Ecotoxicity assessment of boreal lake sediments affected by metal mining : Sediment quality triad approach complemented with metal bioavailability and body residue studies

Highlights • Ecological risk assessment of metal-contaminated boreal lakes and sediments. • Sediment Quality Triad complemented with bioavailability and body residue studies. • Toxicity studies for natural sediments with several organisms and endpoints • Adverse effects observed. High variation on results between different methods. • Standard toxicity tests not suitable for testing, too low pH hampers the results.There are several methods for studying metal-contaminated freshwater sediments, but more information is needed on which methods to include in ecological risk assessment. In this study, we compliment the traditional Sediment Quality Triad (SQT) approach – including information on chemistry, toxicity and ecological status – with studies on metal bioavailability and metal body residues in local organisms. We studied four mining-affected boreal lakes in Finland by conducting chemical analyses of sediment and water, toxicity tests (L. variegatus, V. fischeri, C. riparius, L. stagnalis), and analysis of benthic organism community structure. In addition, we studied the relationships between metal loading, toxicity, metal bioavailability, and metal body residues in the field-collected biota. Chemistry and benthic organism community structures show adverse effects in those lakes, where the metal concentrations are the highest. However, toxicity was connected to low sediment pH during the experiment, rather than to high metal concentrations. Toxicity was observed in 4 out of 6 toxicity tests including growth test with L. variegatus, bulk sediment test with V. fischeri, and the L. stagnalis toxicity test. The C. riparius test did not show toxicity. Metal body residues in biota were not high enough to induce adverse effects (0.1–4.1 mg Cu/kg fw, 0.01–0.3 mg Ni/kg fw, 2.9–26.7 mg Zn/kg fw and 0.01–0.7 mg As/kg fw). Chemical analyses, metal bioavailability assessment and benthic community structures survey revealed adverse effects in the sediments, where metal concentrations are highest (Lake SJ and Lake KS). Standard toxicity tests were not suitable for studying acid, sulfide-rich sediments and, therefore, benthic structure study and chemical analyses are believed to give more reliable results of the ecological status of these sediments

A preliminary study on the ecotoxic potency of wastewater treatment plant sludge combining passive sampling and bioassays

Highlights • The passive samplers collected bioavail able and bioaccessible chemicals from the WWTP sludge samples. • The sampler extracts were acutely and chronically toxic to water flea. • The sampler extracts were cytotoxic and genotoxic. • The sludge treatment such as composting and digesting diminished the toxicity. • Effect-based methods should be part of the risk assessment of sludge recycling.Sewage sludge is an inevitable byproduct produced in wastewater treatment. Reusing nutrient-rich sludge will diminish the amount of waste ending in soil dumping areas and will promote circular economy. However, during sewage treatment process, several potentially harmful organic chemicals are retained in sludge, but proving the safety of processed sludge will promote its more extensive use in agriculture and landscaping. Environmental risk assessment of sludge requires new methods of characterizing its suitability for various circu lar economy applications. Bioavailable and bioaccessible fractions are key variables indicating leaching, transport, and bioaccumulation capacity. Also, sludge treatments have a significant effect on chemical status and resulting environmental risks. In this study, the concentrations of polyaromatic hydrocarbons (PAHs), triclosan (TCS), triclocarban (TCC), methyl triclosan (mTCS), and selected active pharmaceutical ingredients (APIs) were deter mined in different sludge treatments and fractions. Passive samplers were used to characterize the bioavailable and bioaccessible fractions, and the sampler extracts along the sludge and filtrate samples were utilized in the bioassays. The TCS and PAH concentrations did not decrease as the sludge was digested, but the contents diminished after composting. Also, mTCS concentration decreased after composting. The API concentrations were lower in digested sludge than in secondary sludge. Digested sludge was toxic for Aliivibrio fischeri, but after composting, toxicity was not observed. However, for Daphnia magna, passive sampler extracts of all sludge treatments were either acutely (immobility) or chronically (reproduction) toxic. Secondary and digested sludge sampler extracts were cytotoxic, and secondary sludge ex tract was also genotoxic. The measured chemical concentration levels did not explain the toxicity of the samples based on the reported toxicity thresholds. Bioassays and sampler extracts detecting bioavailable and bioaccessible contaminants in sludge are complementing tools for chemical analyses. Harmonization of these methodswill help establish scientifically sound regulative thresholds for the use of sludge in circular economy applications

Metsähallituksen alue-ekologisen suunnittelun arviointi 2023

Tässä raportissa esitellään Luonnonvarakeskuksen ja Suomen ympäristökeskuksen tekemän Metsähallituksen alue-ekologisen suunnittelun arvioinnin tulokset. Maa- ja metsätalousministeriön toimeksiannosta toteutettu arviointi sisältää myös hyvin yleisellä tasolla valtion maiden suojelun tehostamistarpeiden, mahdollisuuksien ja mahdollisen lisäsuojelun vaikutusten arvioinnin. Tämän selvityksen mukaan alue-ekologista suunnittelua tulisi kehittää siten, että siinä otetaan laajemmin huomioon valtion metsien käytölle asetetut erilaiset tavoitteet. Tässä voitaisiin hyödyntää monitavoitteisen päätöksenteon menetelmiä. Alue-ekologisen suunnittelun laajempien päivitysten yhteydessä tulisi myös arvioida ekologiset, taloudelliset ja sosiokulttuuriset vaikutukset. Alue-ekologisen suunnittelun ohjeistusta on tärkeä ajoittain päivittää hyödyntämällä uusimpia tutkimustuloksia. Esimerkiksi ASIO-mallin osalta on päivitystarpeita, jotka liittyvät metsien rakenteellisen vaihtelun huomioimiseen talousmetsissä. Metsien eliölajiston kannalta monipuolinen, puustoa pienipiirteisesti uudistava sekä metsätyyppien vaihtelun ja monimuotoisuudelle arvokkaat rakennepiirteet (kuten järeä elävä ja kuollut puu) huomioiva metsätalous turvaa metsäluonnon monimuotoisuutta. Alue-ekologisen suunnittelun ohjeistuksen todellisista vaikutuksista eliölajeihin tarvittaisiin lisätietoa. Riistalajeista metson elinympäristötarpeet on maisematasolla huomioitu Metsähallitus Metsätalous Oy:n ympäristöoppaassa ajankohtaisen tutkimustiedon pohjalta hyvin. Maisematason tarkasteluissa voisi nykyistä enemmän pyrkiä huomioimaan myös muita riistalajeja. Matkailun ja virkistyskäytön tarpeet huomioidaan ympäristöoppaassa melko hyvin. Tämän selvityksen mukaan Metsähallitus hyödynsi vuosina 2015–2020 tehdyssä alue-ekologisen verkoston ajantasaistuksessa monipuolisesti erilaisia aineistoja ja menetelmiä. Potentiaalisia luontokohteita tarkastettiin laajasti maastossa. Alue-ekologista suunnitelmaa on päivitetty muun muassa lisäämällä ja poistamalla verkoston kohteita sekä tarkastamalla niiden rajauksia. Ajantasaistuksessa alue-ekologisen verkoston tarkastelu kokonaisuutena jäi vähemmälle huomiolle. Tällainen tarkastelu olisi kuitenkin suunnitelman laajempien päivitysten yhteydessä tärkeää, koska alue-ekologinen verkoston keskeisenä tarkoituksena on liittää talousmetsien luontokohteet ja suojelualueet samaan kokonaisuuteen, ja sitä kautta pyrkiä turvaamaan lajien elinolosuhteet. Verkostoa tulisikin kehittää tiiviinä Metsähallitus Metsätalous Oy:n ja Luontopalveluiden yhteistyönä. Toimintaympäristön muutosten takia suunnitelman jatkuvan päivityksen lisäksi on hyvä tehdä tietyin väliajoin suunnitelman kokonaisvaltaisempi ajantasaistaminen. Selvityksessä nousi esille useita muitakin aineistoja ja menetelmiä koskevia kehittämisehdotuksia, kuten suunnittelun yhdenmukaistaminen eri alueilla, menettelytavan yksinkertaistaminen kohteiden päivittämiseksi tietojärjestelmissä, lajitiedon laajamittaisempi kerääminen myös monikäyttömetsistä sekä sidosryhmien osallistamisen kehittäminen osallistuvaan, aktiivisen tekemisen suuntaan pelkän kuulemisen lisäksi. Metsähallituksen on hyvä kiinnittää riittävästi huomiota myös uusien työntekijöiden perehdyttämiseen alue-ekologisen suunnittelun osalta. Selvityksen mukaan sidosryhmiin on tärkeä pitää jatkuvasti yhteyttä suunnitteluprojektin aikana. Metsähallituksen tulisi jatkossa kiinnittää erityistä huomiota sidosryhmien roolin kirkastamiseen, molemminpuolisten hyötyjen esiintuomiseen ja prosessin kulusta tiedottamiseen sekä osallistamistapojen monipuolistamiseen. Metsähallituksen viestintää alue-ekologisesta suunnittelusta voitaisiin selvityksen mukaan parantaa. Metsähallituksen tulisi kiinnittää suurempaa huomiota alue-ekologisen suunnittelun osalta erityisesti paikallistason viestintään. Myös jatkuva viestintä ja keskustelu alue-ekologisesta suunnittelusta muun toiminnan yhteydessä on tärkeää. Alue-ekologisen suunnitelman esittämisen muotoa tulisi pyrkiä kehittämään niin, että tiedot on helposti eri toimijoiden löydettävissä ja hyödynnettävissä ja suunnitelman toteutumisen seuranta mahdollista. Uusimman tutkimustiedon mukaan alue-ekologisen suunnittelun toimenpiteet, kuten kytkeytyvyyden parantaminen, kulottaminen ja ennallistamispoltot sekä vanhojen metsien ja uhanalaiselle lajistolle tärkeiden rakennepiirteiden (erityisesti järeä kuollut puu ja järeät, vanhat elävät puut) ylläpito ja lisääminen parantavat monimuotoisuutta. Näiden menetelmien soveltamista kannattaa jatkaa ja lisätä. Erityisesti vanhojen metsien määrää sekä säästöpuustoon, kuolleeseen puuhun ja tulen käyttöön liittyviä toimenpiteitä olisi hyvä lisätä huomattavasti nykyisestä. Tässä selvityksessä tehtyjen arvioiden mukaan Metsähallituksen yleisten yhteiskunnallisten velvoitteiden seurauksena koko Suomea koskevat metsätalouden ja metsäteollisuuden yhteenlasketut vuosittaiset negatiiviset vaikutukset tuotokseen, arvonlisäykseen ja työllisyyteen ovat lisääntyneet vuosina 2015–2020. Verrattuna siihen tilanteeseen, että velvoitteita ei otettaisi huomioon, vuonna 2020 tuotos oli alentunut 1 050 ja arvonlisäys 250 miljoonaa euroa, kun otetaan huomioon myös positiivinen vaikutus eli metsän nettokasvu. Vuonna 2020 metsäsektorin työllisyys oli alentunut 4 150 henkilötyövuotta. Koska velvoitteiden avulla saavutetaan merkittäviä positiivisia, mutta puutteellisten taloudellisten kytkösten vuoksi kansantalouden tilinpidon näkökulmasta hankalasti todennettavia vaikutuksia, Metsähallituksen yleisten yhteiskunnallisten velvoitteiden vaikutusten raportoinnissa tulisi pyrkiä edelleen kehittämään monikäyttömetsien kansantaloudellisten vaikutusten, kustannusten, hyötyjen ja tulonjakovaikutusten arviointia. Tavoitteena tulisi olla kustannus-hyötyanalyysien mahdollistaminen. Sekä taloudellisesta että sosiokulttuurisesta näkökulmasta alue-ekologisen suunnittelun suhdetta ylemmän tason suunnitteluun, erityisesti luonnonvarasuunnitteluun, tulisi selkeyttää. Lisäksi tulisi selkeyttää, millaisen hierarkian eri tavoitteiden yhteensovittaminen muodostaa suunnittelussa. Tällä hetkellä luonnonvarasuunnittelun voidaan nähdä paikkaavan joitakin alue-ekologisen suunnittelun monitavoitteisuuden puutteita. Kokonaisvaltaisemman kuvan saaminen siitä, kuinka hyvin Metsähallitus on ottanut metsien suunnittelussa huomioon kestävyyden eri ulottuvuudet, edellyttäisi alue-ekologisen suunnittelun lisäksi myös muilla tasoilla tehtävän suunnittelun arviointia. Saamelaisten kotiseutualueella toimiessa tulisi kiinnittää erityisesti huomiota kulttuurisensitiivisiin toimintatapoihin. Metsähallitus on ansiokkaasti kehittänyt kävijäseurannan menetelmiä, ja tietoa on kerätty systemaattisesti virkistyskäytön ja matkailun kannalta tärkeillä kohteilla. Tätä kautta on saatu tietoa valtion metsien merkityksestä virkistyskäytön kannalta ja se on mahdollistanut suojelu- ja virkistyskäyttöalueiden aluetaloudellisten merkitysten arvioinnit. Metsähallitus on kansallisesti merkittävä ulkoilupalveluita tarjoava ja näistä mahdollisuuksista viestivä taho. Tällä hetkellä Metsähallituksen verkkosivuilta tai raporteista ei löydy kokonaisvaltaista kuvausta alue-ekologisen suunnittelun verkoston päivitysten toteuttamisesta ja tilan kehittymisestä vuoden 2001 jälkeen. Jos nämä asiat olisi kuvattu selkeästi yhdessä paikassa, toisi se paremmin näkyväksi sitä työtä, jota Metsähallitus on vuosien mittaan tehnyt alue-ekologisen verkoston kehittämiseksi. Metsähallituksen tulisi kiinnittää myös suurempaa huomiota suunnittelukäytäntöjen avoimuuteen ja läpinäkyvyyteen. Esimerkiksi kaikki alue-ekologisen verkoston ajantasaistusprojektien tuloksina tuotetut raportit eivät ole vapaasti saatavilla Metsähallituksen verkkosivuilta. Valtion metsien suojelun tehostamistarpeita ja mahdollisuuksia tarkasteltiin luomalla katsaus alueisiin, jotka voitaisiin mahdollisesti lukea EU:n biodiversiteettistrategiassa tarkoitettuun muuhun suojeluun (ns. OECM-alueet, Other Effective Area-based Conservation Measures). Metsähallituksen alue-ekologisen verkoston kohteista monet voivat täyttää jo nykyisellään OECM-alueen määritelmän. Jotkin alueet, kuten useat ojittamattomat karut suot, eivät puolestaan kuulu alue-ekologiseen verkostoon tai eivät ole OECM-alueita, mutta niillä ei tehdä metsien käsittelyä. Alue-ekologisen verkoston luontokohteissa ja yhteyksissä on mukana luonnontilaisia ja vanhoja metsiä, jotka EU:n biodiversiteettistrategian mukaan tulisi suojella viipymättä. Vanhan metsän rakennepiirteiden ja lajiston osalta merkittävimpiä ovat aarniometsäkohteet. Skenaariolaskelmien avulla selvitettiin Metsähallituksen hallinnassa olevien metsien osalta mahdollisen lisäsuojelun vaikutuksia metsien rakenteeseen ja hakkuumahdollisuuksiin 30 vuoden tarkastelujakson aikana. Kolmessa erilaisessa lisäsuojeluskenaariossa oletettiin 1–3 prosenttia Metsähallituksen hallinnassa olevasta puuntuotannon metsämaasta siirtyvän suojelun piiriin, minkä johdosta suojelussa olevan maa-alueen pinta-ala kasvaisi Suomessa 0,2–0,5 prosenttiyksikköä. Skenaarioissa suojeltaviksi kohteiksi valittiin luonnontilaisia metsiä ja lehtoja sekä käsittelemättömiä vanhoja kangasmetsiä ja ojittamattomia soita. Lisäsuojelukriteereistä ja Metsähallituksen hallinnassa olevien metsien sijainnista johtuen merkittävin osa suojeltavista kohteista sijoittui skenaarioissa pohjoiseen Suomeen. Skenaariosta riippuen suojelualan lisäys vähensi 0,3–0,6 miljoonaa kuutiometriä runkopuun vuotuisia hakkuukertymiä lähimmällä kymmenvuotiskaudella. Ensimmäisen kymmenvuotiskauden jälkeen lisäsuojelun vaikutus puuntuotantoon oli selvästi ensimmäistä kautta vähäisempi. Lisäsuojelun vaikutukset metsien ikä- ja puulajirakenteeseen jäivät vähäisiksi tarkasteltaessa kaikkia Metsähallituksen hallinnoimia metsiä. Lisäsuojeluskenaarioissa vanhoja metsiä siirtyi puuntuotannon ulkopuolelle, minkä vuoksi puuston tilavuus väheni tarkastelujakson aikana puuntuotannon metsämaalla. Skenaarioiden mukaan lähivuosikymmenien aikana puusto järeytyy ja metsiä siirtyy yhä enemmän 41–80-vuotiaiden ikäluokasta yli 80-vuotiaiden ikäluokkaan. Lisäsuojelun kustannuksia eri skenaarioissa arvioitiin aiempien tutkimusten tulosten perusteella. Voimakkaan lisäsuojelun kustannukset (negatiiviset talous- ja työllisyysvaikutukset) olisivat ensimmäisellä kymmenvuotiskaudella koko maan tasolla kohtalaisen merkittäviä, mutta lievän suojelun tapauksessa vaikutukset olisivat suhteellisen vähäisiä koko tarkastelujakson ajan. Aluetaloudellisesti suojelulla olisi kuitenkin merkitystä, sillä vaikutukset kohdistuisivat erityisesti Itä- ja Pohjois-Suomeen. Mikäli lisäsuojelun vaikutuksia halutaan arvioida kustannus-hyötyanalyysin keinoin, tarvittaisiin varsinkin taloudellisista hyödyistä tarkempi tutkimus. Tässä arvioinnissa lisäsuojelun taloudellisia hyötyjä pystyttiin tarkastelemaan vain esimerkinomaisesti. Suojelun taloudelliset hyödyt ovat pääasiassa markkinattomia. Joillakin suojelualueilla voi olla matkailullista merkitystä, mutta pelkkä suojelustatus ei merkittävästi lisää alueiden kiinnostavuutta, vaan tarvitaan myös esimerkiksi retkeilyn mahdollistavaa infrastruktuuria ja palveluita. Oleellinen tekijä paikallistalouden suojelusta saamissa taloudellisissa hyödyissä on se, kuinka vetovoimaisia kohteita alueet ovat ja panostetaanko suojelustatuksen saaneiden alueiden kehittämiseen tulevina vuosina. Ilman panostusta matkailuhyödyt jäisivät todennäköisesti vähäisiksi. Vaikka tietoa alue-ekologisen suunnittelun keinojen toimivuudesta on olemassa, on silti mahdotonta arvioida, miten alue-ekologinen suunnittelu on parantanut monimuotoisuutta verrattuna esimerkiksi suojelun lisäämiseen valtion mailla. Tällaiseen vertailuun ei ole olemassa riittävästi tutkimustietoa. Lisätietoa tarvittaisiin Metsähallituksen luontokohteiden ja muiden monikäyttömetsien sekä suojelualueiden luontotyypeistä, puuston rakenteista, pinta-aloista, ekologisesta tilasta ja kehityssuunnista eri puolilla Suomea, jotta voitaisiin tarkemmin määrällisesti tarkastella valtion maiden mahdollista lisäsuojelutarvetta ja kohdentaa suojelu lajiston ja luontotyyppien suojelun kannalta tehokkaalla tavalla

Heme oxygenase-1 repeat polymorphism in septic acute kidney injury

Acute kidney injury (AKI) is a syndrome that frequently affects the critically ill. Recently, an increased number of dinucleotide repeats in the HMOX1 gene were reported to associate with development of AKI in cardiac surgery. We aimed to test the replicability of this finding in a Finnish cohort of critically ill septic patients. This multicenter study was part of the national FINNAKI study. We genotyped 300 patients with severe AKI (KDIGO 2 or 3) and 353 controls without AKI (KDIGO 0) for the guanine-thymine (GTn) repeat in the promoter region of the HMOX1 gene. The allele calling was based on the number of repeats, the cut off being 27 repeats in the S-L (short to long) classification, and 27 and 34 repeats for the S-M-L2 (short to medium to very long) classification. The plasma concentrations of heme oxygenase-1 (HO-1) enzyme were measured on admission. The allele distribution in our patients was similar to that published previously, with peaks at 23 and 30 repeats. The S-allele increases AKI risk. An adjusted OR was 1.30 for each S-allele in an additive genetic model (95% CI 1.01-1.66; p = 0.041). Alleles with a repeat number greater than 34 were significantly associated with lower HO-1 concentration (p<0.001). In septic patients, we report an association between a short repeat in HMOX1 and AKI risk

Status of contaminated marine sediments in four Nordic countries: assessments, regulations, and remediation approaches

Purpose Since the 1960s, pollution of the marine environment has been observed around the world, and a general awareness of the potential environmental hazards from contaminants arose. This general awareness was followed by implementation of environmental regulations at the national and international levels regarding industrial discharges, and forcing the development of management programs to improve the environmental quality. This overview focuses on the status of assessments, regulations, and remediation actions of contaminated marine sediments in four North European countries: Sweden, Norway, Finland, and Denmark. Results and discussion We found that the extent of assessment surveys and the implementation of sediment remediation actions vary between the countries, with Norway the most advanced. Norway has initiated national pilot remediation tests, followed by full-scale site remediation by dredging and in situ capping in several projects along the coast. Sweden is following Norway’s example, although with fewer completed projects. In Finland, the tradition of maintenance dredging is still very strong although the main purpose has not been cleanup actions. Accordingly, in Denmark, dredging is primarily used to maintain sailing depths. All four countries have implemented the Water Framework Directive in addition to national regulations that provide the authority for imposing and implementing sediment remediation measures. However, only Norway has implemented a national strategy on remediation of contaminated sediments. Conclusions This overview highlights the need for enhanced communication and exchange of experiences between the four Nordic countries of concern with regard to sediment remediation strategy and management

Validation of printed, skin-mounted multilead electrode for ECG measurements

Abstract An electrocardiography (ECG) monitoring can be used to detect heart‐related abnormalities by recording cardiac activity over a period of time. The conventional 12‐lead ECG measurement system is the standard practice for the evaluation of the heart’s electrical activity. However, a recent trend is to develop patch‐type measurement devices for unobtrusive ECG monitoring by reducing device size and number of electrodes on the skin. This development aims to minimize the discomfort for the user from the wearable recording devices. A printed, bandage‐type hybrid system for continuous ECG monitoring to allow as much comfort as possible while maintaining the signal quality required for medical evaluation is proposed. Movement artifacts in recorded ECG signals are a challenge in long‐term monitoring while the patients are engaged in their everyday activities. The movement artifacts from the printed skin‐conformable electrode are compared to commercial exercise stress‐test ECG electrodes during different physical activities and stationary periods. The results show that the signal quality obtained with the multilead patch ECG electrode, manufactured with printing technologies, is comparable to electrodes currently used in healthcare