Arviointi:Turvemaiden yhdennetty riskinarviointi Suomessa

<accesscontrol>maankäyttö</accesscontrol>

Määritelmä

Tiedosto:Turvemaiden maankäyttö.PNG

Tulos

Päätelmät

Projektisuunnitelma/ Integroitu turvemaiden maankäytön riski- ja elinkaarianalyysi

1 Tiivistelmä/ 2 Johdanto/ Luonnontilaisia soita on ojitettu Suomessa metsätalouteen, maatalouteen ja turvetuotantoon. Alkuperäisestä suoalastamme on nyt 60 % ojitettuina suometsinä. Käytöstä poistuneita turvetuotantoalueita on puolestaan uudelleensoistettu ja otettu viimeaikoina yhä enemmän bioenergiantuotantoon (metsitys, ruokohelven viljely). Kansainväliset ja kansalliset ilmastopoliittiset linjaukset pakottavat Suomen lisäämään merkittävästi bioenergiantuotantoa lähivuosina, mikä merkitsee muutosta turvemaiden maankäytössä ja sen mahdollisissa ympäristövaikutuksissa/ympäristöriskeissä. Turvemaiden maankäytön muuttuessa maaperässä, vedessä ja ilmassa tapahtuvat ainevirrat muuttuvat. Maaperän kemiallisten ja fysikaalisten olosuhteiden muuttuminen voi aiheuttaa aineiden mobilisoitumista pohja- ja pintavesiin. Kun luonnontilainen suo ojitetaan ja otetaan turvetuotantoon, sen hydrologia ja happiolosuhteet muuttuvat. Kun veden pinta laskee, turpeen hajoaminen tehostuu ja ravinteita ja kiintoainetta alkaa huuhtoutua. Turvetuotantoalueilta huuhtoutuu kiintoaineen mukana rautaa ja ravinteita, pääasiassa fosforia ja typpeä. Turvetuotanto vaikuttaa vesistökuormituksen lisäksi huomattavasti myös suopohjan ilmapäästöihin, sillä turvetuotantokentillä kasvillisuus ei enää sido hiiltä, vaan turpeen vanhaa hiiltä ainoastaan vapautuu ilmaan hiilidioksidina maaperän mikrobitoiminnasta . Turvetuotannosta syntyvän kuormituksen voimakkuuteen ja laatuun vaikuttaa huomattavasti turpeen laji ja maatuneisuus, turvekerroksen alapuolisen mineraalimaan ominaisuudet sekä tuotantoalueen vesien hallinta ja vesiensuojeluratkaisujen (pintavalutuskentät ja laskeutusaltaat) toimivuus ja tuotantoalueen koko suhteessa valuma-alueeseen.

Jälkikäytön aloittaminen turvetuotannosta vapautuneilla alueilla vaikuttaa siihen, miten ainevirrat vesistöihin ja ilmaan muuttuvat. Valitusta jälkikäyttömuodosta riippuen turvetuotannosta poistunut alue voi alkaa sitoa uudelleen ilmakehän hiilidioksidia (esim. metsitys). Uuden kasvillisuuden hiilensidonta ei välttämättä kuitenkaan riitä kompensoimaan kasvanutta hiilidioksidipäästöä (respiraatio) maaperästä ja niinpä esim. turvepeltojen ja suometsien on havaittu olevan jatkuvia hiilen lähteitä ilmakehään (mm. Lohila ym., 2004, 2007; Maljanen ym., 2001, 2007). Viljellyillä turvemailla maaperän mikrobiaktiivisuutta ja siten respiraatiota lisäävät myös lannoitus ja maaperän muokkaus kyntämällä (ilmastuminen). Lannoitus voi myös lisätä dityppioksidipäästöjä turvemailta, kun taas metaanipäästöt jäävät usein vähäisiksi ojitusalueilla (mm. Maljanen ym., 2007). Turvetuotannosta vapautuneiden metsitettyjen alueiden hiilitaseita ja dityppioksidi- ja metaanivirtoja ei vielä lainkaan tunneta.

Ravinteiden huuhtoumat vesistöihin voivat joko alentua tai lisääntyä turvetuotantoalueiden jälkikäytössä riippuen mm. siitä millaisiksi pohjaveden pinnan taso ja maaperän happiolot muodostuvat.     Uudelleen soistaminen ja lintujärvi edellyttävät pohjaveden pinnan tason nostoa, jolloin olosuhteet voivat muuttuvat turpeessa anaerobisiksi. Tämä voi aiheuttaa aineiden mobilisoitumista, esimerkiksi rautaoksideihin sitoutunutta fosforia liukenee veteen hapettomissa olosuhteissa. Myös metaanin vapautuminen voi olla voimakasta tekojärvissä tai uudelleen soistetuilla alueilla anaerobisissa oloissa (Huttunen ym., 2002; Duchemin ym., 2006; Yli-Petäys ym., 2007). Hapettomuus tosin suosii denitrifikaatiota mikä voi poistaa nitraattia typpikaasuna ekosysteemistä (mm. Liikanen ym., 2006). Jos turvetuotannosta poistunut alue otetaan energiakasvituotantoon (esim. ruokohelpi), on mahdollista, että hiilen sitoutuminen lisääntyy. Kuopion yliopiston biogeokemian tutkimusryhmän alustavien tulosten mukaan (2004–2007) ruokohelpiviljelmä voi toimia vuotuisella tasolla hiilidioksidin nieluna varsin vaihtelevissa sääoloissa. Ravinteiden huuhtoutuminen puolestaan riippuu lannoituksen määrästä ja ajankohdasta, mineraalimaan ominaisuuksista ja alueen hydrologiasta. Ruokohelven viljelyn voidaan olettaa vähentävän ravinnehuuhtoumia mm. ravinteiden sitoutuessa kehittyvään kasvibiomassaan (Zhu & Sikora, 1995; Edwards ym., 2006). Tämä olisi positiivista viljeltyjen alueiden alapuolisten vesien tilan kannalta, joten se osaltaan vähentäisi turvemaiden käyttöön liittyviä negatiivisia ympäristövaikutuksia/ympäristöriskejä.

On todennäköistä, että turvemaiden maankäytön muutoksilla on vaikutusta ravinteiden ja hiilen virtojen lisäksi myös turpeessa olevan elohopean käyttäytymiseen ja muuntumiseen metyylielohopeaksi sekä siten metyylielohopean kulkeutumiseen ja määriin turvetuotanto- ja jälkikäyttöalueiden alapuolisissa vesissä. (huomio: tässä olisi hyvä lyhyesti kertoa mitkä ovat elohopean haittavaikutukset ekosysteemeissä ja mitkä fraktiot ovat vaarassa huuhtoutua/kertyä ravintoketjuihin). Pitkällä aikavälillä erityisen tärkeää on tietää turvetuotantoalueiden eri jälkikäyttömuotojen edut ja riskit elohopean muuntumisessa metyylielohopeaksi. Tärkeää on myös tuntea jälkikäyttömuotojen edut ja riskit suhteessa luonnontilaisiin suoalueisiin, jotta ihmistoiminnan/maankäytön vaikutukset voidaan arvioida. Mittaustietoa elohopeasta luonnontilaisilta ja ojitetuilta/metsittyneiltä turvemailta on olemassa jossain määrin. Sen sijaan mittaukset elohopean ja metyylielohopean huuhtoutumisesta turvetuotantoalueilta ja turvetuotannon jälkikäyttöalueilta sekä vesiensuojelun edistämiseksi tehtyjen pintavalunta- ja laskeutusallasrakenteiden vaikutusten osalta puuttuvat käytännössä kokonaan.

Erityisesti metsäisillä tai turvemaisilla valuma-alueilla sijaitsevissa ns. metsäjärvissä on havaittu suuria elohopeapitoisuuksia petokaloissa. Suomessa tällaisilla järvillä kalojen pitoisuuksien ei ole havaittu merkittävästi alentuneen viime vuosikymmeninä vaikka ilmaperäinen elohopeakuormitus on alentunut ja jopa noin yhdellä kuudesosalla tutkituista järvistä kalojen elohopeapitoisuuksien on havaittu nousseen viimeisen kahdenkymmenen vuoden aikana (Paloheimo 2006). Metsäjärviin elohopea- ja metyylielohopeakuorma tulee pääosin valuma-alueen kautta riippumatta sen alkuperästä. Sekä epäorgaaninen elohopea että orgaaninen metyylielohopea kulkeutuvat orgaaniseen hiileen kiinnittyneinä. Erityisen suuria huuhtoutumia on mitattu suovaltaisilta valuma-alueilta, minkä on todettu johtuvan elohopean tehokkaammasta metyloitymisesta suomaissa, johon vaikuttanevat sekä maiden kosteus että otolliset hapetus/pelkistysolosuhteet, jotka suosivat rikkiä pelkistävien bakteerien (SRB) toimintaa. SRB:ien on todettu pääasiassa vastaavan elohopean metyloitumisesta sekä maaperässä että vesistöjen pohjasedimenteissä. Suomen ympäristökeskuksessa tehdyssä metsätalouden vaikutustutkimuksessa pienellä kuusivaltaisella metsävaluma-alueella havaittiin, että avohakkuu yhdessä maanmuokkauksen kanssa lisäsi valuma-alueelta ulos tulevaa kokonais- ja metyylielohopeakuormaa moninkertaisesti ennen hakkuuta vallinneeseen tilanteeseen verrattuna (Porvari ym. 2003). Samanlaisia havaintoja on tehty ruotsalaisessa tutkimuksessa (Munthe & Hultberg 2003). Toisessa tutkimuksessa (Porvari ja Verta 2003) ei kuitenkaan havaittu n. 30 vuotta vanhojen suo-ojitusten enää lisäävän suoalueelta purkautuvan elohopean ja metyylielohopean määrää. Kanadassa on puolestaan havaittu, että hakkuista johtuva lisääntynyt metsäjärvien elohopeakuormitus nostaa myös kalojen elohopeapitoisuuksia (Garcia & Carignan 2000).

Turve-energian käyttö tulee jatkossa lisääntymään Suomessa, jolloin myös ympäristövaikutukset voivat lisääntyä ellei ympäristölupaehtoja kiristetä. On mahdollista, että turvetuotannon lisääntymisen myötä myös riskinarviointi tulee entistä merkityksellisemmäksi. Koska turvetuotannon ympäristölupaprosessissa nykyään arvioidaan mm. pöly, melu, vesi ja maisema vaikutuksia, mutta ei kaasuvirtoja, tuottaa tämä hanke tärkeää uutta tietoa päätöksentekoon ja kansallisten kasvihuonekaasutaseiden ja päästökerrointen arviointiin (IPCC National Greenhouse Gas Inventories, ”emission factors”) turvemaiden osalta (Alm ym., 2007). Turvemaita on tutkittu Suomessa pitkään, mutta tutkimustuloksia turvetuotantoalueilta ja niiden ympäristövaikutuksista on julkaistu varsin vähän. Myös turvetuotantoalueiden jälkikäytön suunnittelun perustaksi tarvitaan lisää tutkimustietoa.

On arvioitu, että vuoteen 2010 mennessä on turvetuotannosta poistunut jopa 45 000 hehtaaria suopohjaa. Bioenergian tuotantoa ja käyttöä pyritään samalla Suomessa jatkuvasti lisäämään. Käytöstä poistetuilla turvesoilla voidaan kasvattaa bioenergian tuotantoon ruokohelpiä, energiapajua ja puuta. Ruokohelpi on muodostunut Suomessa merkittävimmäksi pelloilla kasvatettavaksi energiakasviksi. Sen viljelypinta-ala on nykyään noin 17 000 hehtaaria ja määrä kasvaa jatkuvasti. Varsinaista tutkittua tietoa ruokohelpin kasvihuonekaasutaseista ja vesistökuormituksesta turvemailla on saatu vasta yhdeltä koealalta kahdessa Kuopion yliopiston toteuttamassa tutkimushankkeesta (BIOHIILI 2003–2005, HELPI 2005–2007). Keskeistä on tieto siitä, onko ruokohelven viljely turvemailla kasvihuonekaasuneutraalia, kuten usein lähtökohtaisesti oletetaan. Tämän selvittämiseen ei riitä pelkkä tuotetun korsibiomassan sitoman hiilen määrittäminen vaan mukaan tarkasteluun on otettava mukaan viljelmän kaikkien kasvihuonekaasujen taseet ja valunnassa poistuvan hiilen määrä. Kokonaistarkastelussa pitää huomioida koko ruokohelven tuotantoketjun elinkaari viljelmältä kattilaan, eli sekä viljelytoimenpiteissä että biopolttoaineen kuljetuksessa syntyvät päästöt. Pitkäaikaistarkastelussa tulee huomoida myös mahdolliset muutokset maaperän hiilen varastoissa – lisääkö bioenergiakasvin viljely hiilen määrää maaperässä juurten, karikkeen ja juurieritteiden hajotessa vain osittain vai johtaako maaperän kohonnut respiraatio mahdollisesti jopa vanhan hiilen katoon turvepohjilta. Hiilen liikkeitä ja ikää kasveissa/maaperässä/vesissä voidaan tutkia radiohiilimenetelmin (14C).

3 Tavoitteet/ Janne täydentää tavoitteet

Hankkeessa tarkastellaan turvetuotantoalueelta ja muutamalta eri turvetuotantoalueen jatkokäyttömuodolta (ruokohelven kasvatus ja metsitys) aiheutuvia ympäristöriskejä, päästöjä ilmakehään ja kuormitusta vesistöihin. Ruokohelven viljely ja metsitys ovat tällä hetkellä yleisimmät turvetuotantoalueiden jälkikäyttömuodot Suomessa. Hankkeessa tutkitaan hiilen, kasvihuonekaasujen ja ravinteiden sekä elohopean kiertoa maankäytöltään erilaisilla turvemailla Vertailukohtana käytetään luonnontilaista suota ja kirjallisuuskatsauksessa koottua tieteellistä tulosaineistoa. Mahdollista on myös verrata erilaisia turvetuotantoalueen jälkikäytön vaihtoehtoja toisiinsa niiden aiheuttamien riskien perusteella. Ruokohelpin ja puun kasvatuksesta, korjuusta, kuljetuksista ja poltosta syntyy myös ekologisia ja terveysriskejä, jotka on syytä ottaa huomioon. Hankkeessa onkin tarkoitus tuottaa uudenlainen bio- ja turve-energian tuotannon aikaisten ympäristövaikutusten integroitu riski- ja elinkaarianalyysimalli, joka ottaa huomioon energiatuotannon koko elinkaaren aikaiset ympäristö- ja terveysvaikutukset.

Kuva 1. Hankkeen sisältörakenne

4 Tutkimuksen sisältö/ 4.1 Koealueet

Kenttätutkimuskohteina ovat kolme turvetuotantoaluetta, kolme ruokohelpiviljelmää turvemaalla ja kolme metsitettyä turvetuotantoaluetta. Ruokohelven viljely ja metsitys ovat tällä hetkellä yleisimmät turvetuotantoalueiden jälkikäyttömuodot Suomessa. Osa koealueista tulee olemaan yhteisiä "Itä-Suomen yliopiston ilmaston ja bioenergian tutkimushankkeen" kanssa. Tämän hankkeen vastuuhenkilöitä ovat Kuopion yliopistossa Prof. Pertti Martikainen ja Prof. Mikko Kolehmainen ja Joensuun yliopistossa Prof. Seppo Kellomäki ja Prof. Timo Tokola. Luonnontilaisen suon (Salmisuon, Mekrijärvi, Ilomantsi) tutkimuksissa tehdään yhteistyötä saksalaisen tutkimusryhmän kanssa (Dr. Martin Wilmking, University of Greifswald).

4.2 Kenttätutkimukset

4.2.1 Eri koealueilla tehdään turpeesta (ja osin alapuolisesta mineraalimaasta) seuraavat mittaukset o turpeen stratigrafia ja maatumisaste o turveprofiilin ikä (14C ajoitus) o orgaanisen aineksen 15N/14N ja 13C/12C o kokonaispitoisuudet ja liukoiset pitoisuudet: hiilii. typpi, fosfori (((TULEEKO MUITA???))), raskasmetallit o anionit, humus MITÄ TARKOITTAA??, edellä jo hiili ja typpi)))), ammoniumoksalaattiuuttoinen rauta, alumiini, kalsium o kationinvaihtokapasiteetti o kokonaiselohopea ja metyylielohopea

4.2.2 Eri koealueiden valumavesistä tehdään seuraavat mittaukset: o Automaattinen vedenkorkeuden sekä veden ja ilman lämpötilan mittaus (aurinkokennolla toimiva mittalaitteisto) o pH, redox, lämpötila ja happi kenttämittarilla o Orgaaninen (TOC ja DOC) ja epäorgaaninen (DIC) hiili o Orgaanisesta materiaalista 13C/12C ja 15N/14N, DIC:stä 13C/12C o Ravinteet (kokonaisravinteet sekä PO4-P, NO3, NH4, Ca, K, Mg) o sulfaatti (SO4) o rauta (Fe) ja mangaani (Mn) o Kokonaiselohopea ja metyylielohopea

Maaperänäytteenotto tehdään kertaluonteisesti (?). Vesinäytteenottoja tihennetään kevätvalunnan, ja suurten kesävalumien aikaan, jolloin tapahtuu suurin osa ravinteiden ja hiilen huuhtoutumisesta sekä loppukesään ja alkusyksyyn, jolloin on odotettavissa suurimmat etyylielohopeahuuhtoumat. Näytteenotossa käytetään virtaamapainotteisia automaattisia näytteenottolaitteistoja (akkukäyttö). Näytteenoton käytännön toteutuksesta vastaa Savo-Karjalan ympäristötutkimus Oy, joka suorittaa alueella turvetuotannon velvoitetarkkailua. Osa näytteenottoa voidaan yhdistää velvoitetarkkailuohjelman toteuttamiseen. Vesianalytiikan suorittamisesta vastaa Pohjois-Karjalan ympäristökeskus. Elohopean ja metyylielohopean analytiikasta vastaa Suomen ympäristökeskus (SYKE) sekä Swedish Environment Research Institute (IVL).

4.2.3 Hiilen ja kasvihuonekaasuvirtojen mittaus sekä typen mineralisaatio

Hiilen ja kasvihuonekaasuvirtojen mittauksissa tullaan keskittymään laite- ja henkilöresurssien rajallisuuden vuoksi neljän eri turvemaan taseisiin. Linnansuon ruokohelpiviljelmältä (Kovero, Joensuu) ja sen viereiseltä turvetuotannossa olevalta alueelta on mitattu CO2-, N2O- ja CH4-virtoja vuodesta 2004 lähtien. Hiilitasetta on tutkittu nk. ”eddy covarianssi”-menetelmällä ja sen respiraatio-komponentteja sekä dityppioksidin ja metaanin virtoja kammiotekniikoin. Ruokohelpiviljelmän ja turvetuotantoalueen hiilitaseita ja kasvihuonekaasuvirtoja tullaan vertaamaan käytöstä poistuneella turvesuolla kasvavan metsän vastaaviin sekä luonnontilaisen suon ainekiertoihin integroiden tutkimus "Itä-Suomen yliopiston ilmaston ja bioenergian tutkimushankkeeseen" Suometsän hiili- ja kasvihuonekaasutasemittausten laitekannan järjestää Joensuun yliopiston metsätieteellinen tdk. (prof. Seppo Kellomäki). Luonnontilaisen Salmisuon (Mekrijärvi, Ilomantsi) hydrologiaa ja ainevirtoja tutkii saksalainen tutkimusryhmä (Dr. Martin Wilmking, University of Greifswald).

Respiraatiomittauksia (maahengitys) tullaan tekemään kampanjaluonteisesti kaikilla koealueilla turpeen (+ tuoreen kasveista peräisin olevan hiilen) hajoamisen indikaattorina. Riskinä turvemaiden jälkikäytössä on vanhan turveaineksen hajoaminen, mitä uuden kasvillisuuden tarjoama tuore hiili voi pahimmillaan nopeuttaa ( Kuzyakov, 2002). Toisaalta kasviobiomassan tuottama hiili voi myös akkumuloitua orgaanisena aineksena. Samanaikaisesti ruokohelpiviljelmiltä määritetään maan ylä- ja alapuoliset kasvibiomassat. Suometsien puubiomassat ja vuotuinen kasvu arvioidaan myös. Turvetuotannossa olevilta koealoilta, helpiviljelmiltä sekä suometsistä otetaan maanäytteitä ja helpiviljelmiltä sekä metsistä lisäksi juurinäytteitä radiohiilianalyyseihin. ”Two pool mixing model” –mallin avulla arvioidaan vanhan hiilen ja tuoreen (kasvillisuudesta peräisin olevan hiilen) osuudet turpeessa. Hiilen katoa turpeesta tutkitaan respiraatiomittauksin, ottaen samalla vapautuneesta hiilidioksidista näytteet 14C- analyyseihin (Hardie ym., 2005). Tämä mahdollistaa erotella vanhan hiilen ja juurten sekä juurieritteiden hajoamisesta tulevan tuoreen hiilen osuudet maaperästä vapautuvasta hiilidioksidista. Vertaamalla turvetuotantoalueiden kokonaisrespiraatiota kasvillisuuden (ruokohelpi, metsä) peittämien turvetuotannosta vapautuneiden alueiden maahengitys-komponenttiin ja soveltamalla isotooppitekniikoita, voidaan arvioida kasvillisuuden mahdolliset vaikutukset vanhan turpeen hiilivarannon muuttumiseen, CO2-päästöihin ja vesistökuormitukseen.

Typen mineralisaatio ja nitrifikaatio tutkitaan kaikilla koealueilla kenttämittauksin ns. buried bag –tekniikalla (kts. mineralisaatio- ja nitrifikaatiotutkimusten merkitys luvusta 4.2). Nitraatin määrät tutkitaan maaperästä ja maavedestä (lysimetrit).

Luvun 4.2.3 tutkimuksista vastaa Kuopion yliopiston Biogeokemian tutkimusryhmä.

4.3 Laboratoriotutkimukset

Typen huuhtoutuminen liittyy orgaanisen aineksen mineralisaatioon. Mitä voimakkaampi typen mineralisaatio on (ammoniumin tuotto) sitä voimakkaampi on myös nitraatin (nitrifikaatio) tuotto maaperässä. Mineralisaatio- ja nitrifikaationopeudet riippuvat mm. orgaanisen aineksen laadusta (erityisesti hiilen ja typen suhteesta) ja maaperän pH:sta. Nitraatin huuhtoumise riski kasvaa mineralisaatio- ja nitrifikaatioaktiivisuuksien kasvaessa. Hankkeessa onkin tarkoitus luokitella koealueet niiden mineralisaatio- ja nitrifikaatioaktiivisuuksien perusteella eri riskiluokkiin. Tämä luo pohjaa huuhtoumien tarkasteluun. Nitrifikaatio liittyy nitraatin ja myös kationien huuhtoutumiseen sillä nitraatin mukana huuhtoutuu aina myös kationeja. Nitrifikaation tuottama happamuus (vetyionit) voi lisätä myös raskasmetallien liukoisuutta ja huuhtoutumista. Nitrifikaatio luo myös perustan dityppioksidipäästöllle maaperästä. Dityppioksidi on tehokas kasvihuonekaasu. Laboratoriokokeissa tutkitaan maanäytteistä typen nettomineralisaatio- ja nettonitrifikaatioaktiivisuudet. Lisäksi määritetään bruttomineralisaatio- ja bruttonitrifikaatioaktiivisuudet, jotka kuvaavat todellisia prosessinopeuksia maaperässä. Nämä prosessit voidaan tutkia vain stabiili-isotooppitekniikoin (15N leimaus, isotooppisuhdemassaspektrometria) (Myrold & Tiedje, 1986). Työ tehdään Kuopion yliopiston Biogeokemian tutkimusryhmässä, jolla on käytössään isotooppisuhdemassaspektrometri.

. GTKsta Jukka Turunen ja esim Kimmon Virtanen voisivat täydentää turvetutkimusosiota

4.4 Sääolot

Koska sekä valunnat että kasvihuonekaasuvirrat riippuvat ajallisesti vallitsevista sääoloista, tullaan paikallissäätä (mm. lämpötila, sadanta, auringonsäteily) havainnoimaan sääasemien avulla. Sääaineisto toimii osaltaan myös oheismuuttujina mallinnukessa. (jos mahdollista rahallisesti voisiko eri mittapaikoille asentaa edulliset HOBO-sääasemat tai esim. sadamäärä/lämpötila/maankosteus-loggerit??Hinnasto löytyy netistä: http://www.perel.fi/pdf/mittalaitteet/Mittalaite_pdf/Hobo_dataloggerit_06.pdf

4.5 Ekosysteemimallinnus

Ekosysteemit koostuvat useista pienemmistä ekosysteemeistä, jotka kytkeytyvät toisiinsa energia- ja ainevirtojen kautta, joita säätelevät muun muassa biogeogeokemialliset vuorovaikutukset energian, veden, hiilen, typen, fosforin ja rikin välillä. Näiden vuorovaikutusten ja ainevirtojen selvittäminen turvemaiden maankäytön muuttuessa antaa tärkeää tietoa luonnollisten ja antropogeenisten prosessien vaikutuksesta valuma-alueen ja ekosysteemin tilaan.

Ekosysteemimallinnuksen tavoitteena on arvioida valuma-aluetasolla turvemaiden maankäytön muutoksien seurauksena syntyviä ainevirtoja sekä niiden kulkeutumista tuotanto- tai jälkikäyttöalueiden ulkopuolisiin, luonnontilaisiin alueisiin ja tuottaa tietoa riskinarviointiin. Hankkeessa mallinnetaan turvemaiden maankäytön muutosten vaikutusta ravinteiden (esimerkiksi fosfori ja typpi) huuhtoutumiseen ja vertaillaan tuotannon aikana ja jälkikäytön aikana (esimerkiksi metsitys, ruokohelpi) muodostuvaa kuormitusta. Tässä voidaan hyödyntää Vesiensuojeluyhdistysten keräämää velvoitetarkkailuaineistoa vedenlaadusta ja pinnankorkeuksista valituissa kohteissa. Hankkeessa tehtävistä kenttämittauksista saatavan aineiston pohjalta voidaan myös mallintaa turvemaiden eri maankäyttömuotojen (luonnontilainen, turvetuotannossa oleva, metsitetty ja ruokohelpituotannossa oleva suo) seurauksena syntyviä hiilen ja ravinteiden sekä elohopean ainevirtoja alapuolisiin vesistöihin ja hiilen ja muiden kasvihuonekaasujen vaihtoa turvemaiden ja ilmakehän välillä.

Turvemaiden maankäytön muutoksien biogeokemiallinen mallinnus edellyttää useiden mallinnusohjelmistojen käyttöä, kuten DNDC, MikeShe, INCA, PhreeqC/E. Näihin malleihin perustuvia menetelmiä kehitetään useissa ERAC verkoston hankkeissa. Yhdistelemällä eri mallinnusohjelmia voidaan mallintaa aineiden virtoja (N, P, C, Hg) ja kulkeutumisprosesseja turvemaan maankäytön muutoksissa sekä arvioida aineiden kulkeutumisreittejä ja pitoisuuksia eri osissa valuma-aluetta. DNDC on denitrifikaatio- ja hajotusprosesseihin perustuva simulaatiomalli, jolla voidaan mallintaa maaperän hiilen ja typen biogeokemiallisia reaktioita. Mallilla voidaan kuvata hiili- ja typpivirtojen dynamiikkaa tutkimusalueilla, jolloin saadaan lisätietoa ekosysteemin toiminnasta ja siinä esiintyvistä prosesseista. Näitä tietoja voidaan myöhemmin hyödyntää, kun ennustetaan maankäytön muutoksen vaikutuksia ekosysteemin toimintaan. MikeShe puolestaan on integroitu hydrologinen malli, joka koostuu useista mallinnusmoduleista, joiden avulla voidaan mallintaa pinta- ja pohjavesien sekä aineiden kulkeutumista. MikeSHE voidaan linkittää yhteen biogeokemiallisten mallien kuten DNDC tai geokemiallisten mallien kuten PhreeqC/E kanssa. Lisäksi MikeShe mallinnusperheeseen kuuluvaa EcoLab mallia voidaan käyttää yhdessä edellä mainittujen ohjelmistojen kanssa, jolloin voidaan ennustaa ainevirtojen ekologisia vaikutuksia, kuten rehevöitymistä valuma-aluetasolla. Elohopean kulkeutumista ja metylaatiota voidaan mallintaa esimerkiksi INCA-Hg mallilla ja tuottaa aineistoa elohopean akkumuloitumisesta terveysriskinarviointiin.

4.5 Riskinarviointi ja elinkaarianalyysi

Tulee vielä täydennystä Jounin kommenttien osalta Jyrin osuus LCAkuvauksesta jatkoksi

4.5.1 Menetelmäkehitys

Aikaisemmissa ERAC-hankkeissa on aloitettu tuottamaan ekologisen ja terveysriskinarvioinnin integroitua kokonaismallia Pyrkilö-menetelmällä. Menetelmää on testattu ekologisen riskinarvioinnin osalta ensimmäistä kertaa metallien riskinarviointi-projektissa. Menetelmä on havaittu lupaavaksi työkaluksi ekologisessa riskinarvioinnissa, mutta kehittelyä on syytä vielä jatkaa. Suomessa ekologinen riskinarviointi on perinteisesti keskittynyt haitallisten aineiden aiheuttamien riskien arviointiin, missä tarkastellaan haitta-aineen ekotoksisia vaikutuksia usean eliölajin yksilöihin, populaatioihin tai yhteisöihin. Maankäytön muutoksilla on puolestaan hyvin erityyppiset ekologiset riskit ja ne liittyvät usein ravinteiden ja hiilen muuttuneeseen kiertoon. Tämä vaatii aivan uudenlaista lähestymistapaa ekologiselta riskinarvioinnilta. Pääpaino onkin aineiden kierrossa ja rehevöitymisen ja ilmaston muutoksen aiheuttamissa ekologisissa muutoksissa. Turve- ja bioenergiatuotannon koko elinkaaren aikaiset terveysriskit liittyvät lähinnä pienhiukkasiin ja niistä KTL:lla on valmis malli maankäytön RA:n kokonaismallia varten.

Riskinarvioinnin rinnalla tarkastellaan aineiden kiertoa ja turve- ja bioenergiantuotantoa elinkaarinäkökulmasta. Turve- ja bioenergian elinkaaritarkastelu voi paljastaa koko ketjun terveys- tai ympäristöriskien suuruuden verrattuna johonkin vaihtoehtoiseen kokonaisratkaisuun, esimerkiksi hiilivoimaan.

4.5.2 Open risk assessment (ORA)

Hankkeen riskinarviointi tehdään avoimena Internetissä. Hankkeessa tuotetaan tietoa riskinarviota varten kenttämittauksin, mallintamalla ja kirjallisuudesta kokoamalla. Kukin hankkeeseen osallistuva tutkija/tutkimusryhmä osallistuu kokonaisriskinarvioinnin tekoon omalta osa-alueeltaan tuottamalla tietoa, prosessoimalla sen käyttökelpoiseen muotoon ja lisäämällä sen RA-menetelmän sisään. Tieto on kaikille avointa ja kukin asiasta tietävä tai siitä kiinnostunut voi seurata riskinarviointiprosessin etenemistä netissä, lisätä aiheeseen liittyvää tietoa ja kommentoida sitä halutessaan. Tällöin tulokseen johtaneet prosessit, mallit, keskustelut ja kritiikit ovat kaikkien nähtävillä. SYKE yhteistyössä KTLn kanssa toimii taustalla kokoamassa tuotettua tietoa ja vetää yhteen kootusta tiedosta RA:n ja LCA:n kokonaismallin.

4.5.3 Ekologinen RA

Turvetuotantoalueen maankäytön muutoksiin liittyy usein maan muokkaus (kyntäminen, lopun turpeen sekoittaminen kivennäismaahan viljelyä varten tai esim. ojien täyttäminen ennallistettaessa suota), lannoitus ja maan pH:n nosto kalkitsemalla. Näillä kaikilla toimenpiteillä on vaikutuksensa käsitellyn turvemaan vesistökuormitukseen ja kaasutaseisiin. Ekologisessa riskinarvioinnissa tarkastellaan eri maankäyttömuotojen vaikutuksia hiilen, typen ja fosforin kiertoon ja vertaillaan turvetuotannon ja jälkikäyttömuotojen aiheuttamaa kuormitusta ilmaan ja valuma-alueen vesistöihin. Lisäksi tutkitaan elohopean metyloitumista eri maankäyttömuodoissa.

Maankäytön muutoksista aiheutuvat mahdolliset ekologiset riskit: - Elohopean vapautuminen ja metyloituminen -> valuma-alueen vesistöihin -> eliöstöön kertyminen -> toksiset vaikutukset eliöstössä -> kertyminen nisäkkäisiin -> vaikutukset mm. lisääntyvyyteen -> mahdolliset riskit myös ihmiselle kalojen kautta - Ravinteiden vapautuminen ja lannoitus -> valuma-alueen vesistöjen rehevöityminen -> vaikutukset biodiversiteettiin - Muutokset hiilen kierrossa -> Kasvihuonekaasupäästöjen lisääntyminen joillain maankäyttömuodoilla (turpeen hajoaminen kiihtyy, kasvillisuus ei sido hiiltä tarpeeksi, maaperän CO2-päästöt kasvavat ja turpeen pitkäaikainen hiilivarasto vähenee) -> Muutokset maankäytössä (esim muokkaus) saattaa lisätä vesistöön päätyvän humuksen määrää -> pohjaeliöstön väheneminen, muutokset vesikasvillisuudessa - Biodiversiteetti ympäröivillä alueilla – maankäytön muutoksista johtuvien muutosten ennustaminen alueen lajistossa?

- 5 Aikataulu/ Hankkeen alussa kerätään turvemaiden eri maankäyttömuotojen ainevirroista olemassa oleva kirjallisuusaineisto jota tullaan vertaamaan hankkeessa saatuihin tuloksiin. - Turvemaiden riski- ja elinkaarianalyysi eri maankäyttömuodoille on koko hankkeen aikana käynnissä oleva prosessi. - Laboratorio ja kenttätutkimukset toteutetaan kahden ensimmäisen vuoden aikana. - Ekosysteemimallinnus toteutetaan toisen ja kolmannen vuoden aikana kun mallien lähtötiedoiksi tarvittava aineisto on saatu koottua kenttämittauksista ja kirjallisuudesta.

6 Projektin resurssointi ja yhteistyö /

Metsitetyillä alueilla ja ruokohelpiviljelmillä tehdään yhteistyötä Itä-Suomen yliopiston ilmaston ja bioenergian tutkimushankkeen kanssa (kts luku 4.1) Luonnontilaisen suon tutkimuksessa tehdään yhteistyötä saksalaisen tutkimusryhmän kanssa (Dr. Martin Wilmking, University of Greifswald). Ilmatieteen laitos (Dos. Hannele Hakola, tutkija Katriina Pyy) tekee koealueilla elohopean ilmavuomittauksia. Eri tutkimusryhmien yhteistyöllä saadaan laaja aineisto riskitarkastelun pohjaksi. Meneillään olevassa EU-projektissa EUROLIMPACS (Integrated Project to Evaluate the Impact of Global Change on European Freshwater Ecosystems) on tuotettu elohopean metyloitumista ja huuhtoutumista kuvaava malli (INCA-Hg), jonka avulla voidaan tarkastella mm. eri maankäyttömuotojen ja ilmaston muutoksen vaikutusta metyylielohopean huuhtoutumiseen. Mallia edellyttämät parametrit selvitetään koealueilla ja mallia tullaan käyttämään riskitarkastelun osana. Koealueiden kasvihuonekaasutaseet pyritään ennustamaan mallinnuksessa käyttäen hankkeessa kerättyä tausta-aineistoa (mm. säämuuttujat, kasvien tuotos sekä hiili- ja typpipitoisuudet, turpeen ominaisuudet, respiraatio) ja kolmella koealalla (turvetuotantoalue, ruokohelpiviljelmä, suometsä) in situ mitattuja kasvihuonekaasujen virtoja.

7 Projektin riskit/

8 Lähteet/

Alm, J., Shurpali, N. J., Minkkinen, K., Aro, L., Hytönen, J., Laurila, T., Lohila, A., Maljanen, M., Martikainen, P. J., Mäkiranta, P., Penttilä, T., Saarnio, S., Silvan, N., Tuittila, E.-S. & Laine, J. 2007. Emission factors and their uncertainty for the exchange of CO2, CH4 and N2O in Finnish managed peatlands. Boreal Env. Res. 12: 191–209.

Garcia, E. & Carignan, R. 2000. Mercury concentrations in northern pike (Esox lucius) from boreal lakes with logged, burned, or undisturbed catchments. Can. J. Fish. Aquat. Sci. 57: 129-135. Duchemin, E., Huttunen, J.T., Tremblay, A., Delmas, R. & Menezes, C.F.S. 2006. Appendix 3 – CH4 emissions from flooded land: Basis for future methodological development. In: Eggleston, H.S., Buendia, L., Miwa, K., Ngara, T. and Tanabe, K. (toim.) 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories. Volume 4. Agriculture, Forestry and Other Land Use. Published: IGES, Kanagawa, Japan. ss. Ap3.1-Ap3.8, ISBN 4-88788-032-4. Hardie, S.M.L., Garnett, M.H., Fallick, A.E., Rowland, A.P., & Ostle, N.J. 2005. Carbon dioxide capture using a zeolite molecular sieve sampling system for isotopic studies (13C and 14C) of respiration. Radiocarbon 47: 441-451.

Huttunen, J.T., Väisänen, T.S., Hellsten, S.K., Heikkinen, M., Nykänen, H., Jungner, H., Niskanen A., Virtanen M., Lindqvist, O.V., Nenonen, O.S. & Martikainen, P.J. 2001. Fluxes of CH4, CO2, and N2O in hydroelectric reservoirs Lokka and Porttipahta in the northern boreal zone in Finland. Global Biogeochem. Cycles 16: doi:10.1029/2000GB001316.

Kuzyakov, Y. 2002. Review: Factors affecting rhizosphere priming effects. J. Plant Nutr. Soil Sci. 165:382-396. Liikanen, A., Huttunen, J.T., Karjalainen, S.M., Heikkinen, K., Väisänen, T.S., Nykänen, H. & Martikainen, P.J. 2006. Temporal and seasonal changes in greenhouse gas emissions from a constructed wetland purifying peat mining runoff waters. Ecol. Engineer. 26: 241-251. Lohila, A.., Aurela, M., Tuovinen, J.P. & Laurila, T. 2004. Annual CO2 exchange of a peat field growing spring barley or prennial forage grass. J. Geophys. Res. 109 (D18), D18116.

Lohila, A., Laurila, T., Aro, L., Aurela, M., Tuovinen, J.-P., Laine, J., Kolari, P. & Minkkinen, K. 2007. Carbon dioxide exchange above a 30-year-old Scots pine plantation established on organic-soil cropland. Boreal Env. Res. 12: 141–157.

Maljanen, M., Martikainen, P.J., Walden, J. & Silvola, J. 2001. CO2 fluxes and carbon balance on an organic field growing barley or grass in eastern Finland. Global Change Biol. 7: 679–692.

Maljanen, M., Hytönen, J., Mäkiranta, P., Alm, J., Minkkinen, K., Laine, J. & Martikainen, P. J. 2007. Greenhouse gas emissions from cultivated and abandoned organic croplands in Finland. Boreal Env. Res. 12: 133–140.

Munthe, J. & Hultberg, H. 2003. Mercury and methylmercury in run-off from a forested catchment – concentrations, fluxes and their response to manipulations. Water, Air, Soil Pollut, Focus: ???

Myrold, D.D. & Tiedje, J.M. 1986. Simultaneous estimation of several nitrogen cycle rates using 15N: Theory and application. Soil Biol. Biochem. 18: 661-665.

Paloheimo, A. 2005. Hauen (Esox lucius L.) elophopeapitoisuuteen ja –pitoisuuden muutokseen vaikuttavat ympäristötekijät. Pro gradu-tutkielma. Helsingin yliopisto, Biotieteellinen tiedekunta, Bio- ja ympäristötieteiden laitos/limnologia. 2005, 74s.

Porvari, P. & Verta, M. 2003. Total- and methylmercury concentrations and fluxes from small boreal forest catchments in Finland. Environmental Pollution 123:181-191.

Porvari, P., Verta, M., Munthe, J. & Haapanen, M. 2003. Forestry practices increase mercury and methylmercury output from boreal forest catchments. Env. Sci. Technol. 37:2389-2393.

Yli-Petäys, M., Laine, J., Vasander, H. & Tuittila, E.-S. 2007. Carbon gas exchange of a re-vegetated cut-away peatland five decades after abandonment. Boreal Env. Res. 12: 177–190.