Search

Current knowledge on the seasonality of benthic nitrate reduction pathways in the aphotic, density stratified coastal zone of the Baltic Sea is largely based on data from muddy sediments, neglecting the potential contribution of sandy sediments. To gain a more comprehensive understanding of seasonality in this part of the Baltic Sea coast, we measured rates of benthic denitrification, anammox and dissimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA) monthly in the ice-free period of 2016 in both sandy and muddy aphotic sediments, northwestern Gulf of Finland. No anammox was observed. The seasonal cycle of denitrification in both sediment types was related to the hydrography-driven development of bottom water temperature. The seasonal cycle of DNRA was less clear and likely connected to a combination of bottom water temperature, carbon to nitrogen ratio, and substrate competition with denitrification. Denitrification and DNRA rates were 50-80 and 20% lower in the sandy than in the muddy sediment. The share of DNRA in total nitrate reduction, however, was higher in the sandy than in the muddy sediment, being (by similar to 50%) the highest DNRA share in sandy sediments so far measured. Our data add to the small pool of published studies showing significant DNRA in both cold and/or sandy sediments and suggest that DNRA is currently underestimated in the Baltic coastal nitrogen filter. Our results furthermore emphasize that the various environmental conditions of a coastal habitat (light regime, hydrography, and geomorphology) affect biogeochemical element cycling and thus need to be considered in data interpretation.

Background In contrast to earlier assumptions, there is now mounting evidence for the role of tundra soils as important sources of the greenhouse gas nitrous oxide (N2O). However, the microorganisms involved in the cycling of N2O in this system remain largely uncharacterized. Since tundra soils are variable sources and sinks of N2O, we aimed at investigating differences in community structure across different soil ecosystems in the tundra. Results We analysed 1.4 Tb of metagenomic data from soils in northern Finland covering a range of ecosystems from dry upland soils to water-logged fens and obtained 796 manually binned and curated metagenome-assembled genomes (MAGs). We then searched for MAGs harbouring genes involved in denitrification, an important process driving N2O emissions. Communities of potential denitrifiers were dominated by microorganisms with truncated denitrification pathways (i.e., lacking one or more denitrification genes) and differed across soil ecosystems. Upland soils showed a strong N2O sink potential and were dominated by members of the Alphaproteobacteria such as Bradyrhizobium and Reyranella. Fens, which had in general net-zero N2O fluxes, had a high abundance of poorly characterized taxa affiliated with the Chloroflexota lineage Ellin6529 and the Acidobacteriota subdivision Gp23. Conclusions By coupling an in-depth characterization of microbial communities with in situ measurements of N2O fluxes, our results suggest that the observed spatial patterns of N2O fluxes in the tundra are related to differences in the composition of denitrifier communities.

Optimal nutrient pollution monitoring and management in catchments requires an in-depth understanding of spatial and temporal factors controlling nutrient dynamics. Such an understanding can potentially be obtained by analysing stream concentration&ndash, discharge (C-Q) relationships for hysteresis behaviours and export regimes. Here, a classification scheme including nine different C-Q types was applied to a total of 87 Nordic streams draining mini-catchments (0.1&ndash, 65 km2). The classification applied is based on a combination of stream export behaviour (dilution, constant, enrichment) and hysteresis rotational pattern (clock-wise, no rotation, anti-clockwise). The scheme has been applied to an 8-year data series (2010&ndash, 2017) from small streams in Denmark, Sweden, and Finland on daily discharge and discrete nutrient concentrations, including nitrate (NO3&minus, ), total organic N (TON), dissolved reactive phosphorus (DRP), and particulate phosphorus (PP). The dominant nutrient export regimes were enrichment for NO3&minus, and constant for TON, DRP, and PP. Nutrient hysteresis patterns were primarily clockwise or no hysteresis. Similarities in types of C-Q relationships were investigated using Principal Component Analysis (PCA) considering effects of catchment size, land use, climate, and dominant soil type. The PCA analysis revealed that land use and air temperature were the dominant factors controlling nutrient C-Q types. Therefore, the nutrient export behaviour in streams draining Nordic mini-catchments seems to be dominantly controlled by their land use characteristics and, to a lesser extent, their climate.

Popularity of recirculating aquaculture systems (RAS) is increasing. Because of the high water recirculation rate, dissolved nutrients originating from fish feed are concentrated enough in RAS wastewater (WW) to enable growth of primary producers, e.g. microalgae. This study evaluated nitrate-nitrogen (NO3-N) and phosphate-phosphorus (PO4-P) removal efficiency of ten temperate zone freshwater microalgae species during their exponential growth phase in unfiltered RAS WW at 17 ± 0.5 °C. Growth and nutrient uptake efficiency of six green and four non-green microalgae strains were compared between WW and reference growth medium in batch monocultures. The effect of three different LED grow light spectra on growth and nutrient uptake efficiency were compared for four green microalgae in WW. The specific growth rate (SGR, 0.5-0.8 d−1) and removal of NO3-N (N%, 57–96%) and PO4-P (P%, 78–94%) of green microalgae in WW in 4 days were comparable to the results obtained in the reference medium (SGR, 0.6-0.9 d−1, N%, 59–99%; P%, 86–99%). In contrast, non-green microalgae had negligible growth (SGR, from -0.1 to 0.2 d−1) and poor nutrient removal (N%, 1–29%; P%, 0–34%) in both growth media after 9 days. The three LED spectra did not differ on their effect on growth and nutrient removal of three green microalgae in WW after 4 days, while the fourth tested species, Haematoccocus pluvialis, had its highest nutrient removal after 8 days under a specific LED spectrum. Current results show that RAS WW supports well green microalgae growth in batch cultures in temperatures common in Nordic RAS and that continuous spectrum LED grow lights can induce high removal of dissolved nutrients. Our findings lend support to the concept of using temperate zone microalgae for nutrient removal and recycling from RAS WW. peerReviewed

Climate change may alter the services ecosystems provide by changing ecosystem functioning. As ecosystems can also resist environmental perturbations, it is crucial to consider the different processes that influence resilience. Our case study considered increased NO3− concentration in drinking water due to the climate change. We analyzed changes in ecosystem services connected to water purification at a catchment scale in southern Finland. We combined climate change scenarios with process-based forest growth (PREBAS) and eco-hydrological (PERSiST and INCA) models. We improved traditional model calibration by timing of forest phenology and snow-covered period from network of cameras and satellite data. We upscaled the combined modelling results with scenarios of population growth to form vulnerability maps. The boreal ecosystems seemed to be strongly buffered against NO3- leaching by increase in evapotranspiration and vegetation NO3- uptake. Societal vulnerability varied greatly between scenarios and municipalities. The most vulnerable were agricultural areas on permeable soil types.

Dissolved organic nitrogen (DON) represents a significant reservoir of potentially plant available nitrogen (N) in saltmarsh ecosystems and wastewater treatment streams. Here we investigated the capacity of two halophytic plants used in wastewater remediation, Salicornia europaea and Aster tripolium, to access soluble organic forms of N when grown in water or soil-based culture. Incubation experiments with 15N13C- and 14C-labelled alanine and trialanine, 15NH4+ and 15NO3− indicated that both S. europaea and A. tripolium can take up and assimilate amino acids (alanine) and oligopeptides (trialanine), in addition to NH4+ and NO3−. In hydroponic solutions the uptake of alanine-N and trialanine-N was comparable to that of NO3−, but lower than NH4+. Comparison of the 13C and 15N ratios in the plant tissues suggested that at least 70% of the alanine and trialanine was taken up intact from solution. Plant capture of exogenously applied N by the soil-grown plants was much lower than in the hydroponically-grown plants. We ascribe this reduced rate of plant N uptake to increased microbial competition for DON, lower rates of N delivery to the root surface (from reduced mass flow and diffusion) and sorption of N solutes to the solid matrix. 14C-labelled amino acid and peptides indicated rapid assimilation of the DON once taken up by the plants. Our results strongly suggest that hydroponically grown S. europaea and A. tripolium are capable of taking up DON at high rates showing that it is highly pertinent to consider DON removal in the phytoremediation of wastewater. In addition, this is the first indication of direct peptide uptake by halophytic plants. We conclude that halophytes have evolved the capacity to take up a wide range of N compounds to satisfy their N demand when growing in N-limiting saltmarsh environments and that this intrinsic potential can be harnessed for wastewater treatment.

Suomessa EU:n direktiivi vesien suojelemisesta maataloudesta peräisin olevien nitraattien aiheuttamalta pilaantumiselta, eli nitraattidirektiivi, pantiin täytäntöön ympäristönsuojelulain nojalla annetulla valtioneuvoston nitraattiasetuksella vuonna 2000. Nitraattiasetus korvattiin uudella asetuksella vuonna 2014. Asetus sisältää nitraattidirektiivin 5 artiklan tarkoittaman toimintaohjelman, jota sovelletaan koko valtakunnan alueella. Se sisältää myös direktiivin edellyttämät hyvän maatalouskäytännön ohjeet. Raportissa esitetään nitraattiasetukseen, eli hyviin maatalouskäytännön ohjeisiin ja toimintaohjelmaan tehdyt muutokset, sekä arvioidaan toimintaohjelman täytäntöönpanoa ja sen vaikutuksia maatalouskäytäntöihin. Vaikutusten arviointia on aiemmin tehty ympäristötuen vaikuttavuuden seurantatutkimuksesta (MYTVAS) saatujen tietojen pohjalta, mutta seurannan päätyttyä vastaavia tietoja ei tällä raportointikerralla ollut käytettävissä. Yleisesti ottaen Suomen pintavesien nitraattipitoisuudet ovat matalalla tasolla muihin Euroopan maihin verrattuna. Seurantajaksolla 2012–2015 pitoisuudet nousivat yhdeksässä Etelä-Suomen maatalousvaltaisten alueiden joessa vain ajoittain lähelle tai yli direktiivin asettaman raja-arvon, eli 25 mg/l nitraattia. Vuodesta 1996 lähtien pintavesien nitraattipitoisuudet ovat pysyneet pääosin vakaina ‒ talvikautena 63 %:ssa ja vuositasolla 83 %:ssa kohteista. Voimakkaita nousevia trendejä ei havaittu, mutta sen sijaan Porvoonjoella talviaikaiset nitraattipitoisuudet ovat laskeneet voimakkaasti, johtuen osittain tehostuneesta yhdyskuntien typenpoistosta. Lieviä trendejä havaittiin talvikautena sekä nousevina (19 %) että laskevina (15 %). Rehevyystaso on noussut rannikkovesissä ja jokivesistöissä, mutta laskenut järvissä. Verrattaessa kahta viimeistä jaksoa (2008–2011 ja 2012–2015), havaittiin lievästi kasvavia nitraattipitoisuuden trendejä 23 jokivesistössä, 13 rannikkokohteessa ja 5 järvessä. Laskevia trendejä havaittiin vain neljässä joessa. Suomen seurannassa olevien pohjavesien nitraattipitoisuudet ovat yleisesti alhaisia verrattuna muun Euroopan pohjavesimuodostumiin, mutta suuriakin pitoisuuksia esiintyi. Pohjavesien kahta viimeistä seurantajaksoa (2008–2011 ja 2012–2015) voitiin verrata huomattavasti kattavammalla aineistolla (146 kohdetta) kuin aikaisemmin vuodesta 1996 alkavalla jaksolla (20 kohdetta). Pohjavesille asetettu raja-arvo, 50 mg/l nitraattia, ylittyi jaksolla 2012–2015 neljällä maa- ja metsätalouden kuormittamalla alueella. Pitoisuudet olivat valtaosin alle 25 mg/l. Edelliseen seurantajaksoon verrattuna nähtiin enemmän laskevia kuin nousevia trendejä, mutta myös voimakkaasti nousevia trendejä havaittiin. Typpipitoisuuksien nousuun tai laskuun vaikuttavat maankäytön muutosten lisäksi myös hydrologiset olot, mikä vaikeutti arvioita siitä, missä määrin maataloudessa tapahtuneet muutokset ovat vaikuttaneet pinta- ja pohjavesin tilaan. Ilmastomuutoksen arvioidaan lisäävän typen huuhtoumia enemmän Pohjois-Suomessa kuin Etelä-Suomessa. Tämä raportti on nitraattidirektiivin 91/676/ETY 10 artiklan mukainen ja käsittelee nitraattidirektiivin täytäntöönpanoa Manner-Suomessa vuosina 2012–2015. Ahvenanmaan maakuntahallitus on tehnyt vastaavan raportin nitraattidirektiivin täytäntöönpanosta Ahvenanmaalla.

Tämä opas käsittelee nitraatilla pilaantuneen pohjaveden biologista kunnostamista ja oppaan kohderyhminä ovat toiminnanharjoittajat, ympäristöalan konsultit ja viranomaiset. Opas sisältää lyhyen katsauksen lainsäädäntöön ja toiminnanharjoittajan velvollisuuksiin maaperän ja pohjaveden pilaantumiskysymyksissä. Oppaassa käsitellään lisäksi pohjaveden pilaantumiseen turkistarha-alueilla liittyviä erityiskysymyksiä ja tarjotaan sekä teoreettista että kokemusperäistä tietoa nitraatilla pilaantuneen pohjaveden biologisesta kunnostuksesta.Opas ja sen kunnostuksen suorittamiseen liittyvät osiot perustuvat NITROS-tutkimuksesta kerättyihin aineistoihin ja Suomen olosuhteissa muita vastaavia kunnostuksia ei ole tiettävästi aiemmin julkaistu. Kunnostusmenetelmän perusperiaatteet sen sijaan ovat yleisesti hyväksyttyjä ja myös kansainvälisessä kirjallisuudessa tunnettuja. Oppaan sisältö on sovellettavissa muissa vastaavissa kohteissa Suomessa unohtamatta kunkin kohteen ja pohjavesialueen ominaispiirteitä, jotka tulee aina erikseen ottaa huomioon sovellettaessa mitä tahansa pohjaveden kunnostusmenetelmää.

Denna handbok redogör för biologisk sanering av grundvatten som förorenats med nitrat och bokens malgrupper ar verksamhetsutovare, konsulter i miljobranschen och myndigheterna. Handboken innehåller en kort översikt av lagstiftningen och verksamhetsutövarens skyldigheter i frågor som gäller förorening av mark och grundvatten. Därtill behandlas de specialfrågor som gäller förorening av grundvattnet på pälsfarmområden och både teoretisk och på erfarenhet baserad kunskap om biologisk sanering av grundvatten som förorenats med nitrat presenteras. Handboken och de avsnitt som beskriver hur en sanering utfors baserar sig pa material som erhallits i NITROS-undersökningen. Resultat fran motsvarande saneringar har inte tidigare publicerats i Finland. Saneringsmetodens grundprinciper är däremot allmänt accepterade och är även kända i internationell litteratur. Handbokens innehåll går att tillämpa på motsvarande objekt i Finland utan att förbiga varje objekts och grundvattenomrades särdrag, som alltid ska särskilt tas i beaktande oberoende vilken saneringsmetod för grundvattnet som tillämpas.

NITROS-tutkimushankkeessa (Nitraatin poisto turkistarha-alueiden maaperästä ja pohjavedestä) kehitettiin turkistarha-alueilla nitraatilla pilaantuneen pohjaveden kunnostamiseksi menetelmä, joka perustuu maaperässä luontaisesti esiintyviin bakteereihin, jotka käyttävät hengittämiseen nitraattia. Menetelmän avulla nitraattia pelkistävien bakteerien toiminta kiihtyy ja nitraatti muutetaan välivaiheiden kautta haitattomaan muotoon typpikaasuksi. Tämä julkaisu on yhteenveto NITROS-hankkeesta ja erityisesti sen maastokoevaiheesta Uusikaarlepyyssä sijaitsevalla turkistarhalla. Kolmivuotiset maastotutkimukset suoritettiin käytöstä poistetulla pienellä turkistarhalla Uudessakaarlepyyssä. Maastokokeissa maaperään syötettiin tullin takavarikoimaa etanolia, jota pohjavedessä luontaisesti elävät bakteerit alkoivat käyttää aineenvaihdunnassaan. Tässä prosessissa nitraatti ja nitriitti muuttuivat kaasumaiseksi typeksi, jolloin koekohteen pohjaveden nitraattipitoisuus laski noin 95 % käsittelyn seurauksena ja käsitellyn pohjaveden nitraattipitoisuus alitti juomaveden laatuvaatimuksen (50 mg/l). Tässä raportissa käydään läpi maastotutkimukset, etanolin imeytysputkiston asennus ja kunnostustoimenpiteiden vaikutusten seuranta. Tuloksia voidaan soveltaa vähintään noin 30 tärkeillä pohjavesialueilla sijaitsevilla turkistarhoilla, joilla Länsi- ja Sisä-Suomen aluehallintovirasto on arvioinut pohjaveden pilaantumisriskin suurimmaksi. Etanolin imeyttäminen maaperän kautta pohjaveteen on teknisesti toimiva, helppokäyttöinen ja edullinen ratkaisu. NITROS-kenttäkokeet osoittavat, että pohjaveden nitraattiongelmia on mahdollista ratkaista luontaista bakteeritoimintaa tehostamalla. Tehostetun luontaisen denitrifikaation hyödyntäminen nitraatilla pilaantuneen pohjaveden kunnostuksessa edellyttää pohjaveden virtausolosuhteiden hyvää tuntemusta sekä riittävää pohjaveden laadun havaintoverkostoa kohteessa.

The present work provides a regional-scale assessment of the changes in acidifying deposition in Finland over the past 30 years and the current pattern in the recovery of acid-sensitive lakes from acidification in relation to changes in sulphate deposition. This information is needed for documenting the ecosystem benefits of costly emission reduction policies and further actions in air pollution policy. The development of sulphate deposition in Finland reflects that of European SO2 emissions. Before the 1990s, reductions in sulphur emissions in Europe had been relatively small and sulphate deposition showed no consistent trends. Due to emission reduction measures that were then taken, sulphate deposition started to clearly decline from the late 1980s. The bulk deposition of sulphate has declined 40-60% in most parts of the country during 1990-2003. The decline in sulphate deposition exceeded the decline of base cation deposition, which resulted in a decrease in acidity and acidifying potential of deposition over the 1990s. Nitrogen deposition also decreased since the late 1980s, but less than that of sulphate, and levelling off during the 1990s. Sulphate concentrations in all types of small lakes throughout Finland have declined from the early 1990s. The relative decrease in lake sulphate concentrations (average 40-50%) during 1990-2003 was rather similar to the decline in sulphate deposition, indicating a direct response to the reduction in deposition. There are presently no indications of elevated nitrate concentrations in forested headwater lakes. Base cation concentrations are still declining in many lakes, especially in south Finland, but to a lesser extent than sulphate allowing buffering capacity (alkalinity) to increase, being significant in 60% of the study lakes. Chemical recovery is resulting in biological recovery with populations of acid-sensitive fish species increasing. The recovery has been strongest in lakes in which sulphate has been the major acidifying agent, and recovery has been the strongest and most consistent in lakes in south Finland. The recovery of lakes in central Finland and north Finland is not as widespread and strong as observed in south. Many catchments, particularly in central Finland, have a high proportion of peatlands and therefore high TOC concentrations in lakes, and runoff-induced surges of organic acids have been an important confounding factor suppressing the recovery of pH and alkalinity in these lakes. Chemical recovery is progressing even in the most acidified lakes, but the buffering capacity of many lakes is still low and still sensitive to acidic input. Further reduction in sulphur emissions are needed for the alkalinity to increase in the acidified lakes. Increasing total organic carbon (TOC) concentrations are indicated in small forest lakes in Finland. The trends appear to be related to decreasing sulphate deposition and improved acid-base status of the soil, and the rise in TOC is integral to recovery from acidification. A new challenge is climate change with potential trends in temperature, precipitation and runoff, which are expected to affect future chemical and biological recovery from acidification. The potential impact on the mobilization and leaching of organic acids may become particularly important in Finnish conditions. Long-term environmental monitoring has evidently shown the success of international emission abatement strategies. The importance and value of integrated monitoring approach including physical, chemical and biological variables is clearly indicated, and continuous environmental monitoring is needed as a scientific basis for further actions in air pollution policy. Tässä työssä esitetään rikki- ja typpilaskeuman kehitys Suomessa viimeisen 30 vuoden ajalta, ja arvioidaan happamoituneiden metsäjärvien kemiallista ja biologista toipumiskehitystä suhteessa laskeuman kemian muutoksiin. Työssä arvioidaan myös orgaanisen hiilen (TOC) pitoisuuksien pitkäaikaismuutoksia Suomen järvissä ja pitoisuuksien mahdollisen kasvutrendin yhteyttä vähentyneeseen sulfaattilaskeumaan. Kansainvälisten päästövähennystoimenpiteiden ansiosta rikkipäästöjen määrää Euroopassa on pystytty tehokkaasti vähentämään 1980-luvun puolivälin jälkeen. Rikkilaskeuma Suomessa taittui selvään laskuun 1980-luvun lopulla, ja on siitä vähentynyt koko maassa noin 40-60%. Typpilaskeuma on myös vähentynyt, mutta vähennys on ollut pienempi kuin rikillä. Rikin ja typen laskeumat ovat alentuneet voimakkaimmin Etelä-Suomessa, missä laskeumakuormitus Suomen omista päästöistä ja muualta Euroopasta tulleesta kaukokulkeumasta on ollut korkein ja siten myös päästövähennysten vaikutukset ovat olleet suurimmat. Pitkäaikainen veden laadun seuranta osoittaa järvien toipuvan rikkilaskeuman aiheuttamasta happamoitumisesta. Sulfaattipitoisuudet ovat alentuneet pienissä metsäjärvissä koko maan alueella 1990-luvun alusta lähtien osoittaen päästörajoitusten alkaneen vaikuttaa Suomessa varsin nopeasti. Järvien sulfaattipitoisuudet ovat pienentyneet vuodesta 1990 40-50% eli suhteellisesti saman suuruisesti kuin laskeumassa. Rikkilaskeuman pienentymisen myötä yli puolella tutkituista 157 järvestä puskurikyky happamoitumista vastaan on tilastollisesti merkitsevästi kasvussa. Tällä hetkellä ei ole merkkejä kohonneista laskeumaperäisistä nitraattipitoisuuksista metsäalueiden latvajärvissä. Järvien toipuminen happamoitumisesta on ollut voimakkainta Etelä-Suomessa, missä rikkilaskeuma on ollut suurin ja sen vähentyminen on ollut voimakkainta. Myös muualla maassa voimakkaimmin toipuvat järvet ovat kirkasvetisiä rikkilaskeuman happamoittavia järviä. Luontaisesti happamissa humusjärvissä rikkilaskeuma on lisännyt happamuutta. Nämä järvet toipuvat heikommin, sillä orgaanisten happojen huuhtoumat ovat vaimentaneet puskurikyvyn kasvua. Vesikemiallinen toipuminen Suomen järvissä edistyy hyvin, mutta monet järvet kärsivät edelleen happamista olosuhteista ja alhaisesta puskurikyvystä, ja toipuminen voi kestää vuosikymmeniä. Vesikemiallisen toipumiskehityksen myötä myös kalaston biologinen toipuminen edistyy. Puskurikyvyn kasvu ja eliöille myrkyllisen alumiinin pitoisuuden lasku ovat johtaneet ahvenkantojen elpymiseen 1990-luvun aikana ja menestymiseen aiemmin hyvin happamoituneissa mutta nyt vesikemiallisesti toipuvissa järvissä. Happamoitumiselle herkemmän särjen toipuminen on ollut heikompaa, ja toipumista on hidastanut särjelle yhä kriittiset vesikemialliset olosuhteet. Laajoilla alueilla Eurooppaa ja Pohjois-Amerikkaa happamoitumisherkissä pintavesissä havaittu orgaanisen hiilen pitoisuuksien kasvu havaittiin tässä tutkimuksessa myös Suomessa. Vähentynyt rikkilaskeuma ja maaperän toipuminen happamoitumisesta ovat lisänneet orgaanisen hiilen liukoisuutta maaperässä ja huuhtoutumista vesistöihin. Ilmastonmuutos aiheuttaa muutoksia sadantaan, valuntaan ja lämpötilaan. Tällä voi olla vaikutuksia järvien vesikemiaan ja siten myös vesistöjen toipumiseen happamoitumisesta. Mahdollisesti lisääntyvä orgaanisen aineksen huuhtouma johtaa orgaanisen happamuuden kasvuun vesistöissä, minkä on arvioitu olevan tulevaisuudessa yksi tärkeimmistä ilmastonmuutoksen aiheuttamista vaikutuksista pintavesien toipumiskehitykseen happamoitumisesta. Kansainvälinen ilmansuojelupolitiikka on vaikuttanut merkittävästi ympäristön toipumiseen happamoitumisesta. Happamoitumisongelma ei ole vielä kokonaan ratkaistu, ja ympäristön tilan seurantaa on jatkettava edelleen. Ilmastonmuutos tulee asettamaan tutkimukselle ja seurannalle lisävaatimuksia, sillä monet sen aiheuttamista prosesseista ja ekosysteemivasteista ovat monimutkaisia.

Article dissertation. Contains an introduction and five articles. This study was made of factors affecting the transition paths between ammonium nitrate solid state phases IV, III and II. The effect of the sample preparation method was investigated by differential scanning calorimetry (DSC), transition mechanisms were explored with simultaneous DSC and Raman spectrometry developed for in situ investigation of the transitions, and the relationship between phase IV structure and the transition paths was studies by X-ray powder diffraction (XRD) and DSC. The results were analysed by partial least-squares regression (PLS) and principal component analysis (PCA). [Continues; please see the book]

The increasing use of silver nanoparticles (AgNPs) in industry and consumer products results in the increasing environmental concentrations of AgNPs. In the aquatic environment, sediment is the major sink for the AgNPs. The behaviour and toxicity of AgNPs in sediments is largely unknown, and therefore the potential risk to the benthic ecosystems is difficult to predict. The aim of this thesis was to study the toxicity and uptake of uncoated AgNPs (uc-AgNPs) and polyvinylpyrrolidone-coated AgNPs (PVP-AgNPs) to Lumbriculus variegatus in sediment exposures. Also, the association of AgNP-originated dissolved Ag with sediment components was studied using a sequential extraction method. Studies were conducted in natural and artificial sediments using silver nitrate (AgNO3) as a positive control for the toxicity and behaviour of silver ions (Ag+). The toxicity of AgNPs was lower than toxicity of AgNO3 in all the tested sediments. The properties of both the sediment and AgNPs were found to influence the environmental behaviour of AgNPs. The PVP-coating on AgNPs increased the bioaccumulation of Ag in alkaline artificial and natural sediments, whereas the bioaccumulation of uc-AgNPs was low. The toxicity of uc-AgNPs and PVP-AgNPs was comparably enhanced in acidic artificial sediment. Firstly, the dissolution of AgNPs was increased by low pH and secondly, the toxicity of Ag+ was further enhanced in acidic sediment. AgNP-originated dissolved Ag was observed to associate strongly with the sediment components, and only a small proportion of Ag was bioaccessible. The bioaccessibility differed among the sediments and was higher with PVP-AgNPs than uc-AgNPs. The toxicity of AgNPs seemed to be a function of Ag+ and no nano-specific toxicity was observed. According to our findings, the acute toxicity of AgNPs to L. varigatus is not expected to be higher than the toxicity of AgNO3.