Browsing by Subject "metaani"

Sort by: Order: Results:

Now showing items 1-15 of 15
  • Haikarainen, Iikka (Helsingfors universitet, 2016)
    Metaani (CH4) on yksi tärkeimmästä kasvihuonekaasusta. Sen ilmastoa lämmittävä vaikutus on 100 vuoden lämmi-tyspotentiaalina 28-kertainen hiilidioksidiin verrattuna. Lisäksi metaanin määrä ilmakehässä on yli kaksinkertaistunut esiteollisen ajan alun jälkeen ja sen lähteiden tuntemisessa on puutteita. Ilmakehän metaanista suurimman osan on arveltu olevan peräisin anaerobisissa olosuhteissa tapahtuvasta metanogeneesistä. Boreaaliset metsät on mielletty CH4-nieluiksi maan hapellisessa kerroksessa tapahtuvan metaaninsitoutumisen vuoksi. Myös puut toimivat CH4-lähteinä joko helpottamalla maassa anaerobisesti syntyneen metaanin pääsyä ilmakehään tai tuottamalla sitä itse. Vaikka ensimmäiset havainnot puiden CH4-päästöistä tehtiin jo lähes 20 vuotta sitten, on vasta viimeaikainen tutkimus osoittanut että puiden CH4-päästöt voivat vaikuttaa huomattavasti metsien CH4-taseeseen. Suurimpien arvioiden mu-kaan puiden vapauttaman metaanin osuus on jopa 10–40 % globaalista CH4-budjetista. Puiden CH4-päästöjen tutki-mus on tähän asti suuntautunut enimmäkseen trooppiselle ja temperaattiselle kasvillisuusvyöhykkeelle, mutta tutki-mus boreaalisella kasvillisuusvyöhykkeellä on jäänyt vähäiseksi. Tämän pro gradu -työn tavoitteena on arvioida boreaalisella havumetsävyöhykkeellä tavanomaisesti esiintyvien kah-den puulajin, hieskoivun (Betula pubescens) ja kuusen (Picea abies), CH4-vuota ja sen vaihtelua kasvukauden alussa. Työn aineistona on käytetty 28.4.–11.6.2015 Hyytiälässä kahdella eri koealalla havaittuja puiden ja metsänpohjan CH4-voita, jotka on mitattu hieskoivujen ja kuusien rungoista ja oksista käyttäen suljettua kammiomittausmenetelmää. Koealoina olivat soistunut alue (metsäkortekorpi), jolta valittiin 4 koepuuta (2 hieskoivua, 2 kuusta) ja kivennäismaa-alue (kuivahko kangas), jolta valittiin yksi koepuu (hieskoivu). Tutkimuksissa havaittiin, että sekä hieskoivut että kuuset toimivat CH4-lähteinä rungoista ja oksista, vaikka ne myös ajoittain sitoivat metaania. Havaitut CH4-vuot olivat suuruusluokaltaan hyvin vaihtelevia. Suurimmat CH4-päästöt ha-vaittiin soistuneella kasvupaikalla kasvavien hieskoivujen rungoista, joissa runkopinta-ala kohtaiset päästöt vähenivät eksponentiaalisesti puun pituusprofiilissa tyvestä latvaa, ja rungon tyveltä mitatut suurimmat päästöt myös kasvoivat kevään edetessä. Soistuneella koealalla puiden runkojen CH4-vuo korreloi maalämpötilojen kanssa sekä positiivisesti (hieskoivut) että negatiivisesti (kuuset). Sadekertymän havaittiin korreloivan negatiivisesti koivujen runkojen vuon kanssa. Muilla taustamuuttujilla (esim. ilman lämpötila, säteily, mahlan virtausnopeus) ei ollut havaittavaa yhteyttä puiden CH4-vuohon. Korrelaatioita ei myöskään havaittu kivennäismaakohteella olleen hieskoivun keskiarvoisten CH4-voiden ja taustamuuttujien välillä. Puiden CH4-vuosta tehtiin yleistys metsikkötasolle, mikä osoitti kuusien päästö-jen (6,15 g ha−1 vrk−1) olevan suurempia kuin hieskoivujen päästöt (5,82 g ha−1 vrk−1) johtuen kuusien oksiin sitoutu-neesta suuremmasta biomassan määrästä verrattuna hieskoivuihin. Tästä syystä kuuset voivat olla merkittävämpiä metaanin vapauttajia kuin hieskoivut. Työn tulokset vahvistavat aiempien tutkimusten havainnot puiden CH4-päästöistä ja osoittavat että myös boreaalisen kasvillisuusvyöhykkeen puilla voi olla merkittävä rooli globaalissa CH4-budjetissa, jossa puiden CH4-vuota ei ole tähän asti lainkaan huomioitu. Hieskoivujen ja kuusien erilainen vaste kasvukauden alkuun, maalämpötilaan ja sateisuuteen viittaa puulajien välisiin eroihin CH4-vuota säätelevissä tekijöissä tai metaanin kuljetukseen liittyvässä fysiologiassa.
  • Bergström, Irina (Finnish Environment Institute, 2011)
    Monographs of the Boreal Environment Research 38
    The carbon dioxide (CO2) and methane (CH4) fluxes from aquatic sediments have recently received considerable interest because of the role of these gases in enhancing climate warming. CO2 is the main end product of aerobic respiration and CH4 is produced in large amounts under anaerobic conditions. Shallow, vegetated sediments are an important source of both gases. CH4 may be transported via rhizomes and aerenchymal tissues of aquatic plants from the sediment to the atmosphere, thus avoiding oxidation in the aerated sediment surface and water column. Temperature is known to be a key factor affecting benthic CO2 and CH4 flux rates, but the interplay between other factors that may affect the fluxes from sediments is still poorly known. In order to study the spatial and temporal variability of carbon gas fluxes in boreal aquatic sediments, the area-based CO2 production rates in lake and brackish water sediments and CH4 emissions in vegetated lake littorals were measured in this work. The effects of temperature, sediment quality, plant species, zoobenthos and seasonal variation on flux rates were also estimated. The range of CO2 production rates measured in the field was 0.1–12.0 mg C m–2 h–1 and that of CH4 emission rates 0–14.3 mg C m–2 h–1. When incubated at elevated temperatures (up to 30 °C) in the laboratory, the CO2 production rates increased up to 70 mg C m–2 h–1. Temperature explained 70–94% of the temporal variation in the CO2 production in lake sites and 51% in a brackish water site. In the lake mesocosm, temperature explained 50–90% of the variation of CH4 emission. By contrast, CH4 oxidation rate was not dependent on temperature. The CH4 fluxes through the plants of six emergent and floating-leaved plant species were studied in the field (temperature range 20.4–24.9 °C). Stands of the emergent macrophyte Phragmites australis emitted the largest amounts of CH4 (mean emission 13.9 ± 4.0 (SD) mg C m-2 h–1), the mean emission rate being correlated with mean net primary production (NPP) and mean solar radiation. In the stands of floating-leaved Nuphar lutea the mean CH4 efflux (0.5 ± 0.1 (SD) mg C m–2 h–1) was negatively correlated with mean fetch and positively with percentage cover of leaves on the water surface. On a regional level, stands of the emergents P. australis and Equisetum fluviatile emitted 32% more CH4 than natural open peatland during the growing season, although their areal coverage in the study region was only 41% of that of peatland area. Climate warming will presumably increase the carbon gas emission from vegetated littorals. The model-based estimated increase of CO2 production rate in June was 29% and for CH4 emissions as much as 65% for the time interval of 110 years from 1961–1990 to 2071–2100. The results indicate that carbon gas fluxes from aquatic sediments, especially from vegetated littorals, are significant at the landscape level. They are linked to temperature but also to several other interacting factors such as e.g. water and bottom quality and ecosystem composition. Detailed investigation of the overall links between the causes and effects is urgently needed in order to understand and predict the changes caused by warming climate.
  • Heikkinen, Tiina Katariina (Helsingfors universitet, 2016)
    Due to anoxic conditions and slow decomposition, pristine peatlands are usually considered as sinks of carbon dioxide but sources of methane. After drainage for forestry purposes, carbon dioxide emissions usually start to increase and methane emissions decrease. Nowadays about 830 000 hectares of forestry drained peatlands in Finland are considered as low productive and non-suitable for commercial forestry as they are too nutrientpoor or too wet. Restoration has been seen one way to after-use these areas but its effects on greenhouse gas fluxes, especially on very nutrient-poor bogs, is mainly unknown. The aim of this thesis was to find out the effect of restoration on methane fluxes from low productive nutrient poor raised bogs. Methane fluxes were measured from 14 sites (7 restored, 6 drained, 1 pristine) near Sipoo, Tammela and Parkano during the summers of 2014 and 2015. Also water table level and peat temperature from 5 and 30 cm depth were measured. Vegetation of the gas measurement plots was surveyed using the Braun-Blanquet method in Sipoo and Tammela sites. Restoration (ditch blocking and/or tree removal) was done 4‒22 years before measurements. Restored sites were wetter than drained sites but drier than pristine sites. Peat temperature was higher in the ditches of restored sites and the coverage of cottongrass (Eriophorum vaginatum) increased a little. Both drained and restored sites were methane sources during the growing season. The annual flux of restored sites (4.02 ± 1.21 g m-2 yr-1) was little bit higher than drained sites (2.86 ± 1.57 g m -2 yr-1). The highest flux was measured from pristine sites (8.38 g m-2 yr-1). Methane fluxes from the ditches increased most and they were close to the fluxes from hollows of pristine site. The age of restored site did not affect the methane fluxes although the highest fluxes were measured from the youngest site. The results were not, however, statistically significant due the huge variation within and between the sites. The fluxes of restored sites were closer to the fluxes of pristine peatlands found from literature compared to drained sites, which means that restoration was successful and there was not a big problem for climatic point of view.
  • Rutanen, Aino (Helsingin yliopisto, 2020)
    Global warming caused by the warming effect of greenhouse gases (GHGs) induces permafrost thaw, which could alter Arctic ecosystems from prominent carbon sinks to potential sources of GHG emissions when polar microorganisms become metabolically more active and have access to carbon compounds that were previously largely unavailable. Polar microbes can have significant contributions to the growing emissions of carbon dioxide (CO2), methane (CH4) and nitrous oxide (N2O) and therefore, studies on their metabolism are important. The aim of my study was to investigate polar microbial community composition and diversity as well as functional potential that was related to GHG-cycling in a subarctic environment with genome-resolved metagenomics. Soil cores were collected at the Rásttigáisá fell that is located in Northern Norway. After DNA extraction, ten mineral soil samples were sequenced. Metagenome-assembled genomes (MAGs) were reconstructed using either the combination of human-guided binning and automatic binning or human-guided binning only. Taxonomy was assigned to the MAGs and the functional potential of the MAGs was determined. I recovered dozens of good-quality MAGs. Notably, the MAGs from the mostly unknown phyla Dormibacterota (formerly candidate phylum AD3) and Eremiobacterota (formerly candidate phylum WPS-2) were reconstructed. There were MAGs from the following bacterial phyla as well: Acidobacteriota, Actinobacteriota, Chloroflexota, Gemmatimonadota, Proteobacteria and Verrucomicrobiota. In addition to the bacterial MAGs, MAGs from the group of ammonia-oxidizing archaea were recovered. Most of the MAGs belonged to poorly studied phylogenetic groups and consequently, novel functional potential was discovered in many groups of microorganisms. The following metabolic pathways were observed: CO2 fixation via the Calvin cycle and possibly via a modified version of 3-hydroxypropionate/4-hydroxybutyrate cycle; carbon monoxide oxidation to CO2; CH4 oxidation and subsequent carbon assimilation via serine pathway; urea, ammonia and nitrite oxidation; incomplete denitrification as well as dissimilatory nitrate reduction to ammonium. My study demonstrates how genome-resolved metagenomics provides a valuable overview of the microbial community and its functional potential.
  • Poutamo, Helinä (Helsingin yliopisto, 2019)
    Peatlands are significant pools of carbon and nitrogen. Forestry-drained peatlands have lower methane emissions than undisturbed peatlands, but emissions of carbon dioxide and nitrous oxide increase after ditching. The effect of ditching on the emissions of peat is stronger on nutrient-rich peatlands than on nutrient-poor peatlands. However, the growing vegetation and wood production form a large carbon sink. So far, forestry-drained peatlands have mainly been carbon sinks in Finland. There are 4.6 million hectares of forestry-drained peatlands in Finland. Ditching peatlands for forestry started in the beginning of the 20th century, and was on its height from 1960s to 1980s. Forestry-drained peatlands are reaching maturity now, but there is little knowledge about the effect of forest management practices on greenhouse gas emissions from forestry-drained peatlands. The purpose of this study is to investigate the effect of logging residues on emissions of carbon dioxide, methane and nitrous oxide from forestry-drained peatlands. Greenhouse gas emissions were measured from the nutrient-rich peatland Lettosuo in Tammela that was drained for forestry in 1969. In early spring of 2016, dominant pine trees were harvested to make room for spruce undergrowth. During the harvest, the harvester formed piles of logging residues on its tracks to avoid erosion of the soil. Five plots were established and measurements taken with the closed-chamber method during 2016-2017. On each of the five plots, two chamber collars were installed on the machine’s tracks, full of logging residues, and other two collars were installed outside of the tracks with little to no logging residues. In addition to greenhouse gas emissions, the dry mass of the logging residues, temperature and groundwater level were measured. Carbon dioxide emissions from residue-covered collars was measured at 0.81–0.88 g m-2 h-1. The fluxes were 1.5-2 times larger than on the control collars (0.40–0.54 g m-2 h-1). A kilogram of logging residues raised the emissions by 0.10 ± 0.01 g m-2 h-1. Compared to the dry mass of branches, the dry mass of needles increased the emissions fourfold. On plots 1-4, the collars installed in the groove of the harvester’s tracks were the only sources of methane by 0.0055 mg m-2 h-1. The methane flux of the other collars varied between -0.0035 and 0.0136 mg m-2 h-1. A kilogram of logging residues raised methane fluxes by 0.003 ± 0.001 mg m-2 h-1. Again, the effect of needles was quadruple as compared to branches. Plot #5 was investigated separately due to the Eriophorum vaginatum that had grown inside the collars. On all plots, nitrous oxide emissions didn’t significantly differ from collar to collar, even though emissions measured from logging-residue covered collars (0.20–0.30 mg m-2 h 1) were two to three times larger than on the other collars (0,10 mg m-2 h-1). Logging residues and the mechanical impact of the harvester on the peat soil increase emissions of carbon dioxide and methane. Emissions of nitrous oxide also increase, but the variance of measured emissions and the small sample size rendered the results statistically insignificant.
  • Halmeenmäki, Elisa (Helsingfors universitet, 2014)
    Boreaaliset metsät toimivat tärkeinä metaanin nieluina globaalissa metaaninvaihdossa maaekosysteemien ja ilmakehän välillä. Viimeaikaiset tutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet, että boreaalinen metsä voi ajoittain myös päästää metaania ilmakehään. Myös kasvillisuuden on havaittu voivan päästää metaania. Boreaalisen metsän metaanidynamiikan ja metaanipäästöjen tarkempi selvittäminen on tärkeää ja ajankohtaista, koska metaani on hyvin voimakas kasvihuonekaasu ja sen pitoisuus ilmakehässä kasvaa. Tässä tutkimuksessa tutkin metsänpohjan ja ilmakehän välistä metaaninvaihtoa maakammiomittauksilla. Mittauspaikka sijaitsee Helsingin yliopiston Hyytiälän metsäaseman boreaalisessa mäntyvaltaisessa (Pinus sylvestris) kangasmetsässä, SMEAR II -tutkimusasemalla. Tutkimusta edeltävänä kesänä SMEAR II -asemaa ympäröivän metsän latvuston yläpuolelta mitattiin metaanipäästöjä, joten tämän tutkimuksen erityisenä kiinnostuksen kohteena olivat mahdolliset metsänpohjan metaanipäästöt. Tein mittaukset staattisella kammiomittausmenetelmällä yhteensä 54 kammiolla toukokuusta syyskuuhun alueellisen ja ajallisen vaihtelun selvittämiseksi. Lisäksi tutkin maan lämpötilan ja kosteuden, ilman lämpötilan, sadannan, fotosynteettisesti aktiivisen säteilyn (engl. photosynthetically active radiation, PAR) ja rahkasammalpeitteisyyden (Spaghnum sp.) vaikutusta metaanivoihin. Tutkimus osoitti, että mittausalueen metsän pohja toimi keskimäärin metaanin nieluna, mutta pienet soistuneet alueet päästivät ajoittain huomattavia määriä metaania. Koko mittausjakson keskimääräinen metaanivuo mittausalueella oli −4,0 µmol CH4 m−2 h−1, mikä vastaa aiempien tutkimusten perusteella tyypillistä keskiarvoa boreaalisen metsämaan metaanivuosta. Metaanipäästöjä mitattiin pääasiassa kahdesta mittauspisteryhmästä kesän alkupuolella, jolloin maan kosteus oli suurimmillaan. Maan kosteus ja rahkasammalten (Spaghnum sp.) peittävyys kammion sisällä olivat tärkeimmät metaanivuohon vaikuttavat tekijät. Metaanivoiden todettiin olevan positiivisessa yhteydessä näiden lisäksi myös fotosynteettisesti aktiivisen säteilyn eli PAR-säteilyn kanssa, mikä osoittaa, että kasvillisuus todennäköisesti vaikuttaa metaanivuohon. Maan lämpötila puolestaan oli käänteisesti yhteydessä metaanivoiden kanssa. Metsänpohjan metaanipäästöt tulivat vain osittain samalta suunnalta kuin edellisenä vuonna ekosysteemitasolla havaitut metaanipäästöt. Vaikka metsänpohjan metaanipäästöt olivat paikallisesti hyvin suuria, niitä esiintyi vain hetkellisesti ja siten tämän tutkimuksen perusteella metsänpohja ei vaikuttaisi olevan merkittävä alueellinen metaanin lähde. Edelleen jää selvitettäväksi, mistä mahdolliset metaanipäästöt tulevat ja havaitaanko metaanipäästöjä mastomittauksilla tulevina vuosina. Suuren ajallisen ja paikallisen vaihtelun vuoksi on tärkeää mitata metaanipäästöjä eri vuosina ja eri kokoluokan menetelmillä. Mastomittauksiin ja maakammiomittauksiin perustuvien metaanivoiden keskinäinen vertailu toteutetaan, kun saadaan mittaustuloksia molemmista menetelmistä samanaikaisesti. Näin saadaan tietoa metsän pohjan ja latvuston merkityksestä metsän metaanivuohon.
  • Korjus, Milja (Helsingin yliopisto, 2020)
    Nautakarjatalous on monesti nostettu esille ilmastonmuutoskeskustelussa metaanipäästöjen takia. Metaani on voimakkaasti ilmastoa lämmittävä kasvihuonekaasu, jonka muodostumiseen pötsissä voidaan kuitenkin vaikuttaa ruokinnallisin keinoin. Yksi keino on lisätä nautojen ruokintaan lipidejä. Tässä tutkimuksessa oli tavoitteena vähentää lypsylehmien metaanintuotantoa lisäämällä niiden ruokintaan murskattua rypsinsiementä. Samalla tutkittiin muutoksia maidon rasvahappokoostumuksessa, tavoitteena ihmisravitsemuksen kannalta suotuisa suunta. Ruokintakoe toteutettiin Helsingin yliopiston Viikin opetus- ja tutkimustilan navetassa. Kokeessa olivat mukana kaikki karjan lypsyssä olevat ayrshirelehmät, noin 50-60 eläintä. Metaanin mittaus röyhtäilyistä ja uloshengityksestä lehmän ollessa lypsyrobotilla mahdollisti tutkimuksen teon maatilamittakaavassa. Koeruokintoina oli kaksi erilaista seosrehua, toinen oli kontrollirehu ja toinen sisälsi murskattua rypsinsiementä (ruokinnan lipidilisän suuruus 50 g/kg ka). Karkearehuna oli ensimmäisen sadon nurmisäilörehu, ja sen osuus seosrehun kuiva-aineesta oli 60 %. Kontrolliruokinnassa väkirehu koostui pääosin ohrasta ja rypsirouheesta. Murskattua rypsinsiementä sisältävässä ruokinnassa ohran tärkkelyksestä peräisin olevaa energiaa korvattiin rypsilipidien energialla. Lisäksi väkirehuseoksessa kaura korvasi ohran. Eläimet saivat lypsyrobotilta täydennysrehua 3, 4 tai 5 kg/pv maitotuotostason mukaan. Tutkimus järjestettiin switch-back -kokeena, jolloin karja sai ensimmäisellä jaksolla kontrollirehua, sen jälkeen toisella jaksolla murskattua rypsinsiementä sisältävää rehua ja lopuksi eläimet palasivat kolmannen jakson ajaksi kontrolliruokinnalle. Murskattu rypsinsiemen vähensi lehmäkohtaista (g/pv) metaanituotosta pötsissä 18 % kontrolliruokintaan verrattuna. Kuiva-aineen syönti väheni 0,9 kg, mutta EKM-tuotoksessa ei havaittu muutosta. Maitorasvassa tyydyttyneiden rasvahappojen osuus väheni 16 %. Palmitiinihapon 16:0 osuus väheni 34 % ja merkittävissä määrin se korvaantui steariinihapolla 18:0 ja öljyhapolla cis-9 18:1. Kertatyydyttymättömien rasvahappojen osuus lisääntyi 48 %. Tutkimuksen perusteella murskattu rypsinsiemen vähentää metaanintuotantoa ilman negatiivista vaikutusta maitotuotokseen ja maidon peruskoostumukseen. Lisäksi se muuttaa maitorasvaa pehmeämpään ja mahdollisesti ihmisravitsemuksellisesti suotuisaan suuntaan.
  • Haverinen, Samuel (Helsingin yliopisto, 2021)
    Methane is an important greenhouse gas in the global atmosphere and its concentration has more than doubled compared to preindustrial times. Fresh water lakes and streams are substantial sources of methane. However, the estimations of their role in the global methane budget vary significantly and not until the 21st century has the understanding of their role as substantial methane sources increased. In the boreal zone, lakes produce as much as 30 % of the methane emissions. In this study, we examine spatial and temporal changes in methane fluxes from northern boreal lake Pallasjärvi and from a small stream located in its catchment area between June and November of 2020. We also examine the factors that explain the spatial and temporal changes in the methane fluxes, both lake and stream. Lake and stream methane fluxes were measured every other week between June and August, once a week in September, and once in the beginning of November using the chamber method. During the chamber measurements we also measured water surface temperature. Furthermore, at the stream sites we measured the water flow rate. At the lake measurement points we measured the water depth in November, which we calibrated to apply to the entire measurement period using water pressure logger. In March 2021, we measured the depth of the sediment layer at the lake sites. We also used CORINE-landcover data to model stream methane fluxes and for the lake, we used Finnish Meteorological Institute’s wind speed and direction dataset. We used these variables in order to explain the spatial and temporal variation of the lake and the stream methane fluxes using correlation analysis and linear mixed models. In this study, we find that water surface temperature, water depth, and wind were significant variables in explaining the lake methane fluxes. Respectively, landcover and surface water temperature explained the stream methane flux. From a temporal perspective, the strongest fluxes were measured between June and July at the lake sites and August and the beginning of September at the stream sites. Methane fluxes were divided spatially in two different groups at both lake and stream sites. At the lake sites, the strongest fluxes were measured in the shallow Pallaslompolo area and the weakest at the larger and deeper main basin of the lake. At the stream sites, the fluxes were also divided in two groups, the upstream’s weak fluxes and the downstream’s strong fluxes. According to the results, the temporal change of flux in the lake area is controlled by the changes in the factors underlying the methane production, and the differences in the lake basin depth control the spatial change of flux. The temporal change of stream methane flux depends on the changes in the methane production in the stream and its catchment area, while the spatial change depends on the changes in the landcover along the stream. However, more research and data are needed about the lake sediment layer temperature and oxygen levels, the water methane concentration, and stream catchments with different landcovers, which all impact the methane fluxes.
  • Kivinen, Jenni (Helsingin yliopisto, 2015)
    Märehtijät erittävät metaania ruoansulatuskanavassa, lähinnä pötsi-verkkomahassa, tapahtuvien mikrobikäymisreaktioiden lopputuotteena. Metaani on voimakas kasvihuonekaasu ja metaanin tuotanto aiheuttaa eläimelle energian hukkaa. Pötsin mikrobikoostumus vaikuttaa pötsissä tapahtuviin käymisreaktioihin ja siten syntyvän metaanin määrään. Isäntäeläimen vaikutusta pötsin mikrobikoostumukseen voidaan tutkia pötsin sisällön vaihdolla. Tutkielman tavoitteena oli vertailla porojen ja nautojen välisiä eroja rehun sulavuudessa, pötsifermentaatiossa ja metaanin tuotannossa. Koe suoritettiin Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskuksen (MTT nykyinen Luonnonvarakeskus LUKE) koe-eläintallissa Jokioisilla. Kokeen kokonaiskesto oli 3.5 kuukautta sisältäen kaksi erillistä koejaksoa. Koe-eläiminä oli viisi ummessa olevaa lypsylehmää sekä viisi naarasporoa eli vaadinta. Kaikki eläimet saivat samaa säilö- ja väkirehua, ja niitä pidettiin samoissa olosuhteissa. Kokeen käsittelynä oli pötsin sisällön vaihto naudoilta poroille toisella koejaksolla. Ravintoaineiden sulavuuden määrittämiseksi tehtiin sonnan kokonaiskeruu. Pötsifermentaation tutkimiseksi eläimiltä otettiin näytteitä pötsinesteestä. Metaanipäästöt määritettiin SF6-merkkiainemenetelmällä suoraan eläinten pötsistä. Kokeen loputtua eläimet teurastettiin ja niiltä otettiin ruokasulanäytteet ruoansulatuskanavan eri osista. Poroilla typen sulavuus oli pienempi kuin naudoilla. Porojen VFA-profiilissa etikka-hapon osuus oli suurempi ja propioni- ja voihapon osuudet pienemmät kuin naudoilla. Pötsin pH:ssa, kokonais-VFA- ja ammoniumtyppipitoisuudessa ei havaittu eroa lajien välillä. Porojen metaanipäästöt olivat pienemmät kuin nautojen suhteutettuna syötyyn kuiva-aineeseen, orgaaniseen aineeseen ja sulavaan orgaaniseen aineeseen. Lajien väliset erot pötsin VFA-profiilissa ja metaanipäästöissä johtuivat mitä todennäköisimmin eroista pötsimikrobiston koostumuksessa. Erot muun muassa rehujen laadussa ja saatavuudessa ovat muokanneet evolutiivisesti porojen ja nautojen ruoansulatuskanavien olosuhteita toisistaan poikkeaviksi, mikä vaikuttaa niiden pötsin mikrobikoostumukseen ja sitä kautta rehun sulatuksen tehokkuuteen sekä lopulta syntyviin metaanipäästöihin. Ympäristötekijöiden lisäksi eläimen perimä saattaa vaikuttaa ruoansulatuskanavan mikrobikoostumukseen.
  • Salovaara, Petri (Helsingin yliopisto, 2020)
    Metaani (CH4) on voimakas kasvihuonekaasu. Luonnontilaiset suot ovat yksi suurimmista metaanin lähteistä. Metaania syntyy suon hapettomassa kerroksessa metonogeenisten arkkien hajottaessa orgaanista ainesta. Metaani vapautuu ilmakehään diffuntoitumalla, kuplimalla tai kulkeutumalla kasvien aerenkymaattisten solukoiden kautta. Kasveista erityisesti sarojen läpi voi kulkeutua runsaasti metaania ilmakehään. Minerotrofisten saravaltaisten soiden metaanipäästöjen on havaittu, muista soista poiketen, kasvavan siirryttäessä pohjoisemmille leveysasteille. Tähän on esitetty yhdeksi syyksi maankäyttöä, jossa poronhoidolla on suuri merkitys. Pohjois-Suomessa poroja elää noin 200 000 yksilöä. Suot ovat poroille tärkeä elinympäristö erityisesti kesäaikaan, sillä rehevillä sarasoilla on niille riittävästi ravintoa ja avosuot tuovat puolestaan suojaa verta imeviltä hyönteisiltä. Porojen laidunnuksen vaikutusta soiden kasvihuonekaasutaseisiin on kuitenkin tutkittu varsin vähän. Vaikutuksen voidaan nähdä tulevan ainakin kahta kautta: toisaalta porot syövät suokasveja ja vaikuttavat tätä kautta hiilenkiertoon sekä toisaalta ulostavat papanoita ja tallovat niitä suohon muuttaen mahdollisesti näin turpeen mikrobikoostumusta. Tämän pro gradu -työn tavoitteena oli selvittää, miten porolaidunnus vaikuttaa soiden metaanipäästöihin ja lisäävätkö poron papanat suon metaanivuota joko jäädessään suon pinnalle tai tallautuessaan pinnan alapuolisiin kerroksiin. Työn aineisto kerättiin touko-elokuussa Halssiaavalta ja Lompolojänkkältä. Laidunnuksen vaikutuksia tutkittiin laidunnetuilla ja laiduntamattomilla koealoilla. Koealojen alakäsittelyinä toimivat metaaninmittauspisteiden erilaiset papanakäsittelyt. Halssiaavalla osalla alakäsittelyistä käytettiin eri tasoina suon pinnanmuotojen (välipinta / jänne) vaihtelua. Mittauspisteitä perustettiin yhteensä 45 kappaletta kolmen toiston sarjoina. Mittauspisteiltä mitattiin metaanin lisäksi myös vedenpinnan taso, turpeen lämpötila sekä määritettiin putkilokasvien lehtiala. Laidunnuksella ei havaittu olevan tilastollisesti merkitsevää vaikutusta metaanivoihin kummallakaan koealueella. Myöskään pinnalle laitettujen papanoiden ei havaittu vaikuttavan metaanivuohon. Tallonta pienensi metaanivuota Halssiaavan laiduntamattomalla koealalla. Tallonta nosti metaanivuon lyhyeksi hetkeksi erittäin suureksi, mutta kokonaisuudessaan tallonnan jälkeen vuot hieman pienenivät pidemmällä tarkastelujaksolla. Tässä tutkimuksessa laidunnus ei näyttänyt lisäävän soiden metaanipäästöjä. Tutkituilla soilla laidunnus ei näkynyt lehtialoissa ja koska papanalisäykselläkään ei havaittu olevan vaikutusta metaanintuotantoon, on loogista, että metaanipäästöt eivät eronneet laiduntamattomien ja laidunnettujen koealojen välillä. Suon pinnalle jäävät papanat eivät myöskään lisänneet metaanivuota. Mahdollinen papanoiden lannoitusvaikutus voi jäädä lyhyessä ajassa näkymättä. Toisaalta pinnalle jäävät papanat voivat muodostaa kasveille fyysisen esteen. Tällöin kasvien pienentynyt hiiliyhdisteiden syöte maaperään voi vähentää metaanipäästöjä, vaikka papanoilla olisikin lannoittava vaikutus. Tallontakäsittelyssä metaanivoiden puolestaan havaittiin pienenevän lehtialan pienentyessä. Tallonta turmelee kasveja, jolloin pienentynyt hiiliyhdisteiden syöte maaperään voi selittää metaanipäästöjen pienentymistä. Papanoiden mukana suolle voi tulla myös lisää mikrobeja. On kuitenkin mahdollista, että pötsin mikrobit eivät selviydy toimintakykyisinä, minkä vuoksi päästöt eivät lisääntyneet. Tutkimuksessa havaittiin, että porojen laidunnuksella ei näyttäisi olevan merkittävää vaikutusta pohjoisten soiden metaanipäästöihin. Myöskään poron papanat eivät sellaisenaan merkitsevästi lisänneet päästöjä, ainakaan lyhyellä aikavälillä. Tallontakäsittelyssä havaittiin, että päästöt voivat jopa pienentyä. On mahdollista, että vaikka papanoita tulee soille jatkuvasti lisää, eivät soiden metaanipäästöt kuitenkaan kasva.
  • Kamppuri, Elli-Noora (Helsingin yliopisto, 2021)
    Suot ovat maapallolla sekä merkittäviä hiilivarastoja että suurimpia luontaisia metaanin lähteitä. Metaani on toiseksi merkittävin kasvihuonekaasu hiilidioksidin jälkeen ja voimakkuudeltaan moninkertainen hiilidioksidiin nähden. Koska suot tuottavat paljon metaania, on tärkeä selvittää, mitkä tekijät vaikuttavat soiden metaanintuotantoon ja sen suuruuteen. Subarktisen ilmastovyöhyk-keen minerotrofisten sarasoiden on todettu tuottavan suhteessa enemmän metaanipäästöjä verrattuna muiden ilmastovyöhykkei-den vastaaviin soihin, vaikka yleensä korkeampien leveyspiirien suot tuottavat vähemmän metaania matalampien leveyspiirien soihin nähden. Porojen laidunnuksen on pohdittu vaikuttavan subarktisten minerotrofisten sarasoiden suuriin metaanipäästöihin. Minerotrofiset sarasuot ovat tärkeitä laidunnusalueita poroille pohjoisessa Fennoskandiassa erityisesti kesäaikaan. Laiduntavat herbovorit muokkaavat ekosysteemiään monilla tavoilla sekä suoraan että epäsuorasti. Laidunnuksen on todettu eri arktisilla ja subarktisilla ekosysteemeillä suosivan muun muassa sarakasvien kasvua ja lisäävän maaperän mikrobistoa ja sen aktiivisuutta ulosteiden ravinnelisäyksen ansiosta. Lisäksi porot märehtijöinä voivat muokata metaanintuotantoa suoekosysteemissä, jos pöt-sin metanogeenisiä mikrobeja kulkeutuu papanoiden mukana suohon. Tässä pro gradu -tutkielmassa selvitetään, miten poron papanoiden lisääminen suolle vaikuttaa suon metaanipäästöihin ja kasvilli-suuteen. Työssä halutaan selvittää, millaisia vaikutuksia papanalisäyksellä on suon kasvien kasvuun, kasvilajisuhteisiin ja niiden kautta metaanipäästöihin. Uskotaan, että poron papanat lisäävät suolla sarakasvien runsautta, jotka kuljettavat solukoissaan metaania ja näin lisäävät suon metaanipäästöjä. Papanoiden aiheuttaman ravinnelisäyksen epäillään muuttavan kasvilajisuhteita siten, että enemmän ravinteita vaativat lajit lisääntyvät. Papanalisäyksen uskotaan lisäävän suon metaanipäästöjä myös aktivoi-malla suon metanogeenisten mikrobien toimintaa. Papanalisäyksen vaikutus kasvillisuuteen ja metaanipäästöihin oli hyvin vähäi-nen ensimmäisen kasvukauden aikana (Salovaara 2020). Tässä pro gradu -työssä seurataan papanalisäyksen vaikutusta pidem-mällä aikavälillä, sillä muutokset kasvillisuudessa voivat olla hitaita ja vaikutukset metaanipäästöihin kehittyä vasta myöhemmässä vaiheessa. Lisäksi tutkimuksessa selvitetään, miten pelkkä turve ilman kasvillisuuden vaikutusta reagoi papanalisäykseen maasto-olosuhteissa. Aineiston keruu tähän tutkielmaan tapahtui 1.6.-31.8.2020 Pohjois-Suomessa. Tutkimuskohteina oli kaksi minerotrofista sarasuota Lapissa. Ensimmäinen suo oli Lomponlonjänkkä Pallasjärvellä Muoniossa ja toinen Halssiaapa Sodankylässä. Lompolonjänkällä oli 27 mittauspistettä ja Halssiaavalla 18. Mittauspisteiltä mitattiin 1-2 viikon välein metaanipäästöt, lehtiala, pohjavedenpinta ja turpeen lämpötila. Lompolonjänkän mittauspisteistä kuusi oli sellaista, joista kaikki pintakasvillisuus poistettiin, jotta papanali-säyksen vaikutusta turpeessa voisi seurata. Lisäksi suolla tehtiin inkubointikoe, jonka tarkoituksena oli selvittää, miten poron papanat hajoavat turpeessa. Tulosten perusteella poron papanat lisäsivät metaanivuota Halssiaavan jänteillä ja välipinnoilla, kun ne lisäämisen jälkeen survottiin suohon. Lompolonjänkällä metaanivuo oli pienempi mittauspisteillä, joille oli lisätty papanoita. Uusilla kasvittomilla ja kasvillisilla mittauspisteillä ei havaittu muutoksia metaanivuossa. Kasvillisuuden lehtialassa ei huomattu vaihtelua laidunnuksen tai papanali-säyksen takia Lompolonjänkällä. Halssiaavan jänteillä laidunnus ja papanalisäykset näyttivät pienentävän lehtialaa. Myös välipin-noilla laidunnus pienensi lehtialaa. Uppolisäyspisteillä lehtiala pieneni, mutta biomassa antoi tästä päinvastaisen tuloksen. Papa-noiden hajoaminen turpeessa oli nopeampaa lähempänä pintaa. Kolmen kuukauden aikana pintapapanoiden kuivamassa pieneni puoleen ja pohjapapanoiden kahteen kolmannekseen. Papanoiden vaikutus metaanivuohon näyttäisi ilmenevän vasta seuraavana kasvukautena. Lompolonjänkällä papanoiden ravinneli-säys paransi ruohojen kasvuolosuhteita, mikä runsastutti niiden määrää suhteessa saroihin. Tämä vaikutti metaanivuohon laske-vasti. Halssiaavan välipinnalla ruohoja ei esiintynyt mittauspisteillä lainkaan, minkä takia papanalisäys näytti vaikuttavan positiivi-sesti saramaisten kasvien kasvuun uppolisäysaloilla ja näin ollen kohotti metaanivuota. Jänteillä pintalisäyspisteiden lehtiala oli kontrollia pienempi, mutta metaanivuo selkeästi suurempi. Jännepinnoilla lehtiala ei näyttäisi korreloivan samalla tavalla metaa-nivuon kanssa kuin välipinnoilla.
  • Rantakari, Miitta (Finnish Environment Institute, 2010)
    Monographs of the Boreal Environment Research 35
    Lakes are an important component of ecosystem carbon cycle through both organic carbon sequestration and carbon dioxide and methane emissions, although they cover only a small fraction of the Earth’s surface area. Lake sediments are considered to be one of the rather permanent sinks of carbon in boreal regions and furthermore, freshwater ecosystems process large amounts of carbon originating from terrestrial sources. These carbon fluxes are highly uncertain especially in the changing climate.The present study provides a large-scale view on carbon sources and fluxes in boreal lakes situated in different landscapes. We present carbon concentrations in water, pools in lake sediments, and carbon gas (CO2 and CH4) fluxes from lakes. The study is based on spatially extensive and randomly selected Nordic Lake Survey (NLS) database with 874 lakes. The large database allows the identification of the various factors (lake size, climate, and catchment land use) determining lake water carbon concentrations, pools and gas fluxes in different types of lakes along a latitudinal gradient from 60oN to 69oN.Lakes in different landscapes vary in their carbon quantity and quality. Carbon (C) content (total organic and inorganic carbon) in lakes is highest in agriculture and peatland dominated areas. In peatland rich areas organic carbon dominated in lakes but in agricultural areas both organic and inorganic C concentrations were high. Total inorganic carbon in the lake water was strongly dependent on the bedrock and soil quality in the catchment, especially in areas where human influence in the catchment is low. In inhabited areas both agriculture and habitation in the catchment increase lake TIC concentrations, since in the disturbed soils both weathering and leaching are presumably more efficient than in pristine areas.TOC concentrations in lakes were related to either catchment sources, mainly peatlands, or to retention in the upper watercourses. Retention as a regulator of the TOC concentrations dominated in southern Finland, whereas the peatland sources were important in northern Finland. The homogeneous land use in the north and the restricted catchment sources of TOC contribute to the close relationship between peatlands and the TOC concentrations in the northern lakes. In southern Finland the more favorable climate for degradation and the multiple sources of TOC in the mixed land use highlight the importance of retention.Carbon processing was intensive in the small lakes. Both CO2 emission and the Holocene C pool in sediments per square meter of the lake area were highest in the smallest lakes. However, because the total area of the small lakes on the areal level is limited, the large lakes are important units in C processing in the landscape. Both CO2 and CH4 concentrations and emissions were high in eutrophic lakes. High availability of nutrients and the fresh organic matter enhance degradation in these lakes. Eutrophic lakes are often small and shallow, enabling high contact between the water column and the sediment. At the landscape level, the lakes in agricultural areas are often eutrophic due to fertile soils and fertilization of the catchments, and therefore they also showed the highest CO2 and CH4 concentrations. Export from the catchments and in-lake degradation were suggested to be equally important sources of CO2 and CH4 in fall when the lake water column was intensively mixed and the transport of substances from the catchment was high due to the rainy season. In the stagnant periods, especially in the winter, in-lake degradation as a gas source was highlighted due to minimal mixing and limited transport of C from the catchment.The strong relationship between the annual CO2 level of lakes and the annual precipitation suggests that climate change can have a major impact on C cycling in the catchments. Increase in precipitation enhances DOC export from the catchments and leads to increasing greenhouse gas emissions from lakes. The total annual CO2 emission from Finnish lakes was estimated to be 1400 Gg C a-1. The total lake sediment C pool in Finland was estimated to be 0.62 Pg, giving an annual sink in Finnish lakes of 65 Gg C a-1.
  • Kerojoki, Otto (Helsingfors universitet, 2013)
    Kaakkois-Aasiassa sijaitsee yli puolet maailman trooppisista soista, joiden kokonaispinta-ala on 0,44 milj. km-2. Viime vuosikymmeninä luonnontilaisten trooppisten suosademetsien muuttaminen muuhun käyttöön on kasvanut huomattavasti: Kaakkois-Aasian trooppisten soiden alkuperäisestä pinta-alasta noin 60 % on kuivatettu ja vain noin 10 % on enää luonnontilassa. Maankäyttömuutos Kaakkois-Aasian trooppisilla soilla on merkittävä kasvihuonekaasupäästöjen lähde ja on arvioitu että vuosittain kuivatetuilta soilta vapautuu 600 – 700 Mt hiilidioksidia turpeen hajoamisesta. Huolimatta maankäyttömuutosten laajuudesta trooppisia soita ja niillä tapahtuvia prosesseja on tutkittu varsin vähän verrattuna muiden ilmastovyöhykkeiden soihin. Kasvihuonekaasupäästöjen tutkimus on tähän asti pääasiallisesti ollut selvittää pistemäisillä mittauksilla maankäyttömuodon ja päästöjen välistä yhteyttä. Lukuun ottamatta vedenpinnan syvyyden ja kasvihuonekaasujen yhteyden tarkastelua, tutkimuksissa ei ole juuri paneuduttu muiden ympäristötekijöiden tai turpeen ominaisuuksien vaikutuksiin turpeen hajotusnopeuteen. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on selvittää maankäyttömuutoksen aiheuttaman turpeen lämpötilan nousun vaikutusta turpeen hajotuksesta johtuviin hiilidioksidi-, metaani- ja typpioksiduulivoihin kuivatetuilla turvemailla. Maankäyttömuutosta simuloitiin kahdella eri maankäyttöhistorian omaavalla turvemaalla, maatalousmaalla sekä useasti palaneella avoturvemaalla, keinotekoisella varjostuksella, jonka avulla turpeeseen muodostui lämpötilaeroja. Lisäksi tutkittiin onko lannoituksella vaikutusta turpeen hajotuksen ja hajotuksen lämpötilavasteeseen, sillä ravinnelöyhät turvemaat vaativat lannoitusta satojen tuottamiseksi. Hiilidioksidivuo määritettiin kahdella menetelmällä: infrapunaspektrometrisellä sekä kaasukromatografisella menetelmällä. Metaani ja typpioksiduulivuot määritettiin kaasukromatografisesti. Turpeen lämpötilaa mitattiin useilta syvyyksiltä automaattisilla lämpötila-antureilla tunnin välein ja käsikäyttöisillä lämpömittareilla kaasumittausten yhteydestä. Lisäksi kaasumittausten yhteydessä mitattiin vedenpinnan taso sekä otettiin turvenäytteet josta määritettiin turpeen vesipitoisuus, pH ja tiheys. Lämpötilalla havaittiin olevan merkittävä vaikutus hiilidioksidivoihin maatalousmaalla, jossa turpeen pintalämpötilan 10 °C nousun havaittiin pitkän aikavälin hiilidioksidivoiden keskiarvoilla kaksinkertaistavan hajotuksen. Lannoitus lisäsi keskimääräisiä hiilidioksidipäästöjä maatalousmaalla noin 40 %:lla, mutta vähensi niitä palaneella avoturvemaalla. Lannoituksen havaittiin lisäävän lämpötilan vaikutusta hajotukseen huomattavasti maatalousmaalla; hiilidioksidivuot hajotuksesta kymmenkertaistuivat koealan lannoitetussa lohkossa turpeen lämpötilan kasvaessa 10 °C:lla. Palaneella turvemaalla hiilidioksidivuon lämpötilavastetta ei havaittu. Metaanilla ja typpioksiduulilla lämpötilavastetta ei havaittu, vaan vedenpinnan taso vaikutti olevan lämpötilaa huomattavasti merkittävämpi kaasuvoiden suuruutta säätelevä tekijä. Lannoitus lisäsi typpioksiduulipäästöjä merkittävästi maatalousmaalla, mutta ei palaneella avoturvemaalla. Lannoituksella ei ollut vaikutusta metaanipäästöjen suuruuteen. Erojen hajotuksesta johtuvien hiilidioksidipäästöjen lämpötilavasteessa koealojen välillä oletetaan johtuvan erilaisesta maankäyttöhistoriasta. Maatalousmaalla turvetta on lannoitettu pitkä aika kun palanutta avoturvemaata ei ole lannoitettu koskaan. Lannoitus on saattanut muuttaa maatalousmaan maaperän mikrobistoa niin, että se pystyy hajottamaan pitkälle hajonnutta, hyvin ligniinipitoista, turvetta tehokkaammin sekä hyödyntämään lisätyt mineraaliravinteet hajotustoiminnassa. Turpeesta mitatut ympäristötekijät (pH, tiheys, vesi- ja ravinnepitoisuus) eikä turpeen aiemmin mitattu kemiallinen koostumus selittänyt eroa lämpötilavasteessa koealojen välillä. Jos hiilidioksidin lämpötilavaste pitkällä aikavälillä on havaittua suuruusluokkaa, lämpötila saattaa olla merkittävä turpeen hajotukseen vaikuttava tekijä ainakin pitkään lannoitetuilla turvemailla. Lisätutkimusta hajottajaeliöstön mahdollisista eroista ja pidempi aikaisia mittauksia lämpötilan vaikutuksesta hajotukseen kuitenkin tarvitaan erilaisilta maankäyttömuodoilta ja kuivatussyvyyksiltä lämpötilavasteen selvittämiseksi tarkemmin.
  • Kallio, Mirka (Helsingfors universitet, 2014)
    Increased greenhouse gases (CH4, CO2 and N2O) have warmed the Earth's climate over the last decades. Feeding, feed additives and livestock breeding have been offered as solutions for reducing methane emission from livestock. Ruminant’s ability to use high-fiber feeds is based on microbial fermentation in rumen resulting methane production. Objective of the study was to find out if dwarf birch leaves reduce methane production in vitro and predicted in vivo production. Dwarf birch (Betula nana) leaves contain tannins and essential oils that can reduce methane production. Hypothesis was that dwarf birch reduces methane production. Silver birch (Betula pendula) leaves were used as comparison. Silver birch’s tannin concentration is only a fraction of the dwarf birch’s tannin concentration. Birch leaves increased the in vitro methane production moderately. As the incubation level increased the molar proportion of propionic acid increased linearly. Birch leaf treatment decreased the molar proportion of acetic acid. Acetate:propionate ratio decreased with birch leaf treatment and with increased incubation level. Birch leaf treatment and higher incubation level decreased sample pH. Birch leaf treatment or higher incubation level did not affect to the predicted in vivo methane production, but increased the total gas production. Thus, birch leaf treatment decreased predicted in vivo methane’s proportion of total gas significantly. Based on regression analysis, VFA production was elevated with higher incubation level of Silver birch leaves, indicating increased fermentation. Changes in methane production and VFA proportions were likely caused by birch leaf tannins and essential oils. Acidity of birch leaves and the reduction in buffer capacity of rumen fluid affected to samples pH. Tannins, essential oils and decrease in pH could reduce the feed digestibility or activity of the methanogenic archaea. Because of that part of the hydrogen was released into the air without being converted to methane.