Happamat sulfaattimaat Perämerenkaaren alueella ja niiden haittojen ehkäiseminen maa- ja metsätaloudessa

Hankkeessa koottujen kartoitustulosten perusteella happamia sulfaattimaita esiintyy melko yleisesti, pääasiassa jokiuomien varrella aina 90 metrin korkeustasoon saakka. Paikoin happamat sulfaattimaat levittäytyvät laajoiksi yhtenäisiksi alueiksi topografialtaan alaville maille. Esiintymisessä voi olla kuitenkin suurta vaihtelua pienelläkin alueella. Kartoitetusta alueesta Tornionjoella n. 40 % on happamia sulfaattimaita, Kemijoella 35 %, Kaakamojoella 40 %, Simojoella 20 % ja Perämeren rannikkoalueella 10 %. Suurin osa (87 %) sulfidikerroksista alkaa 1–2 metrin syvyydellä. Simojoella ja Perämeren rannikkoalueella sulfidikerrostumia esiintyy lähempänä maanpintaa kuin muilla valuma-alueilla. %. Perinteisten hienorakeisten happamien sulfaattimaiden lisäksi esiintyy myös karkeampia happamia hietoja ja hiekkoja, lähinnä Simojokilaaksossa, Kemijoen suistoalueella sekä mahdollisesti mustaliuskeisiin liittyen Tornion ja Ylitornion rajalla Martimossa. Laadittaessa kunnostusojitussuunnitelmaa Litorina-alueella on tärkeää selvittää happamien sul-faattimaiden esiintymisen todennäköisyys esim. Geologian tutkimuskeskuksen kartta-aineiston avulla. Karttaselvityksen ohella riskialueilla on aina syytä tarkistaa maastossa sulfidikerrosten esiintyminen ja esiintymissyvyys. Esiintymien syvyyden perusteella päätetään, voidaanko kunnostusojitus toteuttaa normaalisti vai vaaditaanko kaivutyössä ja vesiensuojelussa lisätoimia. Jos muuttumattomat sulfidikerrokset ovat alle 1 metrin syvyydessä, tulee ojien kunnostus tehdä eritysen huolella ja jättää ojat selvästi tavoitesyvyyttä matalemmiksi (0,5 – 0,8 m). Vesiensuojelu toteutetaan pintavalutuskentillä. Mikäli sulfidikerrostumat ovat yli 1,5 metrin syvyydessä, voidaan ojien kunnostus toteuttaa muutoin normaalisti, mutta lasketusaltaita ei tule kaivaa. Kaivun aikana voidaan kuormitusta vähentää jättämällä kaivukatkoja ja säätämällä tarvittaessa kaivusyvyyttä matalammaksi. Myös metsänuudistamisen yhteydessä tehtävän maanmuokkauksen suunnittelussa tulee selvittää, onko muokkauskohde riskialueella. Soistuneiden kankaiden mätästyksessä tai säätöaurauksessa pintaan nostettu kivennäismaa kuivuu ja hapettuu. Tällaisten uudistusalojen osalta on syytä arvioida kuormitusriskit samalla tavalla kuin kunnostusojituksissa.201

Very High Spatial Resolution Soil Moisture Observation of Heterogeneous Subarctic Catchment Using Nonlocal Averaging and Multitemporal SAR Data

A soil moisture estimation method was developed for Sentinel-1 synthetic aperture radar (SAR) ground range detected high resolution (GRDH) data to analyze moisture conditions in a gently undulating and heterogeneous subarctic area containing forests, wetlands, and open orographic tundra. In order to preserve the original 10-m pixel spacing, PIMSAR (pixel-based multitemporal nonlocal averaging) nonlocal mean filtering was applied. It was guided by multitemporal statistics of SAR images in the area. The gradient boosted trees (GBT) machine learning method was used for the soil moisture algorithm development. Discrete and continuous in situ soil moisture values were used for training and validation of the algorithm. For surface soil moisture, the root mean square error (RMSE) of the method was 6.5% and 8.8% for morning and evening images, respectively. The corresponding maximum errors were 34.1% and 33.8%. The pixelwise sensitivity to the training set and method choice was estimated as the variance of the soil moisture values derived using the algorithms for the three best methods with respect to the criteria: the smallest maximum error, the smallest RMSE value, and the highest coefficient of determination (R-2) value. It was, on average, 6.3% with a standard deviation of 5.7%. Our approach successfully produced instantaneous high-resolution soil moisture estimates on daily basis for the subarctic landscape and can further be applied to various hydrological, biogeochemical, and management purposes.Peer reviewe

Very High Spatial Resolution Soil Moisture Observation of Heterogeneous Subarctic Catchment Using Nonlocal Averaging and Multitemporal SAR Data

A soil moisture estimation method was developed for Sentinel-1 synthetic aperture radar (SAR) ground range detected high resolution (GRDH) data to analyze moisture conditions in a gently undulating and heterogeneous subarctic area containing forests, wetlands, and open orographic tundra. In order to preserve the original 10-m pixel spacing, PIMSAR (pixel-based multitemporal nonlocal averaging) nonlocal mean filtering was applied. It was guided by multitemporal statistics of SAR images in the area. The gradient boosted trees (GBT) machine learning method was used for the soil moisture algorithm development. Discrete and continuous in situ soil moisture values were used for training and validation of the algorithm. For surface soil moisture, the root mean square error (RMSE) of the method was 6.5% and 8.8% for morning and evening images, respectively. The corresponding maximum errors were 34.1% and 33.8%. The pixelwise sensitivity to the training set and method choice was estimated as the variance of the soil moisture values derived using the algorithms for the three best methods with respect to the criteria: the smallest maximum error, the smallest RMSE value, and the highest coefficient of determination (R-2) value. It was, on average, 6.3% with a standard deviation of 5.7%. Our approach successfully produced instantaneous high-resolution soil moisture estimates on daily basis for the subarctic landscape and can further be applied to various hydrological, biogeochemical, and management purposes.Peer reviewe

Biokiertotaloudesta uusia ratkaisuja kaivosten jälkihoitoon : Kierroksia biopeittoon -hankkeen loppuraportti (Biopeitto 2)

Kaivannaisjätealueiden peittäminen ja maisemointi ovat oleellinen osa kaivoksen sulkemista. Kuivapeitolla pyritään rajoittamaan kaivannaisjätteen läpi kulkeutuvan veden ja hapen määrää, estämään veden happamoitumista ja pidättämään vettä kasvien käyttöön. Pohjoisen äärevät olosuhteet tuovat sulkemiseen omat haasteensa ja uusia peittomateriaaleja ja -ratkaisuja tarvitaan. Biopeitto 2 -hankkeessa tutkittiin, miten kuivapeittoon lisätyt orgaaniset sivuvirtamateriaalit vaikuttavat peiton rakenteeseen, kestävyyteen, materiaalien rapautumiseen ja kasvien kasvuun sekä metallien kulkeutumiseen pohjoisissa olosuhteissa. Tutkimus keskittyi erityisesti alueellisiin orgaanisiin sivuvirtoihin, joista mukaan valittiin jätevesiliete, siitä tuotettu biohiili ja poltossa syntyvä lietetuhka sekä purkupuusta ja metsän harvennuspuusta (kuusi) valmistettu biohiili ja energiatuotannon lentotuhka. Tutkimus osoitti, että perinteisen moreenipeiton ominaisuuksia kasvualustana voidaan parantaa orgaanisilla sivuvirroilla. Hyvinvoiva kasvillisuus parantaa maan vedenpidätyskykyä ja tehostaa veden haihtumista kasvukauden aikana. Samalla peittorakenteen läpi suotautuvan veden määrä vähenee. Huolimatta eroista biohiilen laadussa, niiden vaikutukset maapatsaan läpi huuhtoutuvan suotoveden kemialliseen laatuun olivat pääosin vähäisiä. Toisin sanoen peittorakenteeseen lisätty biohiili ei lisää ravinteiden tai raskasmetallien huuhtoutumista. Kokeet osoittivat myös lento- ja lietetuhkan toimivan ravinteiden lähteenä kasveille. Hankkeen aikana tutkittiin myös sitä, miten biohiili säilyttää rakenteensa vaihtelevissa olosuhteissa. Rapautumista tarkasteltiin röntgentomografian ja elektronimikroskopian avulla. Kun biohiiltä altistettiin lämpötilanmuutosten aiheuttamalle kuormitukselle, hiilen sisäinen huokosrakenne ei juuri muuttunut. Lisäksi havaittiin, että biohiilten sisäinen huokosrakenne täyttyy vedellä hitaasti. Siksi biohiilen suotuisat vaikutukset kasvillisuuteen voivat ilmetä viiveellä. Hankkeessa toteutetussa arvoketjupilotissa purkupuu jalostettiin biohiileksi, kompostoitiin jätevesilietteen kanssa ja tuotettu kasvualusta päätyi kaivosalueen peittoratkaisuksi toimijaverkoston avulla. Biokiertotalouteen nojaava peittoratkaisu voidaan siis toteuttaa alueen yritysten yhteisvoimin. Taloudellisessa tarkastelussa biohiileen perustuva peittoratkaisu oli kuutiohinnaltaan kallein, mutta toisaalta biohiiltä sisältävä peitto toimii hiilinieluna. Biokiertotalous voi palvella kaivosalaa ja tuoda kuivapeiton perustamiseen lisää vaihtoehtoja

Classification of acid sulfate soils and soil materials in Finland and Sweden: Re-introduction of para-acid sulfate soils

Established international soil classification systems have not properly accommodated acid sulfate soils (ASS) and soil materials in Finland and Sweden because: (1) in these soils some diagnostic ASS properties are too deep to meet the depth requirements, and (2) there is a lack of defined diagnostic soil classification criteria for acidic and potentially acidic soil materials that do not completely fulfill the diagnostic pH-criterion of pH 20% organic matter; peat and gyttja), respectively. The term “para-acid sulfate soil (para-ASS) material” is introduced for soil materials which may have a considerable environmental impact due to mobilization of acidity and dissolved metals. Because organic acids may lower pH to values below the established pH-value of < 4.0 for ASS materials, a pH of < 3.0 is used in the Finnish-Swedish ASS classification for organic soil materials. These changes and new additions to existing diagnostic ASS materials have consequently also led to a slight modification of the required field-pH values of the existing terms “hypersulfidic material” and “sulfuric material”. The Finnish-Swedish ASS classification further includes a systematic way for classification of the entire soil profile and no depth requirements for diagnostic ASS materials are present; what matters is the current or potential environmental impact that the soil has or may have. It is proposed that the Finnish-Swedish ASS classification may serve as a framework for establishing a unified ASS classification globally and that the new diagnostic ASS materials are included in relevant international soil classification systems.Peer reviewe

Kaivannaisjätealueiden peittomateriaalivalinnan koerakenteet ja -järjestelyt. Kirjallisuusselvitys

201

Georeferenced soil database for Finland at scale 1:250 000 (MMM 3466/501/2002) and reaching national coverage (MMM 4990/501/2005)

vHarri Lilja/MAA. Yksikön huom.: MAA, MAPMA

Biopeitto-projekti. Biohiilen hyödyntäminen kaivannaisjätteiden peittomateriaaleissa ja viherrakentamisessa

202