Increases in organic carbon and nitrogen concentrations in boreal forested catchments — Changes driven by climate and deposition

Highlights • Brownification is an increasing threat to aquatic ecosystems. • Reasons behind changes in C and N concentrations in forested streams were studied. • TOC and TON concentrations increased significantly in 7–10 of 12 forested catchments in 30 yrs. • Air temperature and sulphate concentrations explained 83% of the TOC variation. • TON trends were connected to TOC and linked to climatic factors and drainage-%.Brownification, caused by increasing dissolved organic carbon (DOC) concentrations is a threat to aquatic ecosystems over large areas in Europe. The increasing concentrations of DOC in northern boreal streams and lakes have attracted considerable attention with proposed important drivers such as climate, deposition and land-use, and complex interactions between them. Changes in total organic N (TON) concentrations have received less attention, even though carbon and nitrogen losses are highly related to each other. We used long-term (1990–2019) monitoring records of 12 small data-rich headwater forested catchments in a large gradient of climate and deposition. We found that total organic carbon (TOC) concentrations were significantly increasing in almost all study catchments. The mean air temperature and change in sulphate concentrations had a strong, significant correlation to TOC change-%. Both explained, alone, more than 65% of the change in TOC concentrations, and, together, up to 83% of the variation. Sulphur deposition has already decreased to low levels, our results indicate that its importance as a driver of TOC leaching has decreased but is still clearly detected, while the impact of climate warming as a driver of TOC leaching will be even more pronounced in the future. A positive correlation was found between drainage-% and increases in TON, suggesting also importance of land management. TON trends were tightly connected to changes in TOC, but not directly linked to decreasing S deposition

Combined use of satellite image analysis, land-use statistics, and land-use-specific export coefficients to predict nutrients in drained peatland catchment

Highlights • Nutrient and SS estimations were predicted by comparing different approaches. • Peatland drainage strongly affected TN, TP, and SS loads and concentrations. • Uncertainty in estimates captured 29–90% of measured TN, TP, and SS values. • The uncertainty in export coefficients decreased with catchment size.Maintaining and improving surface water quality requires knowledge of nutrient and sediment loads due to past and future land-use practices, but historical data on land cover and its changes are often lacking. In this study, we tested whether land-use-specific export coefficients can be used together with satellite images (Landsat) and/or regional land-use statistics to estimate riverine nutrient loads and concentrations of total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), and suspended solids (SS). The study area, Simojoki (3160 km2) in northern Finland, has been intensively drained for peatland forestry since the 1960s. We used different approaches at multiple sub-catchment scales to simulate TN, TP, and SS export in the Simojoki catchment. The uncertainty in estimates based on specific export coefficients was quantified based on historical land-use changes (derived from Landsat data), and an uncertainty boundary was established for each land-use. The uncertainty boundary captured at least 60% of measured values of TN, TP, and SS loads or concentrations. However, the uncertainty in estimates compared with measured values ranged from 7% to 20% for TN, 0% to 18% for TP, and 13% to 43% for SS for different catchments. Some discrepancy between predicted and measured loads and concentrations was expected, as the method did not account for inter-annual variability in hydrological conditions or river processes. However, combining historical land-use change estimates with simple export coefficients can be a practical approach for evaluating the influence on water quality of historical land-use changes such as peatland drainage for forest establishment

Controls on inorganic nitrogen leaching from Finnish catchments assessed using a sensitivity and uncertainty analysis of the INCA -N model

The semi-distributed, dynamic INCA-N model was used to simulate the behaviour of dissolved inorganic nitrogen (DIN) in two Finnish research catchments. Parameter sensitivity and model structural uncertainty were analysed using generalized sensitivity analysis. The Mustajoki catchment is a forested upstream catchment, while the Savijoki catchment represents intensively cultivated lowlands. In general, there were more influential parameters in Savijoki than Mustajoki. Model results were sensitive to N-transformation rates, vegetation dynamics, and soil and river hydrology. Values of the sensitive parameters were based on long-term measurements covering both warm and cold years. The highest measured DIN concentrations fell between minimum and maximum values estimated during the uncertainty analysis. The lowest measured concentrations fell outside these bounds, suggesting that some retention processes may be missing from the current model structure. The lowest concentrations occurred mainly during low flow periods; so effects on total loads were small

Laatukäsikirja jatkuvatoimisille vedenlaadun mittauksille - Opas hyviksi käytännöiksi

Laatukäsikirjan kirjoittaminen jatkuvatoimisille vedenlaadunmittauksille lähti tarpeesta saada yhdenmukaisempia käytäntöjä ja toimintamalleja koko ajan lisääntyvälle mittaustoiminnalle. Laatukäsikirjassa keskitytään jatkuvatoimisten mittausten laatuun vaikuttaviin yleisiin asioihin, jotta esitettävät toimenpiteet sopisivat useimmille vedenlaatua mittaaville laitteille ja olisivat käytettävissä eri vesiympäristöissä. Ohjeistusta ei ole kuitenkaan tarkoitettu ns. kenttämittareille, joita käytetään hetkellisten mittausten tekemiseen, ja joita ei jätetä maastoon pidemmäksi aikaa mittaamaan. Kirjassa käsitellään ensin yleisesti kaikkia vesiympäristöjä koskevia asioita, jonka jälkeen virtavesiä, järviä ja merialuetta koskevia asioita käsitellään erikseen, mikäli toimet poikkeavat eri ympäristöissä. Virtavesiä koskevia ohjeita voidaan soveltaa eri kokoisissa uomissa tehtäviin mittauksiin. Laatukäsikirja jatkuvatoimisille vedenlaadun mittauksille on tarkoitettu: - jatkuvatoimisia mittauksia suunnitteleville, toteuttaville ja niistä vastaaville henkilöille - laitetoimittajille, konsulteille - mittaustulosten käyttäjille Laatukäsikirjalla pyritään parantamaan ja yhtenäistämään mittausten laatua mittaustoiminnan kaikissa vaiheissa. Laadunvarmistus käsittää toimivan ketjun vesiympäristöön sopivan laitteen valinnasta, validoinnista, asennuksesta, huollosta, kalibroinnista, laadukkaista laboratorioanalyyseistä sekä ammattitaitoisesta mittausaineistojen laadunvarmistuksesta. Huolellinen toiminta ketjun kaikissa vaiheissa takaa mittausten onnistumisen ja aineistojen korkean laadun, mikä lisää olennaisesti myös aineistojen hyödyntämismahdollisuuksia. Laatukäsikirja on toteutettu ”Jatkuvatoimisten vedenlaatuasemien valtakunnallisen verkoston toteuttamissuunnitelma - JatkuvaLaatu” -hankkeessa vuonna 2018. Hankkeen toteutuksesta vastasi Suomen ympäristökeskus (SYKE) yhdessä Varsinais- Suomen ELY-keskuksen kanssa. Hanketta rahoitti ympäristöministeriö

Catchment effects of a future Nordic bioeconomy : From land use to water resources

In the future, the world is expected to rely increasingly on renewable biomass resources for food, fodder, fibre and fuel. The sustainability of this transition to bioeconomy for our water systems depends to a large extent on how we manage our land resources. Changes in land use together with climate change will affect water quantity and quality, which again will have implications for the ecosystem services provided by water resources. These are the main topics of this Ambio special issue on “Environmental effects of a green bio-economy”. This paper offers a summary of the eleven papers included in this issue and, at the same time, outlines an approach to quantify and mitigate the impacts of bioeconomy on water resources and their ecosystem services, with indications of useful tools and knowledge needs

Uudet menetelmät ympäristöntutkimuksessa ja seurannassa – pilottina Säkylän Pyhäjärvi

Vesistöalueiden ja vesivarojen hoidon ja suojelun tutkimuksessa tulevat jatkossa vieläkin enemmän korostumaan kokonaisvaltaiset ratkaisut, joilla etsitään kestäviä ja taloudellisia ratkaisuja vesiensuojeluongelmiin. Ilmastonmuutoksen myötä lisääntyvät leudot talvet aiheuttavat haasteita sekä hajakuormituksen vähentämistavoitteille että ympäristön seurannalle. Ympäristöntutkimuksessa ja -seurannassa tarvitaan uusien menetelmien käyttöönottoa, mutta menetelmät vaativat kehitystyötä, testausta ja validointia. Tekesin rahoittaman CatchLake-hankkeen päätavoitteena oli uusien menetelmien testaaminen pilottialueen mittakaavassa. Alueena oli vesihuollon ja virkistyskäytön kannalta merkittävä Säkylän Pyhäjärvi valuma-alueineen. Hanke koostui kolmesta toisiaan täydentävästä osasta: mallinnuksesta, mittauksista valuma-alueella ja järvellä, sekä kaukokartoituksesta. Julkaisussa tarkastellaan uutta tietoa ympäristöntutkimuksessa ja seurannassa, sekä pohditaan uuden tiedon käyttöä, sovelluksia sekä mahdollisia kehityssuuntia