Abstract Peatland drainage affects about half the peatland area in Finland. Drainage changes natural peatland hydrology and affects water quality through effects on peat decomposition, mineralization, and enhanced mobilization. Runoff water from degraded peatlands transports metals and nutrients and impairs downstream water quality. Peatland restoration through drain blocking can reverse or minimize the negative effects and return degraded peatlands to their natural state over time. In this thesis, a before-after-control-impact study was applied at national scale to 44 boreal peatlands representative of a south-north boreal climate gradient, to study peatland watertable and pore water quality responses to drainage and restoration. Runoff dynamics, watertable levels, and associated characteristics were studied after peatland forestry drainage and subsequent restoration at seven sites. Analysis of watertable-related hydrological responses of 24 drained and restored sites and 19 undisturbed control sites revealed that restoration generally returned watertable levels and fluctuations at restored sites to near-undisturbed levels. This created favorable high-watertable conditions under which peatland species typically flourish. Examination of drainage/restoration effects on local geochemical conditions by studying pore water quality at the same sites revealed that, compared with undisturbed sites, forestry drainage increased dissolved organic carbon (DOC), total phosphorus (Ptot), and total nitrogen (Ntot). Nutrient concentrations continued to increase in the first year after restoration because of significant peatland disturbance, but DOC and nutrient concentrations declined to near-undisturbed levels over time. Watertable level, soil and air temperature, peatland class, and trophic level influenced pore water quality. An investigation of catchment-scale runoff processes in response to drainage and restoration revealed the complexity of runoff dynamics in peatlands. The amount of event runoff water varied between sites, but disturbed sites had higher mean runoff efficiency than undisturbed sites. Raising the watertable increased mean runoff efficiency compared with drained and undisturbed control sites, as shown by higher mean event runoff coefficient. In periods of no rainfall, low flow in all treatment conditions (disturbed, restored, undisturbed) was similar. During rainfall, the drainage networks at disturbed sites created short flow paths and water reached the outlets faster. Watertable-related storage (i.e., specific yield) at disturbed sites was significantly smaller than at other sites, but restoration raised the watertable to near-undisturbed levels into the layer of less decomposed and significantly higher specific yield. Comparing the success of restoration against peatland ecological functions revealed some improvements to restoration techniques that could improve restoration efficiency. However, better hydrological indicators of peatland disturbance are needed. / Tiivistelmä Suomessa on ojitettu iso pinta-ala turvemaita. Ojituksen seurauksena turvemaiden hydrologia on muuttunut ja valumavesien laatu heikentynyt orgaanisen aineksen hajoamisen, mineralisaation ja ravinteiden liikkeellelähdön seurauksena. Valumavedet sisältävät usein metalleja ja ravinteita, jotka heikentävät alapuolisten vesistöjen laatua ja ekologista tilaa. Turvemaiden ennallistaminen ojia tukkimalla tai patoamalla voi vähentää näitä haitallisia vaikutuksia ja palauttaa suoekosysteemin luonnollisen toiminnan ajan saatossa. Tässä väitöstyössä hyödynnettiin kansallista soiden ennallistamisen monitorointiverkostoa, jossa on vedenlaadusta, valunnasta ja vesipintojen korkeudesta aineistoa ennen ja jälkeen soiden ennallistamisen sekä vastaavaa aineistoa luonnontilaisilta vertailualueilta. Tämä aineisto mahdollisti ojituksen ja ennallistamisen hydrologisten vaikutusten tutkimisen ”Ennen-Jälkeen-Kontrolli” – asetelmalla. Tutkimuksessa oli 44 tutkimuskohdetta, jotka edustivat kattavasti Suomen eri ilmastovyöhykkeitä. Näistä seitsemällä kohteella tutkittiin myös valunnan muodostumisen dynamiikkaa turvemetsätalousmailla, ennallistetuilla soilla sekä luonnontilaisilla soilla. Tutkimuksen havaittiin, että ennallistamisen seurauksena vesipintojen taso ja vaihtelu palautui (24 kohdetta) lähelle luonnon tilaa (19 kohdetta). Tulos osoittaa, että kunnostus mahdollistaa suoekosysteemille tyypillisten kasvien palautumisen. Vedenlaatuun liittyvät selvitykset sen sijaan osoittivat, että ojituilla alueilla liuennut orgaaninen hiili (DOC), kokonaisfosfori (Ptot) ja kokonaistyppi (Ntot) pitoisuudet olivat korkeita huokosvesissä. Ravinnepitoisuudet kohosivat edelleen ensimmäisenä vuotena ennallistamisen jälkeen, sillä varsinaiset ennallistamistoimet (puiden kaato, ojien tukkiminen) aiheuttivat häiriötä alueella. Tästä huolimatta DOC ja ravinnepitoisuudet laskivat lähemmäksi luonnontilaisia vertailualueita seuraavina vuosina. Aineiston perusteella, vesikorkeus, maaperän ja ilman lämpötila, suotyyppi ja suon ravinnetaso vaikuttivat veden laatuun. Valunnan vasteet valuma-alueella osoittivat monimutkaisia valunta-sadantaprosesseja turvemailla. Nuoren veden osuus valunnasta sateiden jälkeen vaihteli suuresti tutkimuskohteilla, mutta ojitetuilla/myöhemmin ennallistetuilla kohteilla oli keskimääräistä suurempi valunnan osuus kuin luonnontilaisilla vertailualueilla. Vesikorkeuden nosto ennallistuksessa lisäsi valunnan määrää verrattuna ojitettuun tilanteeseen tai luonnontilaiseen tilanteeseen. Ajanjaksoilla, ilman sadantaa, valuntaprosessit olivat hyvin samankaltaiset ojitetuilla ja myöhemmin ennallistetuilla sekä luonnontilaisilla vertailualueilla. Sateiden jälkeen ojaverkosto muodosti lyhyitä virtausreittejä ja viipymää valuma-alueella. Vesivarastoa kuvaava ominaisantoisuus oli ojitetuilla aluilla merkittävästi heikompi kuin luonnontilaisilla kohteilla. Ennallistaminen vedenkorkeutta nostamalla sen sijaan näkyi merkittävästi korkeampana ominaisantoisuutena. Tätä selittää heikommin maatunut turvekerros suon pinnalla. Työn tulokset edistävät tietoa suokunnostuksen hydrologiasta. Tuloksia voidaan käyttää arvioimaan ja suunnittelemaan soiden ennallistamisen toimenpiteitä ja vaikutuksia.

Abstract Treatment wetlands (TW) constructed on natural wetlands potentially perform efficient purification of wastewater, but the longevity of TWs at northern latitudes is not well known. This thesis examined processes affecting nutrient and suspended solids (SS) retention in TWs during their lifetime. In total, 15 TWs were studied using water and peat quality and gas flux data for different TW life lengths, the longest period being 18 years. The TWs commonly retained nutrients and suspended solids efficiently, even after 18 years of wastewater loading. For nitrogen (N) removal, sedimentation, nitrification-denitrification and plant uptake were efficient processes in the wetlands studied. However, emissions of nitrous oxide (N2O) from TWs are not a major contributor to climate change due to the small total surface area of TWs. The significance of anaerobic ammonium oxidation (anammox) and other newly discovered nitrogen processes in TWs remains to be clarified. Phosphorus (P) adsorption capacity in TWs remained efficient over a 12-year study period, the process being continuous when surfaces for adsorption were available or freed up through alternating absorption/desorption/adsorption. Phosphorus accumulation by peat accretion was low, but has not been well assessed in northern TWs receiving nutrient-rich waters. Iron (Fe) and aluminium (Al) in peat extraction runoff and purified wastewater from sewage treatment plants were of great importance for precipitation of P in TWs. Filtration and sedimentation of organic humic substances with Fe- or Al-bound P were other probable P retention pathways. In peat extraction runoff, Fe was more significant than Al for P retention, but Fe-bound P is susceptible to desorption in anaerobic environments, whereas Al-bound P is more strongly retained. Suspended solids were generally retained well, although there was great variation in percentage retention in individual TWs in different years and different seasons. Changes in discharge affected SS transportation and retention. SS were retained by sedimentation, the rate of which was affected by particle size. It is plausible that smaller particles from old peat extraction areas where the extracted peat has a high humification degree erode more easily than poorly humified particles in surface peat. Weakened SS retention may also have been caused by development of preferential flow areas (PFA) in TWs, changes in sediment delivery characteristics and sampling involving too few samples to show SS transportation sufficiently accurately for estimating SS retention. Thus TWs are potentially ideal for purification of wastewater and can have high purification efficiency even after long-term use in northern regions. They are also more widely applicable as long as their limitations are understood. / Tiivistelmä Kosteikkopuhdistamot, jotka on rakennettu luonnonkosteikoille, voivat tehokkaasti vähentää erilaisten maankäyttömuotojen ja pistekuormituslähteiden vesistökuormitusta. Niiden käyttöikää pohjoisilla alueilla ei kuitenkaan tunneta hyvin. Tässä väitöskirjassa tarkastellaan kosteikkopuhdistamoissa tapahtuvia biologisia, kemiallisia ja fysikaalisia prosesseja, joilla on vaikutusta ravinteiden ja kiintoaineen pidättymiseen. Yhteensä 15 eri-ikäisen kosteikkopuhdistamon toimintaa tutkittiin veden ja turpeen laadun sekä kasvihuonekaasumittausten avulla. Näistä vanhinta kosteikkoa oli tutkimusta tehdessä käytetty 18 vuotta turvetuotannon valumavesien puhdistukseen. Tyypillisesti kosteikkopuhdistamot pidättivät ravinteita ja kiintoaineita tehokkaasti jopa 18 vuoden käytön jälkeen. Typenpoistossa sedimentaatio, nitrifikaatio-denitrifikaatio ja kasvien ravinteidenotto olivat tutkituilla kosteikoilla tehokkaita prosesseja. Kosteikkopuhdistamoiden typpioksiduulipäästöt (N2O) ilmaan eivät kuitenkaan ole merkittäviä ilmastonmuutoksen aiheuttajia, koska tällaisten kosteikkopuhdistamoiden kokonaispinta-ala on pieni. Anammox- (anaerobic ammonium oxidation) ja muiden viimeaikoina muissa tutkimuksissa havaittujen typpiprosessien merkitys kosteikoilla tulisi vielä selvittää. Fosforin adsorptiokyky kosteikkopuhdistamoilla pysyi tehokkaana 12 vuoden tutkimusjaksolla, koska niissä adsorptiopintoja oli joko vapaana tai niitä vapautui absorptio- ja desorptioprosessien seurauksena. Kosteikkopuhdistamolla fosforin kertyminen turpeen muodostuksessa arvioitiin vähäiseksi, tosin kertymistä ei ole tarkkaan määritetty pohjoisilla kosteikkopuhdistamoilla, joihin tulee ravinteikasta vettä. Turvetuotannon valumavesissä ja jätevedenpuhdistamoilta tulleissa vesissä orgaanisten humusaineiden rautaan ja alumiiniin sitoutuneen fosforin suodattuminen ja sedimentoituminen olivat muita todennäköisiä fosforin pidättymismekanismeja kosteikoilla. Turvetuotannon valumavesissä rauta oli alumiinia merkittävämpi tekijä fosforin pidättymisessä. Rautaan sitoutunut fosfori on kuitenkin altis desorptiolle hapettomissa olosuhteissa, kun taas alumiiniin sitoutunut fosfori pidättyy pysyvämmin. Kiintoaines pidättyi kosteikkopuhdistamoissa yleensä hyvin, vaikka pidättyneen aineen osuudessa kokonaiskuormituksesta oli suurta vaihtelua yksittäisissä kosteikkopuhdistamoissa eri vuosina ja eri vuodenaikoina. Muutokset virtaamissa vaikuttivat kiintoaineksen kulkeutumiseen ja pidättymiseen. Kiintoaines pidättyy sedimentaatiossa, jonka suuruuteen vaikuttaa kiintoaineen partikkelikoko. On todennäköistä, että vanhojen turvetuotantoalueiden korkean humusasteen pienikokoiset turvepartikkelit erodoituvat helpommin kuin pintaturpeen vähemmän hajonneet partikkelit. Heikentynyt kiintoaineen pidättyminen saattaa aiheutua myös kosteikkopuhdistamoiden oikovirtauksien kehittymisestä, muutoksista sedimentin kulkeutumistavoissa ja liian harvoista näytteenotoista, jolloin ei pystytä riittävän tarkasti arvioimaan kiintoaineksen pidättymistä. Kosteikkopuhdistamot voivat olla ideaalisia jätevesien puhdistamiseen ja ovat osoittaneet hyvää puhdistustehokkuutta myös pitkäaikaisessa käytössä pohjoisissa olosuhteissa. Siten ne ovat laajasti sovellettavissa, kunhan niiden käyttömahdollisuuksien rajoitteet on otettu huomioon.

Abstract Streams and rivers have been extensively altered by humans. Channelization and land use have changed stream habitats and water quality with adverse effects on biota and ecosystem functions. Impacted streams have been targets for restoration, but there is considerable lack of understanding how streams should be restored in an ecologically effective way. In this doctoral thesis, I studied the impacts of channelization (for timber floating) and agricultural diffuse pollution on stream biota. I also studied the effectiveness of restorations of forestry impacted streams stressed by excessive sand sedimentation from catchment drainage. Finally, I also studied the effects of mosses, fine sediment and enhanced dispersal on stream macroinvertebrate communities and ecosystem functions. I found that channelization did not have effect on diatom, macrophyte, macroinvertebrate and fish assemblages, whereas diffuse pollution had strong effects, with no interactions between the two stressors. I showed that excessive sedimentation from forest drainage was harmful for stream biota but had no effect on leaf decomposition and algal accrual rate. Restoration with boulders reduced sand cover and was more beneficial for in-stream biodiversity, whereas restoration with wood tended to increase hydrological retention of stream channels, thereby altering riparian plant assemblages toward more natural composition. In a mesocosm experiment, I found mosses to have a strong impact on macroinvertebrate communities and ecosystem functions. Mosses increased organic matter retention and reduced algal accrual rate and leaf decomposition. The effect of mosses on macroinvertebrates was stronger than that of sand sedimentation, and mosses mitigated some of the negative effects of sand. Extensive dispersal had a distinct imprint on invertebrate community composition but did not blur the effect of mosses and sand on communities, suggesting strong local-scale environmental control of composition. My thesis emphasizes that priority in stream restoration should be in the mitigation of diffuse pollution rather than restoration of channel morphology, especially in streams where channel alteration has been fairly modest, as in the case of timber floating. Addition of both boulders and large wood likely yields the best biodiversity response in the restoration of forestry impacted streams. Mosses are a key component of boreal lotic ecosystems; therefore, the recovery of mosses may be a prerequisite for the full recovery of biodiversity and ecosystem integrity of boreal streams. / Tiivistelmä Ihmisen toiminta on laajasti muokannut virtavesiä. Uomien kanavointi ja maankäyttö ovat muuttaneet virtavesien elinympäristöjä ja veden laatua, millä on ollut haitallisia vaikutuksia virtavesien luonnon monimuotoisuuteen ja ekosysteemin toimintaan. Huonokuntoisia virtavesiä on kunnostettu paljon, mutta ymmärrys siitä, kuinka virtavesiä tulisi kunnostaa parhaan ekologisen lopputuloksen saavuttamiseksi, on edelleen vajaata. Tutkin tässä väitöskirjassa uittoperkausten ja maatalouden hajakuormituksen merkitystä ja yhteisvaikutusta virtavesien eliöyhteisöihin. Tutkin myös kunnostusten vaikutusta hiekasta kärsivissä metsätalouden muokkaamissa puroissa, sekä vesisammalten, hiekan ja eliöiden levittäytymisen merkitystä purojen pohjaeläinyhteisöjen ja ekosysteemin toimintojen muovautumisessa. Havaitsin, että uoman perkauksilla ei ollut vaikutusta virtavesien eliöyhteisöihin, mutta hajakuormituksen vaikutus oli voimakas. Perkauksella ja hajakuormituksella ei ollut yhteisvaikutuksia eliöyhteisöihin. Osoitin, että metsäojituksista aiheutuva ylimääräinen hiekan sedimentaatio on haitallista virtavesien eliöille, mutta sillä ei ollut vaikutusta lehtikarikkeen hajotukseen tai päällyslevien tuotantoon. Kunnostukset joissa käytettiin kiveä vähensivät hiekan peittävyyttä ja olivat hyödyllisempiä uoman eliöstölle kuin kunnostukset, joissa tehtiin puurakennelmia. Puukunnostukset kuitenkin lisäsivät uoman vedenpidätyskykyä ja siten muokkasivat rantavyöhykkeen kasvillisuutta luonnontilaisemmaksi. Havaitsin, että vesisammalilla on voimakas vaikutus pohjaeläinyhteisöjen koostumukseen. Sammalet vaikuttivat ekosysteemin toimintoihin lisäämällä eloperäisen aineksen pidättymistä ja vähentämällä lehtikarikkeen hajotusta ja päällyslevien tuotantoa. Sammalten vaikutus pohjaeläimiin oli voimakkaampi kuin hiekan, ja sammalet kykenivät jopa lieventämään joitakin hiekan negatiivisia vaikutuksia. Eliöiden levittäytymisellä oli selvä vaikutus yhteisöjen koostumukseen, mutta se ei hävittänyt hiekan ja sammalen vaikutusta, mikä viittaa korkeaan ympäristötekijöiden merkitykseen yhteisöjen rakentumisessa. Tutkielmani korostaa, että maatalousjokien tilan parantamisessa hajakuormituksen hallinta tulisi olla ensisijainen kunnostustavoite uoman rakenteen kunnostamisen sijaan. Metsätalouden vaikutuksista kärsivissä puroissa kivi- ja puumateriaalin käyttö samanaikaisesti tuottaa luultavimmin laajimman vaikutuksen purojen monimuotoisuuteen. Sammalilla on merkittävä vaikutus muiden eliöiden yhteisökoostumukseen ja ekosysteemin toimintoihin, joten sammalten palautuminen on tärkeä kunnostustavoite virtavesissä, joissa on luonnostaan paljon sammalkasvustoa.

Abstract Mechanical harvesting of peat changes the original mire ecosystem completely, and without active measures these areas may remain non-vegetated even for decades. Afforestation is one of the most popular after-use options for cut-away peatlands in Finland since it has both economic and aesthetic values. Recycling of wood-ash as a fertilizer has been studied extensively in peatlands drained for forestry. Wood-ash is reported to promote tree growth in these areas without any significant negative impact to the environment and could, therefore, be a suitable option also on cut-away peatlands. However, the environmental effects of ash-fertilization on cut-away areas and on ground vegetation are not fully understood. The impact of wood- and peat-ash application on the early establishment of ground vegetation and downy birch (Betula pubescens) seedlings and on post-fertilization element concentrations in plants and peat substrate were studied in a cut-away peatland. Six treatments of wood-ash, peat-ash, biotite or Forest PK-fertilizer were replicated in three blocks in different mixtures and quantities corresponding to 50 kg ha-1 of phosphorus. All the fertilizers accelerated the revegetation of the bare peat surface significantly, whereas the establishment of plants in the unfertilized area was non-existent even several years after the peat harvesting had ceased. The most striking difference between the wood- and peat-ash-fertilizers and the commercial Forest PK-fertilizer was the extensive coverage of fire-loving moss species in all the areas where ash was spread. Wood- and peat-ash application also accelerated the germination and early establishment of downy birch seedlings more efficiently than the PK-fertilizer. Ground vegetation proved to be highly important in increasing the early biomass production and carbon sequestration on ash-fertilized cut-away peatland. In addition, the below-ground biomass was equal to the above-ground biomass, or even greater. Both wood- and peat-ash fertilization ensured an adequate level of nutrients for the early establishment of ground vegetation and birch seedlings in a cut-away peatland. The mosses and herbaceous plants proved to have a major role in retaining the nutrients and heavy metals that otherwise might have leached away from the ash-fertilized cut-away site during the early stages of the afforestation. Although both wood- and peat-ash proved to be suitable for the initial fertilization of afforested cut-away peatlands, a later application of nutrients may be needed to guarantee the growth in a energy-wood stand of downy birch over its entire rotation. / Tiivistelmä Turvetuotannon päätyttyä jäljelle jäävä suopohja on aluksi täysin paljas ja vailla maaperän siemenpankkia. Kasvipeitteen luontainen uudistuminen voi viedä jopa vuosikymmeniä. Ympäristönhoidollisesti onkin tärkeää, että suopohjat otetaan uuteen käyttöön mahdollisimman nopeasti tuotannon päätyttyä. Metsitys on tällä hetkellä suosituin suopohjien jälkikäyttömuoto Suomessa. Suopohjan turpeessa on tyypillisesti runsaasti typpeä, mutta niukasti muita kasvuun tarvittavia ravinteita. Puutuhka on osoittautunut pitkäaikaisissa metsäojitettujen turvemaiden tutkimuksissa kilpailukykyiseksi vaihtoehdoksi kaupallisille lannoitteille. Energiantuotannon sivutuotteena syntyvä puu- ja turvetuhka voisi soveltua hyvin myös suopohjien lannoitteeksi. Tuhkan käytöstä lannoitteena turvetuotannosta vapautuneilla suopohjilla ei kuitenkaan ole riittävästi tutkimustietoa. Tässä työssä tutkittiin puu- ja turvetuhkan vaikutuksia turvetuotannosta vapautuneen suopohjan kasvittumiseen ja puun taimien alkukehitykseen viiden ensimmäisen kasvukauden ajan. Lisäksi tutkittiin kasvillisuuden ravinne- ja raskasmetallipitoisuuksien muutoksia sekä turpeen ravinteisuutta lannoituksen jälkeen. Kaikki lannoitteet nopeuttivat merkittävästi kasvillisuuden muodostumista paljaalle suopohjalle, kun taas lannoittamaton alue pysyi kasvittomana. Tuhkalannoitetuille alueille syntyi nopeasti laajoja palopaikoilla viihtyvien pioneerisammalten kasvustoja, jotka peittivät ja samalla sitoivat paljaan ja irtonaisen turvemaan pinnan. Tuhkalannoitus edisti myös koivun taimien alkukehitystä tehokkaammin kuin kaupallinen Metsän PK-lannoite. Sammalista ja ruohovartisista kasveista muodostuva aluskasvillisuus ylitti puuntaimet selvästi biomassan määrässä ja toimi metsityksen alkuvaiheessa puuntaimia merkittävämpänä hiilensitojana. Lisäksi kasvien maanalainen biomassa oli maanpäällistä biomassaa suurempi. Sekä puu- että turvetuhka takasivat riittävän määrän ravinteita energiapuumetsikön alkukehitykselle. Aluskasvillisuus osoittautui tärkeäksi tuhkasta liukenevien ravinteiden ja raskasmetallien sitojaksi metsityksen alkuvaiheessa. Vaikka sammalten kadmiumpitoisuudet nousivat tuhkalannoituksen seurauksena, ne olivat kuitenkin alhaisia Suomessa aiemmin mitattuihin sammalten yleisiin pitoisuuksiin suhteutettuna. Tuhkalannoitus ei lisännyt haitallisten raskasmetallien pitoisuuksia koivun taimien ja ruohovartisten kasvien lehdissä ja varsissa. Tutkimuksen tulokset tukevat puu- ja turvetuhkan käyttöä energiapuumetsiköiden alkuvaiheen lannoitteena turvetuotannosta vapautuneilla suopohjilla.

Abstract There are various after-use options on the cut-away peatlands, depending on the characteristics of the soil. If the soil is devoid of rock, cultivation of reed canary grass is a profitable after-use option. The aim of this study was to determine how characteristics of peat, peatland surroundings and fertilizers influence the element uptake of reed canary grass. In the present investigation the peat production areas of Luesuo, Piipsanneva and Jouttenisenneva were selected as study areas. A comprehensive sampling programme was carried out in each of the study areas. In addition, two experimental areas for cultivation of reed canary grass were established in Luesuo and Hankilanneva between 2004 and 2005. The results obtained indicate that all study areas were suitable for cultivating reed canary grass, but fertilizers must be added to make up nutrient deficiencies. The study areas were very clean from heavy metals. The results also suggest that the characteristics of peat or surroundings of peatland do not influence the nutrient level of peat significantly, considering the cultivation of reed canary grass. The large geochemical provinces have a smaller impact on nutrient and heavy metal levels in the peat on the peat cut-away areas compared to smaller geochemical units. Heavy metal content in the peat and in the mineral soil under the peat seems to correlate. Reed canary grass does not uptake heavy metals from the cultivation media effectively. Liming slag was better for liming in cultivation of reed canary grass than ash. Although ash has large amounts usable nutrients, especially potassium, it did not raise the heavy metal content in peat to harmful levels, it can therefore be used in the cultivation of reed canary grass. Stock fertilized fur animal manure compost produced almost as much biomass as optimized artificial fertilizers. After the correction of nutrient deficiencies, compost is suitable for the cultivation of reed canary grass in peatlands. Because the total nutrient levels are high in compost, its fertilizer effect lasts longer than in artificial fertilizers, where nutrients are all in a dissolved form. Already in the first growing season the cultivation of reed canary grass changed the cut-away peatland from a carbon source to a carbon sink. In this respect, the reed canary grass cultivation can be used to produce bioenergy to replace fossil fuels in accordance with the goals of Kyoto Protocol. / Tiivistelmä Turvetuotannosta vapautuneella suopohjalla toteutetaan erilaisia jälkikäyttötapoja riippuen suopohjan ominaisuuksista. Jos suopohja on kohtuullisen kivetöntä, ruokohelpiviljely on kannattavaa. Viljelty ruokohelpi poltetaan turpeen tai hakkeen seassa. Tämän tutkimuksen tarkoitus oli selvittää miten pohjaturpeen ja suopohjan ympäristöalueiden ominaisuudet sekä viljelyyn käytetyt lannoite- ja kalkitusaineet vaikuttavat ruokohelpin käyttämiin ravinteisiin. Ruokohelpiviljelyn lannoituskustannukset ovat suuret, joten suopohjan luontainen ravinnetila kannattaa huomioida lannoitusta suunniteltaessa. Suopohjan ravinnetila saadaan selville laatimalla alueelle viljavuusanalyysi. Kyseisen analyysin yhteydessä on hyödyllistä tehdä myös raskasmetallianalyysit, jotta viljelykäyttöön tulevan suopohjan puhtaudesta voidaan varmistua. Tutkimuksen kohdealueiksi valittiin Luesuon, Piipsannevan ja Jouttenisennevan turvetuotantoalueet. Lisäksi tutkimusta varten perustettiin ruokohelpin viljelykoealueet Luesuolle ja Hankilannevalle vuosina 2004 ja 2005. Tutkimusalueilla suoritettiin kattava näytteenotto. Näytteistä analysoitiin tärkeimmät kasviravinteet sekä joukko raskasmetalleja. Tulosten perusteella tutkimusalueille laadittiin viljavuusluokittelu. Tutkimusalueet soveltuvat hyvin ruokohelpiviljelyyn, mutta ravinnepuutokset tulee korjata lannoituksella käytettäen suopohjille suositeltua lannoitusta. Tutkimusalueet osoittautuivat puhtaiksi raskasmetalleista. Tutkimuksen kohteina olleiden suopohjien liukoisen kaliumin ja fosforin pitoisuudet olivat hyvin alhaisia, eivätkä turpeen tai ympäristön ominaisuudet vaikuttaneet niiden pitoisuuksiin ruokohelpiviljelyn kannalta merkittävästi. Liukoisen magnesiumin ja kalsiumin pitoisuudet sen sijaan vaihtelivat tutkituilla suopohjilla kohtuullisen paljon riippuen turpeen ominaisuuksista. Geokemiallisella provinssilla ei todettu olevan niin suurta merkitystä suopohjien lopputurpeiden alkuainepitoisuuksiin kuin pienemmillä geokemiallisilla yksiköillä. Tutkittujen suopohjien turpeen ja sen alla olevan kivennäismaan raskasmetallipitoisuudet korreloivat keskenään. Tutkimustulosten mukaan kasvualustan raskasmetallit eivät siirry tehokkaasti ruokohelpiin. Poikkeuksena olivat sinkin ja molybdeenin pitoisuudet, joita ruokohelpissä esiintyi korkeampina pitoisuuksina kuin kasvualustassa. Haitallisten raskasmetallien pitoisuudet olivat huomattavasti alhaisempia ruokohelpissä kuin kasvualustassa. Ruokohelpi sisälsi raskasmetalleja erittäin pieninä pitoisuuksina, joten viimeisen kasvukuukauden muutokset olivat vaikeasti tulkittavissa. Näyttää kuitenkin siltä, että ruokohelpi siirtää ainakin osan kuparista, sinkistä ja molybdeenistä juuristoonsa talven ajaksi. Suoritettujen lannoituskokeiden perusteella teräskuona soveltuu voimalaitostuhkaa paremmin turvekentän kalkitukseen ruokohelpiviljelyssä. Voimalaitostuhka sisältää kuitenkin huomattavia määriä hyödynnettäviä ravinteita, etenkin kaliumia. Tutkimuksessa havaittiin, ettei voimalaitostuhka lisännyt edes ylisuurina annoksina kasvualustan raskasmetallipitoisuuksia haitallisesti, joten sitä voidaan käyttää ruokohelpiviljelyssä. Varastolannoitetulla kompostilla saavutettiin lähes yhtä hyvä ruokohelpisato kuin optimoidulla mineraalilannoitteella. Näin ollen turkislantakompostia voidaan ravinnekorjausten jälkeen käyttää mainiosti ruokohelpiviljelyyn. Kompostin ravinnevaikutus on myös suurten kokonaisravinnepitoisuuksien vuoksi pidempi kuin mineraalilannoitteilla. Fosforin varastolannoitus turkislantakompostilla onnistui ensimmäisen kasvukauden perusteella hyvin. Tutkimuksessa todettiin, että jo ensimmäisenä kasvukautena ruokohelpiviljelyllä saadaan muutettua hiililähteenä toimiva entinen turvetuotantoalue hiilinieluksi. Ruokohelpiviljelyllä tuotetulla bioenergialla voidaan lisäksi korvata fossiilisia polttoaineita Kioton ympäristösopimuksen tavoitteiden mukaisesti.