Jatkuvatoiminen leväpitoisuuden mittaus kosteikkovedestä

Jatkuvatoimista levien määrän mittausta voidaan hyödyntää vesistöseurannassa ja sen avulla voidaan havaita esimerkiksi sinilevien lisääntyminen vaikkapa uimarannalla jo ennen kuin leväkasvusto on paljain silmin havaittavissa. Levien määrän jatkuvatoimista mittaamista tutkittiin Tarvaalan Biotalous-kampuksen pohjoisella mallikosteikolla kesällä 2016. Tutkimuksen tavoite oli selvittää, voidaanko kosteikkoveden leväpitoisuutta ja sen vaihtelua seurata jatkuvatoimisesti, sekä edistää levänkasvatus-menetelmän kehittämistä luonnollisten leväkantojen hallittuun kasvattamiseen maatalouden vesiensuojelukosteikolla selvittämällä levien kasvuun vaikuttavia tekijöitä. Tutkimus oli osa BioA- Biojalosta-mokonseptin tuotteistamisesta liiketoimintaa -hanketta.Jatkuvatoimisen mittauksen luotettavuutta selvitettiin vertaamalla EXO2 In Situ Total Algae automaattisen mittausanturin a-klorofyllimittaustuloksia laboratoriossa määritettyihin vesinäytteiden tuloksiin. Tutkimus toteutettiin 19.5.–29.8.2016 (103 vuorokautta). Tutkimusaineisto kerättiin kahdella maatalouden vesiensuojelukosteikon tulouomaan asennetulla automaattisella In Situ mittausanturilla, joiden mittaustaajuus oli kerran tunnissa. Mittauskohteesta otettiin 15 yksittäistä vesinäytettä, joista seitsemästä näytteestä analysoitiin laboratoriossa a-klorofyllipitoisuus ja kahdeksasta näytteestä sameus sekä kiintoaineen, kokonais- ja nitraattitypen, kokonaisfosforin ja liukoisen orgaanisen hiilen pitoisuudet.Tutkimuksessa havaittiin, että automaattiantureiden mittaamat tulokset vastasivat hyvin laboratoriossa määritettyjä tuloksia. Kosteikkovedessä mitattiin varsin korkeita leväpitoisuuksia noin kahden viikon ajan kesäkuun puolen välin tienoilla samaan aikaan veden fosforipitoisuuden nousun kanssa. Veden ravinnepitoisuuksien vaihtelun ja levämäärän välillä ei kuitenkaan havaittu tilastollisesti merkitsevää yhteyttä. Myöskään veden lämpötilan tai sääolosuhteiden vaihtelulla ei tässä tutkimuksessa havaittu olleen vaikutusta leväpitoisuuteen. Tulokset saattavat johtua mittauspaikalle kasvaneesta poikkeuksellisen runsaasta vesikasvillisuudesta, joka heikensi levien kasvua kilpailemalla samoista ravinteista sekä varjostamalla leviä.Tutkimusjakson tulosten perusteella kosteikkoveden leväpitoisuutta ja sen vaihtelua voidaan mitata luotettavasti jatkuvatoimisella a-klorofyllin ja fykosyaniinin fluoresenssin mittauslaitteistolla. Tutkimuksessa saatujen tulosten perusteella jatkuvatoimisella mittauksella voidaan havaita esimerkiksi sää-ilmiöiden aiheuttamat nopeat pitoisuuksien muutokset, jotka yksittäisiin vesinäytteisiin perustuvassa seurannassa jäävät usein huomaamatta

Mustasotilaskärpäsen (Hermetia illucens) kasvatus Keski-Suomen olosuhteissa ja hyödyntäminen biomassojen käsittelyssä

Jyväskylän ammattikorkeakoulun Biotalouskampuksella toteutettiin hyönteiskasvatuksen demonstraatioympäristö VinsectS – Hyönteistalous osana Viitasaari-Saarijärvi seutukunnan kiertotaloutta –hankkeessa keväällä 2018.  Hankkeessa tutkittiin mustasotilaskärpäsen (Hermetia illucens) ympärivuotisia kasvatusmahdollisuuksia Keski-Suomen olosuhteissa sekä toukkien kykyä hyödyntää erilaisia biomassasivuvirtoja ravinnokseen. Mustasotilaskärpänen on tropiikin hajottaja, jolla on nopea elinkierto ja tehokas biomassan hyödynnyskyky. Optimissa kasvatusolosuhteissa sen elinkierto on 35–42 päivää, joista 14–24 päivää se viettää biomassaa prosessoivana toukkana. Toukka syö kaksi kertaa loppupainonsa verran ja konvertoi biomassasta 50–80 % toukkamassaksi. Mustasotilaskärpänen ei ole tautivektori ja toukkien biomassan prosessoinnin on havaittu vähentävän bakteerimassaa ja nopeuttavan lääkeaineiden hajoamista sekä vähentävän kasvihuonekaasupäästöjä. Hyönteiskasvattamo rakennettiin 6 metrin ISO-konttiin, johon asennettiin olosuhdehallintalaitteisto, etävalvonta ja kasvatusrullakot. Kontti eristettiin ympärivuotista kasvatusta varten. Kasvattamossa käytetään IoT-tekniikkaa automatisoidussa olosuhdehallinnassa.  Hankkeen aikana ympärivuotisen hyönteiskasvatuksen havaittiin olevan mahdollista olosuhteiden pysyessä tavoitearvoissa niin kesällä kuin talvellakin. Kasvattamon lämpötila pysyi tasaisena, ilmankosteuteen ulkoiset tekijät kuitenkin vaikuttivat. Ilmankosteudella onkin suuri rooli hyönteisten elinkierron optimointiin. Hankkeen mittakaavassa hyönteiskasvatus ei tuottanut haitallisia määriä kaasuja, vaan kasvattamon hiilidioksidi- ja ammoniakkipitoisuudet pysyivät sisätyöympäristön viitearvoissa. Mustasotilaskärpäsillä suoritettiin ruokintakokeita erilaisten biomassojen rehuarvojen määrittämiseksi. Biomassat kattoivat sivuvirtoja catering-jakeista siipikarjan lantaan. Biomassojen verrokkina käytettiin teollista siipikarjan rehua. Ruokintakokeet toteutettiin punnitsemalla 100 toukan alku- ja loppupaino ja jäljelle jääneen biomassan jäännöspaino ja kuiva-aineosuus toukkien syönnin määrittämiseksi. Lisäksi tarkkailtiin toukkien kuolleisuutta. Tuloksista voidaan päätellä usean biomassan olevan vähintään yhtä hyvää, ellei parempaa rehua mustasotilaskärpäsille kuin siipikarjan rehun. Esiin nousivat hiilihydraattipitoiset elintarvikepohjaiset biomassat kuten catering- ja leipomojakeet. Korkean (yli 20%) rasvapitoisuuden biomassat ja vaikeasti prosessoitavat kuidut, kuten ligniini, puolestaan soveltuvat heikommin mustasotilaskärpäsen rehuiksi. VinsectS-hankkeessa kartoitettiin seutukunnan hyönteistalouteen soveltuvien sivuvirtojen ja biomassojen lähteitä sekä hyönteiskasvatukseen soveltuvia ja kiinnostuneita yrityksiä ja yrittäjiä. Tulosten pohjalta hankkeessa luotiin hyönteistalouden tiekartta ja arvoketju Viitasaari-Saarijärven seutukunnalle. Mm.  Euroopan aluekehitysrahaston (EAKR) rahoittama ja VTT:n hallinnoima hanke toteutettiin 5.2.2018–30.11.2019

Tulevaisuuden kanat syövät toukkaa

Lehtiartikkeli (Rinnakkaistallennusluvan asianumero: 4223/12 05 01 02/2023)202

Automaattinen vedenlaadun seuranta : tuloksia pilottikokeesta maa- ja metsätalousvaltaisella valuma-alueella Saarijärven reitin varrella

Opinnäytetyön tavoite oli selvittää, voidaanko jatkuvatoimisella veden laadun ja määrän mittauksella arvioida luotettavasti maa- ja metsätalousvaltaisen valuma-alueen kiintoaine- ja ravinnekuormitusta karkeilla mailla valuma-alueen maalaji sekä tutkimusjakson säätila huomioon ottaen. Jatkuvatoimisen mittauksen luotettavuutta selvitettiin vertaamalla Luode Consulting Oy:n In Situ -mittausaseman automaattisen mittausanturin tuloksia laboratoriossa määritettyihin vesinäytteiden tuloksiin. Tutkimusaika oli 83 vuorokautta ajalla 1.9 - 22.11.2010. Tutkimusaineisto kerättiin valtaojaan asennetulla automaattisella In Situ -mittausanturilla, jonka mittaustaajuus oli kerran tunnissa. Lisäksi mittauskohteesta otettiin viisi yksittäistä vesinäytettä, jotka analysoitiin laboratoriossa. Tuloksia tarkasteltiin tilastotieteen menetelmin, muun muassa regressioanalyysin avulla. Tutkimuksessa havaittiin, että automaattiantureiden mittaamat tulokset vastasivat hyvin laboratoriossa määritettyjä tuloksia. Sameuden ja kiintoaineen, sameuden ja kokonaisfosforin sekä kiintoaineen ja kokonaisfosforin välillä havaittiin merkitsevä positiivinen korrelaatio. Tutkimuskohteen fosforikuormitus oli pääosin liukoisessa muodossa ja myös liukoisen fosforin ja sameuden välillä havaittiin merkitsevä positiivinen korrelaatio. Tutkimus oli ensimmäinen Saarijärven reitillä tehty jatkuvatoiminen mittaus sekä ensimmäinen hajakuormituksen automaattisesta vedenlaadun seurannasta tehty tutkimus Keski-Suomessa. Tutkimusjakson tulosten perusteella jatkuvatoiminen veden laadun ja määrän mittaus toimii ja sen avulla voidaan arvioida maa- ja metsätalousvaltaisen valuma-alueen kiintoaine- ja ravinnekuormitusta luotettavasti myös tutkimusalueen kaltaisilla karkeilla hiekkamoreeni- ja hiesuvaltaisilla mailla.The objective of the thesis was to find out if a continuous measuring of water quality and quantity could give a reliable assessment of suspended solid loading and nutrient loading in coarse soil types in a drainage basin dominated by agriculture and forestry. The reliability of the continuous measuring was examined by comparing the results of the automatic probe of an In Situ automatic measurement station of Luode Consulting Limited with the results of water samples defined in a laboratory. The research time was 83 days from 1 September 2010 until 22 November 2010. The research material was assembled using an automatic In Situ probe installed in the main ditch. The measuring frequency was once an hour. In addition five separate water samples were taken from the research target, which were analyzed in a laboratory. The results were examined using statistical methods, for example regression analysis. It was discovered in the research that the results measured by automatic probes corresponded well with the results defined in the laboratory. A considerable positive correlation was discovered, for example, between turbidity and solid, turbidity and total phosphorus and also turbidity and soluble phosphorus. The loading of phosphorus in the research target was mainly soluble. This research was the first continuous measuring in Saarijärvi water route. Based on the results of the research period continuous measuring of water quality and quantity works and it helps to reliably estimate suspended solid loading and nutrient loading in a drainage basin dominated by agriculture and forestry also in coarse sand moraine or silt soils

Jatkuvatoiminen leväpitoisuuden mittaus kosteikkovedestä

Tutkimuksen tavoite oli selvittää, voidaanko kosteikkoveden leväpitoisuutta ja sen vaihtelua seurata jatkuvatoimisesti. Lisäksi tavoitteena oli edistää levänkasvatusmenetelmän kehittämistä luonnollisten leväkantojen hallittuun kasvattamiseen luonnon olosuhteissa maatalouden vesiensuojelukosteikolla tuottamalla tietoa veden ravinteiden ja lämpötilan vaihtelun sekä sääoloissa tapahtuvien muutosten vaikutuksista levien määrään tutkimuskohteella. Jatkuvatoimisen mittauksen luotettavuutta selvitettiin vertaamalla EXO2 In Situ Total Algae automaattisen mittausanturin a-klorofyllimittaustuloksia laboratoriossa määritettyihin vesinäytteiden tuloksiin. Tutkimusaika oli 103 vuorokautta ajalla 19.5. – 29.8.2016. Tutkimusaineisto kerättiin kahdella maatalouden vesiensuojelukosteikon tulouomaan asennetulla automaattisella In Situ mittausanturilla, joiden mittaustaajuus oli kerran tunnissa. Mittauskohteesta otettiin 15 yksittäistä vesinäytettä, jotka analysoitiin laboratoriossa. Seitsemästä vesinäytteestä analysoitiin a-klorofyllipitoisuus ja kahdeksasta näytteestä sameus, kiintoaineen, kokonais- ja nitraattitypen, kokonaisfosforin ja liukoisen orgaanisen hiilen pitoisuudet. Tuloksia tarkasteltiin tilastotieteen menetelmin yhden ja useamman selittävän muuttujan regressio-analyysien avulla. Tutkimuksessa havaittiin, että automaattiantureiden mittaamat tulokset vastasivat hyvin laboratoriossa määritettyjä tuloksia. Veden lämpötilan tai ravinnepitoisuuksien vaihtelun ja levämäärän välillä ei havaittu tilastollisesti merkitsevää yhteyttä. Tutkimusjakson tulosten perusteella kosteikkoveden leväpitoisuutta ja sen vaihtelua voidaan mitata luotettavasti jatkuvatoimisella a-klorofyllin ja fykosyaniinin fluoresenssin mittauslaitteistolla.The objective of the study was to find out whether the algae concentration of wetland water and its variation can be monitored constantly. A further objective was to promote the development of an algae cultivation method for controlled cultivation of algae strains in natural conditions, in agricultural water protection wetland. This was done by providing information about the effects of water nutrients and temperature variation and weather conditions changes on the amount algae. The reliability of the continuous measurements was examined by comparing the measurement results of chlorophyll a received from the EXO2 In Situ Total Algae automatic measurement sensor with the results of water samples defined in a laboratory. The research time was 103 days from 19 May 2016 to 29 August 2016. The research data was collected with two automatic In Situ probes installed in the wetland. The measuring frequency was once an hour. In addition, 15 separate water samples were taken from the research object which were analyzed in a laboratory. Seven water samples were analyzed for chlorophyll a and eight samples for turbidity and the concentration of suspended solids, total and nitrate nitrogen, total phosphorus and dissolved organic carbon. The results were examined using regression analysis for one or several explanatory variables. It was discovered that the results measured by automatic probes corresponded well with the results defined in the laboratory. There was no statistically significant connection between the variation of water temperature or nutrient concentrations and the amount of algae in this study. On the basis of the research period results, wetland water algae concentration and its variation be reliably can measured with the continuous measurement equipment of chlorophyll a and phycocyanin fluorescence

Development of Water Protection in agrarian Areas along Waterways in Saarijärvi, Central Finland

In Central Finland, hilly terrain and abundance of waterways cause challenges in controlling nutrient loads from fields to surface waters. This study applied new technologies to study nutrient loads and advanced water protection. Continuous automatic in situ monitoring of water quality produced accurate and real time information about nutrient loads. The loads varied according to weather conditions and topography, and are shifting from spring to year end. Injection of slurry prevented nutrient leaching. The manure balances implied that the amount of manure is not adequate for fertilizing all fields in the region. Local farmers’ attitudes to water protection were positive

Automaattinen vedenlaadun seuranta – pilottitutkimusta maa- ja metsätalousvaltaisella alueella Saarijärven vesireitin varrella

Saarijärven reitin vesistöistä yli puolet sijoittuu tyydyttävään tai sitäkin huonompaan käyttökelpoisuusluokkaan. Tässä tutkimuksessa selostetaan ensimmäisen ko. vesistöreitin varrella, kahdella pienellä metsä- ja maatalousvaltaisella valuma-alueella, toteutetun jatkuvatoimisen vedenlaadun seurannan tuloksia. Tutkimus on osa kolmevuotista, EU:n maaseuturahaston rahoittamaa ”MAISA - Maatalouden vesiensuojelun kehittäminen Saarijärven vesistöreitin varrella” –hanketta. Vuosina 2010 ja 2011 toteutettujen seurantajaksojen tavoitteena oli testata, miten jatkuvatoiminen, automaattinen vedenlaadun mittaus toimii Keski-Suomessa tyypillisillä, hiesu-hiekkamoreeni- ja turvepitoisilla mailla vedenlaadun ja hajakuormituksen arvioinnissa. Vedenlaatua seurattiin Saarijärvellä Tarvaalassa hiesu-hiekkamoreenivaltaisen valuma-alueen (129 ha) halki virtaavassa valtaojassa ja Satosuolla turvevaltaisen valuma-alueen (573 ha) halki virtaavassa purossa. Automaattisten mittausantureiden mittaustaajuus oli kerran tunnissa. Anturit mittasivat optisesti sameutta, nitraattitypen pitoisuutta ja liukoisen orgaanisen hiilen pitoisuutta. Arviot kokonaisfosfori- ja kiintoainepitoisuuksista laskettiin sameusarvojen perusteella vedenlaatumuuttujien välisiin riippuvuuksiin perustuen. Automaattisella vedenlaadun mittauksella saatiin tarkkaa tietoa hiekkamoreeni- ja hiesuvaltaisen sekä turvepitoisen valuma-alueen veden kiintoaine- ja ravinnepitoisuuksista. Jatkuvatoimisella vedenlaadun seurannalla pystyttiin havaitsemaan virtaamamuutosten aiheuttamat nopeat muutokset pitoisuuksiin, jotka yksittäisissä vesinäytteissä jäivät huomaamatta. Tutkimuksessa ilmeni kuitenkin, että kohdealueella ei voida ennustaa, esiintyykö veden sameuden ja kokonaisfosforipitoisuuden välillä korrelaatio kaikissa olosuhteissa. Silloin kun korrelaatio puuttuu, veden kokonaisfosforipitoisuutta ei pystytä arvioimaan automaattimittausten perusteella. Seurantajaksot sijoittuivat kahdelle hydrologisilta olosuhteiltaan hyvin erilaiselle vuodelle. Seurantajakson hydrologiset olosuhteet vaikuttivat ravinnekuormituksen määrään, esimerkiksi Tarvaalan tutkimusalueen nitraattityppikuormitus oli syksyllä 2011 noin puolitoistakertainen vähäsateisempaan vuoteen 2010 verrattuna. Seurantajaksolla 2011 Tarvaalassa peltoalueen (14 % valuma-alueesta) osuus valuma-alueen kokonaistyppikuormituksesta (494 kg) oli 60 %. Vuoden 2011 arvioidut kokonaistyppi ja -fosforikuormitukset lähentelivät molemmilla tutkimusalueilla yleisesti käytettyjä maatalouden ominaiskuormituslukuja, mutta vuonna 2010 (Tarvaalan) tutkimusalueelta tullut kuormitus oli moninkertaisesti yleisiä kuormituslukuja pienempi