (PÄ1). Näillä maanäytteillä tehtiin kuuden viikon mittainen inkubaatio tasalämpöhuoneessa (+22°C-asteessa), jonka alussa sekä lopussa määritettiin mineraalityppi (NO3--N ja NH4+-N) 2M KCl-uutolla.Tutkimusalueiden N2O-emissioita arvioitiin tekemällä inkubaatiokokeen lopussa laboratoriossa N2O-tuottomittaus. Siinä kaasutiiviiseen astiaan 48 tunnin aikana kertynyt N2O määritettiin kaasukromatografisesti. Kuivapoltolla määritettiin näytteiden kokonaishiilen sekä kokonaistypen pitoisuudet taustatiedoiksi ja lisäksi maanäytteiden pH mitattiin sekä ennen että jälkeen inkubaation. Tuloksissa keskityttiin vertailemaan koepaikkojen maakerroksia ja kussakin kerroksessa tapahtuneita typen prosesseja. Yleisesti A-horisontissa prosessit olivat mineralisaatiota ja C-horisontissa immobilisaatiota. B-horisontissa prosessit eivät olleet samansuuntaisia kaikilla koepaikoilla. Tilastollisesti merkitsevää immobilisaatiota tapahtui vain PÄ 1:llä. Mineraalimaata olleissa tutkimuspisteissä (PA ja PÄ1) kunkin maakerrosten yhteenlaskettu typpimäärä oli 100-150 kg Nmin ha-1 sekä ennen, että jälkeen inkubaation. Vastaavasti turvekerroksen omaavassa maaprofiilissa (PÄ2) oli yli 300 kg Nmin ha-1, tästä yli kaksi kolmasosaa oli C-horisontissa. N2O-tuotot eri horisonteista olivat 0,01-1,55 kg N2O ha-1 v-1 väliltä. Turvekerroksen omaavalla koepaikalla N2O-tuotto oli selvästi suurempaa kuin mineraalimailta. Tutkimusalueiden maakerrosten välillä löydettiin eroja, mutta myös yhtäläisyyksiä. Kaikkien tutkimusalueiden A-horisonteissa tapahtui inkubaation aikana mineralisaatiota. A-horisonttien osalta erovaisuus koepaikkojen välillä oli siinä, että PA:llä mineraalityppi koostui pääosin NO3--N:stä ja PÄ:lla taas NH4+-N:stä. Tutkimusalueiden kaikissa C-horisonteissa oli korkea mineraalitypen pitoisuus. C-horisonttien prosesseja yhdisti immobilisaatio sekä alhainen nitrifikaatio, joka todennäköisesti oli vähäistä happamuuden vuoksi. Tutkimusalueiden C-horisonttien suurien mineraalityppipitoisuuksien arvellaan ainakin osittain olevan peräisin ylemmistä horisonteista huuhtoutuneesta nitraatti- ja ammoniumtypestä.
  • Tuovinen, Anna-Maria (Helsingin yliopisto, 2017)
    Hevosten jaloittelutarhat voivat aiheuttaa typpi- ja fosforikuormitusta vesistöihin erityisesti alueilla, joilla hevostiheys on suuri, ja siten paikallisesti vaikuttaa vesistöjen rehevöitymiseen. On tullut tarve löytää jaloittelutarhojen ravinnekuormitusta vähentävä keino, joka on tehokas ja käytännöllinen. Kuitulietteet ovat metsä- ja paperiteollisuuden sivutuotteita, jotka koostuvat puukuiduista ja sisältävät runsaasti orgaanista hiiltä. Osa vähäravinteisista kuitulietteistä on käytössä maanparannusaineina, sillä ne parantavat maan fysikaalisia ominaisuuksia ja lisäävät maan biologista aktiivisuutta, minkä seurauksena myös ravinteiden huuhtoutuminen vähenee. Tässä tutkimuksessa selvitettiin, voisiko vähäravinteinen, kalsiumkarbonaattia ja kaoliinisavea sisältävä nollakuitu vähentää typen ja fosforin huuhtoutumista hevosten jaloittelutarhoista. Tutkimus tehtiin laboratoriossa maapylväiden avulla. Koejäseniä oli viisi (N=3) ja niihin lisättiin nollakuitua 20 cm, 10 cm, 5 cm, 10 cm sekoitettuna maa-ainekseen ja 0 cm (kontrolli). Pylväiden pinnalle lisättiin seosta, joka sisälsi maa-ainesta sekä hevosen lantaa ja virtsaa. Seoksessa oli fosforia 440 mg/ kg k.a ja typpeä 4000 mg/ kg k.a. Koe tehtiin +22 °C:ssa ja se kesti 27 vuorokautta, jonka aikana jokaiseen pylvääseen lisättiin yhteensä 3,15 litraa vettä. Pylväiden läpi suotautunutta vettä kerättiin kymmenenä vuorokautena, ja vedestä analysoitiin kokonaisfosfori, -typpi ja -hiili, nitraattityppi, ammoniumtyppi ja fosfaattifosfori. Lisäksi mitattiin suotoveden sameus, sähkönjohtavuus ja pH. Nollakuitu vähensi sekä fosforin että typen määrää suotovedessä, mutta mitä enemmän pylväässä oli nollakuitua, sitä huonommin vesi suotautui. Kokonais- ja fosfaattifosforia suotautui yli 90 % vähemmän 20 cm nollakuitua sisältäneistä pylväistä kuin kontrollipylväistä. Fosforin pidättymiseen vaikutti nollakuidun maapartikkeleita suodattava vaikutus ja mahdollisesti mikrobibiomassaan immobilisoitunut fosfori. Kun nollakuitua oli 20 cm, väheni kokonaistypen määrä suotovedessä 44 % verrattuna kontrollipylvääseen, mutta ammoniumtyppeä suotautui eniten 20 cm nollakuitua sisältäneistä pylväistä. Typen pidättyminen oli todennäköisesti seurausta immobilisaatiosta. Nollakuidun sekoittaminen maa-ainekseen lisäsi typen ja fosforin määrää suotovedessä verrattuna sekoittamattomaan nollakuituun. Sekoittaminen kuitenkin paransi veden suotautumista pylvään läpi. Voidaan todeta, että nollakuidulla on potentiaalia pidättää sekä fosforia että typpeä hevosten jaloittelutarhoista. Lisää tutkimusta tarvitaan ravinteita pidättävän vaikutuksen keston selvittämiseksi.