Sub-irrigation and controlled drainage increase yields and mitigate acid loading in Finnish cultivated acid sulfate soils

201

Nitrogen stocks and flows in an acid sulfate soil

Besides causing acidification, acid sulfate (AS) soils contain large nitrogen (N) stocks and are a potential source of N loading to waters and nitrous oxide (N2O) emissions. We quantified the stocks and flows of N, including crop yields, N leaching, and N2O emissions, in a cultivated AS soil in western Finland. We also investigated whether controlled drainage (CD) and sub-irrigation (CDI) to keep the sulfidic horizons inundated can alleviate N losses. Total N stock at 0-100 cm (19.5 Mg ha(-1)) was smaller than at 100-200 cm (26.6 Mg ha(-1)), and the mineral N stock was largest below 170 cm. Annual N leaching (31-91 kg N ha(-1)) plus N in harvested grain (74-122 kg N ha(-1)) was 148% (range 118-189%) of N applied in fertilizers (90-125 kg N ha(-1)) in 2011-2017, suggesting substantial N supply from soil reserves. Annual emissions of N2O measured during 2 years were 8-28 kg N ha(-1). The most probable reasons for high N2O emission rates in AS soils are concomitant large mineral N pools with fluctuating redox conditions and low pH in the oxidized subsoil, all favoring formation of N2O in nitrification and denitrification. Although the groundwater level was higher in CD and CDI than in conventional drainage, N load and crop offtake did not differ between the drainage methods, but there were differences in emissions. Nitrogen flows to the atmosphere and drainage water were clearly larger than those in non-AS mineral soils indicating that AS soils are potential hotspots of environmental impacts.Peer reviewe

Tools for environmental risk mitigation of acid sulphate soils

Project: Climate change adaptation tools for environmental risk mitigation of acid sulphate soils (CATERMASS) Funding: Life+ Environment policy and governance 2008-C1 Coordinator: Finnish Environment Institute (SYKE) Partners: Geological Survey of Finland (GTK), MTT Agrifood Research Finland, Finnish Game and Fisheries Research Institute (RKTL), Centre for Economic Development, Transport and the Environment, University of Helsinki, Åbo Academi University Action 3: Mitigation methods and their adaptation to changing climate condition

Happamien sulfaattimaiden aiheuttamat vesistövaikutukset ja kalakuolemat Suomessa

Tähän kirjallisuuskatsaukseen on koottu kattavasti tietoa happamien sulfaattimaiden (HS-maat) vaikutuksista vesistöjemme vedenlaatuun, eliöstöön ja kalakuolemiin. Kirjallisuuskatsaus tehtiin Suomen ympäristökeskuksen koordinoiman CATERMASS-hankkeen yhteydessä laajan tutkijaryhmän yhteistyönä. Happamia sulfaattimaita muodostui Itämeren rehevissä rannikko-vesissä 4000–8000 vuotta sitten, kun mikrobit pelkistivät meriveden sulfaattia sulfidiksi. Maankohoamisen myötä sulfidisavikoita sisältäviä maita alettiin kuivata viljelyskäyttöön. Tällöin hapetusreaktiossa vapautuva rikki alkoi muodostaa maaperän veden kanssa rikkihappoa, joka liuottaa maaperästä myrkyllisiä metalleja, kuten alumiinia, kadmiumia ja kuparia. Runsaiden sateiden ja kevään sulamisvesien mukana happamuus ja metallit huuhtoutuvat vesistöön. Viime vuosikymmeninä lisääntyneen salaojituksen myötä peltojen kuivatus-syvyys on kasvanut lisäten samalla HS-maiden haitallisia vesistövaikutuksia. Happamuus ja siihen liittyvä metallien myrkyllisten olomuotojen runsastuminen aiheuttavat muutoksia vesistöjen kaikissa eliöryhmissä mukaan lukien kalat, pohjaeläimet, vesikasvit ja pohjalevät. Yksilötasolla on havaittu epämuodostumia, kuten vesihyönteistoukkien rakenne-vaurioita. Kalat yrittävät suojautua hengitysveden haitallisilta aineilta lisäämällä kidusten limaneritystä, jolloin hengitys vaikeutuu. Altistuminen happamuudelle ja metalleille haittaa kalojen lisääntymistä mm. viivästyttämällä munasolujen kypsymistä sekä vaikeuttamalla mätimunien hedelmöittymistä ja alkionkehitystä. Eliöyhteisötasolla HS-maiden vaikutus näkyy usein happamuudelle herkkien lajien tai lajiryhmien puuttumisena. Virtavesien kalalajeista happamuudelle herkkiä ovat esimerkiksi kivisimppu, made ja taimen, ja jokisuistojen pohjaeläinryhmistä esimerkiksi simpukat. HS-maiden aiheuttamista kalakuolemista joissa, järvissä, jokisuistoissa ja rannikkovesissä koottiin mahdollisimman kattava listaus, joka todentaa ongelmien keskittymistä Pohjanmaan alueelle. Pahiten happamuuden ja myrkyllisten metallien vaivaamat pikkujoet ovat olleet käytännössä kalattomia viimeisten vuosikymmenten ajan

Korkeampi pohjaveden pinta ratkaisu happamien sulfaattimaiden päästöille?

Rannikkoalueidemme sulfidipitoiset maat ovat muinaiseen Itämereen kerrostuneita sedimenttejä. Meren pohjan hapettomiin oloihin vajonneesta kasvijätteestä ja meriveden sulfaatista syntyi bakteeritoiminnan ansiosta rikkiyhdisteitä, joista on muodostunut sulfidisavikerrostumia. Jos sulfidikerrostuma hapettuu, syntyy rikkihappoa, joka happamoittaa sekä maan että valumaveden, ja seurauksena voi olla esim. kalakuolemia. Happamuusongelman syntymistä on pyritty välttämään pitämällä sulfidisavet pohjaveden peitossa. Tasaisilla peltomailla pohjaveden korkeutta voidaan säätää säästösalaojituksen avulla. Säätösalaojituksessa pohjaveden korkeuden säätöä voitaneen tehostaa myös asentamalla pellon reunaan muovikalvo, joka estää veden valumista pellolta, sekä pumppaamalla salaojiin lisävettä. Söderfjärdenin pilottikentällä (18,5 ha) Vaasassa on seurattu kesäkuusta 2010 lähtien kolmea erilaista salaojitusta: 1) säätösalaojitus ja lisäveden pumppaus, 2) säätösalaojitus ja 3) normaali salaojitus. Tavoitteena on selvittää eri salaojitusmenetelmien vaikutuksia sulfidisaven hapettumiseen ja siitä aiheutuvaan happamuusongelmaan. Kentällä mitattiin mm. pohjaveden korkeus sekä salaojaveden pH, asiditeetti, sulfaatti- ja typpipitoisuudet, kasvihuonekaasupäästöjä (CO2 ja N2O) sekä maan ja kasvien ravinne- sekä metallipitoisuuksia. Säätösalaojitus yhdistettynä lisäveden pumppaamiseen piti pohjaveden pinnan sulfidikerroksen yläpuolella melkein koko viljelylohkolla ympäri vuoden. Ainoastaan lohkon yläosassa elokuun lopulla sulfidisavea oli hapettumiselle alttiina. Suurin sulfidien hapettumisriski oli normaalissa salaojituksessa. Salaojavesissä ei kuitenkaan havaittu eroja eri ojitusmenetelmien välillä. Sen sijaan vuodenaika vaikutti vedenlaatuun. Salaojaveden alhaisimmat pH-luvut (3,8–4,1) ja suurimmat asiditeetit sekä sulfaatti- ja kokonaistyppipitoisuudet mitattiin syksyllä. Salaojaveden typpi oli pääasiassa nitraattimuodossa (6,7–31 mg l-1). Kokonaisfosforipitoisuus (< 0,07 mg l-1) oli pienempi kuin yleensä viljelysmailla. Kaikkien koejäsenien kasvihuonekaasupäästöistä typpioksiduuliemissiot (N2O) olivat suuremmat kuin eloperäisillä mailla, joilla yleensä esiintyy suuria päästöjä. Viljelymaan ja viljelykasvien ravinnepitoisuudet vastasivat tavanomaisilta mailta mitattuja pitoisuuksia. Vaikka viljelymaan happamuus liuottaa metalleja maaperästä, ohran jyvistä ja oljista mitatut raskasmetallipitoisuudet eivät olleet epätavallisen suuria eivätkä ylittäneet terveydelle haitallisia raja-arvoja. Viljelijöiden mukaan säätösalaojitus yhdistettynä muovikalvon asentamiseen ja lisäveden pumppaamiseen on toiminut hyvin. Säätösalaojitus yhdistettynä lisäveden pumppaukseen näyttää alustavien tulosten mukaan pitävän pohjaveden korkeuden riittävän korkealla, jotta sulfidien hapettuminen kasvukauden aikana estyy. Toistaiseksi pohjaveden korkeudella ei todettu olevan vaikutusta valumaveden tai kasvien ravinne- ja metallipitoisuuksiin. Seuranta jatkuu vielä vuoden 2012

Sulfaattimailla syntyvän happaman kuormituksen ennakointi- ja hallintamenetelmät – SuHE-hankkeen loppuraportti

Tutkimuksen päätavoitteina oli (1) selvittää sulfidisedimenttien esiintymisalueilla sijaitsevien turvetuotantoalueiden maaperän kuivatuksen aiheuttamaa valumavesien happamuus-kuormitusriskiä, (2) kehittää menetelmiä happamien kuormituspulssien ennakointiin ja seurantaan, (3) kehittää menetelmiä happaman kuormituksen neutralointiin ja (4) tarkastella jälkikäyttömahdollisuuksia happamilla sulfaattimailla sijaitsevilla turvetuotantoalueilla. Maaperän kuivatuksen aiheuttamaa riskiä valumavesien happamoitumiselle tutkittiin 15 turvetuotantoalueelta mm. maaperä- ja vesinäytteiden avulla. Turvetuotantoalueilta lähtevän veden laatua mitattiin jatkuvatoimisesti pH- ja/tai sähkönjohtavuusantureilla sekä käyntien yhteydessä kenttämittauksin ja vesianalyysein. Happamien kuormituspulssien ennakointia varten seurattiin myös pohjavedenpinnankorkeuksia sekä sadantaa. Happamien valumavesien neutraloinnissa testattiin isossa mittakaavassa alivirtaamaputkella varustettuja suodinpatoja sekä pienessä koossa mm. neutralointikaivoa ja kippaavaa neutralointilaitteistoa. Jälkikäyttömahdollisuuksien soveltuvuutta selvitettiin 12 tuotannosta poistuneelta alueella mm. maastokartoituksin. Hankkeen koekohteet sijaitsivat pääasiassa Pohjois-Pohjanmaan tai Lapin alueilla. Tutkittujen turvetuotantoalueiden maaperässä ei havaittu merkittäviä hapettuneita sulfidisedimenttikerroksia ja hapan vesistökuormitus oli melko pientä verrattuna maassa piilevään potentiaaliseen kuormitukseen. Jatkuvatoimisesta vedenlaadun seurannasta oli hyötyä kohteilla, joilla vedenlaatu vaihteli paljon. Pohjavedenpintoja ja sadantaennusteita seuraamalla voitiin karkeasti ennakoida happamien kuormituspulssien esiintymistä ja neutralointitarvetta. Testatut neutralointiratkaisut neutraloivat vesiä. Nykyistä tehokkaampi maankuivatus ja -muokkaus voi pahentaa näiden alueiden maaperän happamoitumista ja lisätä hapanta vesistökuormitusta. Suurimman happamuuskuormitusriskin alueilla suositeltavimpia jälkikäyttömuotoja ovat soistaminen tai muu vesitysmuoto sekä luontainen kasvittuminen

New genetic loci link adipose and insulin biology to body fat distribution.

Body fat distribution is a heritable trait and a well-established predictor of adverse metabolic outcomes, independent of overall adiposity. To increase our understanding of the genetic basis of body fat distribution and its molecular links to cardiometabolic traits, here we conduct genome-wide association meta-analyses of traits related to waist and hip circumferences in up to 224,459 individuals. We identify 49 loci (33 new) associated with waist-to-hip ratio adjusted for body mass index (BMI), and an additional 19 loci newly associated with related waist and hip circumference measures (P < 5 × 10(-8)). In total, 20 of the 49 waist-to-hip ratio adjusted for BMI loci show significant sexual dimorphism, 19 of which display a stronger effect in women. The identified loci were enriched for genes expressed in adipose tissue and for putative regulatory elements in adipocytes. Pathway analyses implicated adipogenesis, angiogenesis, transcriptional regulation and insulin resistance as processes affecting fat distribution, providing insight into potential pathophysiological mechanisms

A Genome-Wide Association Study of Diabetic Kidney Disease in Subjects With Type 2 Diabetes

dentification of sequence variants robustly associated with predisposition to diabetic kidney disease (DKD) has the potential to provide insights into the pathophysiological mechanisms responsible. We conducted a genome-wide association study (GWAS) of DKD in type 2 diabetes (T2D) using eight complementary dichotomous and quantitative DKD phenotypes: the principal dichotomous analysis involved 5,717 T2D subjects, 3,345 with DKD. Promising association signals were evaluated in up to 26,827 subjects with T2D (12,710 with DKD). A combined T1D+T2D GWAS was performed using complementary data available for subjects with T1D, which, with replication samples, involved up to 40,340 subjects with diabetes (18,582 with DKD). Analysis of specific DKD phenotypes identified a novel signal near GABRR1 (rs9942471, P = 4.5 x 10(-8)) associated with microalbuminuria in European T2D case subjects. However, no replication of this signal was observed in Asian subjects with T2D or in the equivalent T1D analysis. There was only limited support, in this substantially enlarged analysis, for association at previously reported DKD signals, except for those at UMOD and PRKAG2, both associated with estimated glomerular filtration rate. We conclude that, despite challenges in addressing phenotypic heterogeneity, access to increased sample sizes will continue to provide more robust inference regarding risk variant discovery for DKD.Peer reviewe

New susceptibility loci associated with kidney disease in type 1 diabetes

WOS:000309817900008Diabetic kidney disease, or diabetic nephropathy (DN), is a major complication of diabetes and the leading cause of end-stage renal disease (ESRD) that requires dialysis treatment or kidney transplantation. In addition to the decrease in the quality of life, DN accounts for a large proportion of the excess mortality associated with type 1 diabetes (T1D). Whereas the degree of glycemia plays a pivotal role in DN, a subset of individuals with poorly controlled T1D do not develop DN. Furthermore, strong familial aggregation supports genetic susceptibility to DN. However, the genes and the molecular mechanisms behind the disease remain poorly understood, and current therapeutic strategies rarely result in reversal of DN. In the GEnetics of Nephropathy: an International Effort (GENIE) consortium, we have undertaken a meta-analysis of genome-wide association studies (GWAS) of T1D DN comprising ∼2.4 million single nucleotide polymorphisms (SNPs) imputed in 6,691 individuals. After additional genotyping of 41 top ranked SNPs representing 24 independent signals in 5,873 individuals, combined meta-analysis revealed association of two SNPs with ESRD: rs7583877 in the AFF3 gene (P = 1.2×10(-8)) and an intergenic SNP on chromosome 15q26 between the genes RGMA and MCTP2, rs12437854 (P = 2.0×10(-9)). Functional data suggest that AFF3 influences renal tubule fibrosis via the transforming growth factor-beta (TGF-β1) pathway. The strongest association with DN as a primary phenotype was seen for an intronic SNP in the ERBB4 gene (rs7588550, P = 2.1×10(-7)), a gene with type 2 diabetes DN differential expression and in the same intron as a variant with cis-eQTL expression of ERBB4. All these detected associations represent new signals in the pathogenesis of DN.Peer reviewe