1. No category

Maatalous-metsätieteellisen tiedekunnan valintakoe 18.5.2015
Elintarviketieteet, aineistotehtävien mallivastaukset
1. Muutokset ilmakehän koostumuksessa: miten ja miksi tilanne Euroopassa ja PohjoisAmerikassa eroaa Aasian tai Etelä-Amerikan tilanteesta?
Rikkidioksidin (SO2), typen oksidien (NOx) ja haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (VOC) sekä raskasmetallien
päästöt ovat vähentyneet Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa viime vuosikymmenien aikana. Muutoksen
syitä ovat mm. vähentämiseen tähtäävän politiikan onnistuminen sekä saastuttavan teollisuuden
taantuminen. Rikidioksidipitoisuudet ovat vähentyneet jopa 80% Länsi-Euroopassa. NOx-pitoisuuksissa on
laskeva suuntaus vaikka niiden pitoisuudet voivat paikallisesti vaihdella suuresti mm. liikennetiheyden
mukaan. Ilmakehän NOx- ja ammoniakkipäästöjen arviointiin liittyy kuitenkin epävarmuutta.
2p
Viljelymaan ammoniakkipitoisuudet riippuvat viljelymaiden päästöistä. Haihtuvien orgaanisten yhdisteiden
pitoisuudet vaihtelevat suuresti, koska näiden päästöjen lähteitä on hyvin erilaisia. Raskasmetallien päästöt
ovat yleisesti vähentyneet Euroopassa vaikka joissakin Itä-Euroopan maissa esiintyy edelleen suuria
päästöjä.
1p
Tilanne on päinvastainen Aasiassa, Afrikassa ja Latinalaisessa Amerikassa. Näiden alueiden kehittyvillä
seuduilla, joilla väestönkasvua ja teollistumista on seurannut liikenteen ja energiankulutuksen kasvu, ovat
päästöt lisääntyneet. Näillä alueilla puuttuvat myös päästörajoitukset.
1p
Hiilidioksidin määrä ilmakehässä on kasvanut tasaisesti kaikkialla maailmassa esiteollisesta ajasta
nykypäivään asti.
Otsonipitoisuuksien kasvun ennustetaan sijoittuvan Aasiaan, Etelä-Afrikkaan, Etelä-Eurooppaan ja
Yhdysvaltoihin. Vaikka päästöjän onkin onnistuttu vähentämään useilla alueilla maailmassa, ovat
troposfäärin otsonipitoisuudet silti korkeita kaikkialla maailmassa.
1p
Vastauksen oikeakielisyys ja selkeys
1p
Yhteensä
6p
2. Millä tavalla/ miten kasvit altistuvat ilman saasteille?
Määritelmän mukaisesti ilmansaaste on ”ilmakehän kemiallinen ainesosa, jonka pitoisuus on
ihmisen toiminnan seurauksena kohonnut normaalia korkeammaksi”. Ilmansaasteet, jotka voivat
toimia myös makroravinteina, voivat olla kaasumaisia, kuten CO2, SO2, NO, NO2 ja NH3, tai ne
esiintyvät hiukkasina, kuten NH4+, NO3-N, SO3-S, P, Ca ja Fe. Haitallisia tai toksisia vaikutuksia on
sellaisilla kaasumaisilla yhdisteillä kuin O3, SO2, NO2, NH3, HF, peroksiasetyylinitraatti, ei-
metaaniset hiilivedyt ja haihtuvat orgaaniset yhdisteet, sekä sellaisilla metalleilla kuin Pb, Cd ja Hg
tai liiallisina pitoisuuksina esiintyvillä ravintoaineilla, kuten N, S, Zn ja Al.
2p
Saasteen pitoisuus vaihtelee eri aikoina eri paikoissa. SO2, HF tai NH3 voi olla vallitseva vain
lähteensä läheisyydessä, jolloin vaikutuskin on paikallinen. O3:a esiintyy globaalisti ja sitä
pidetäänkin tärkeimpänä saastuttajana tällä hetkellä.
1p
Saasteiden kulkeutumismekanismit:
Kaasumaiset yhdisteet siirtyvät diffundoitumalla ilmakehästä kasvien latvuksiin pääasiassa lehtien
ilmarakojen kautta. Diffuusiota tapahtuu jonkin verran myös kasvien ulkopintojen kutikulan kautta
ja maaperän kautta.
1p
Aerosolit ja sedimentoituvat hiukkaset (mm. raskasmetallit) laskeutuvat suoraan kasvien tai maan
pinnalle. Epäsuorasti laskeumat kulkeutuvat maanpinnalle huuhtouduttuaan kasvien pinnalta
maahan tai saastuneen kasvin maatuessa. Maasta saasteet voivat imeytyä uudelleen kasveihin
juurien kautta.
1p
Vastauksen oikeakielisyys ja selkeys
1p
Yhteensä
6p
3. Miksi otsonin vaikutusta kasveihin on vaikea arvioida?
Otsonialtistuksen aiheuttamien satojen menetysten ja taloudellisten tappioiden luotettavaa arviointia
vaikeuttaa se, että tutkimuksissa O3-altistuksen pitoisuudet ovat usein olleet ulkoilman pitoisuuksia eivätkä
kasvien varsinaisen otsonin talteenoton pitoisuuksia. Tällaiset mittarit eivät ota huomioon kasvien
reaktioiden annoskohtaista luonnetta.
0,5 p
Arvioissa on otettu huomioon vain O3:n suorat vaikutukset viljelykasvien kasvuun, epäsuorat vaikutukset
kasvien terveyteen on jätetty huomioimatta. On myös tavallista, että jonkin kasvin eri lajikkeiden O3herkkyys vaihtelee.
0,5p
Otsonin vaikutuksesta kasvien laatuun ja ravintoarvoon tiedetään vielä varsin vähän ja vaikutukset ovat
sekä myönteisiä että kielteisiä. Esim. O3 pienentää vehnän satoa, mutta lisää jyvien proteiinipitoisuutta.
O3:lla on myönteisiä vaikutuksia perunan laatuun. Se pienentää mukuloiden pelkistävien sokereiden
pitoisuutta ja suurentaa C-vitamiinipitoisuutta. Rapsille O3-altistus aiheuttaa sekä öljy-, proteiini- että
hiilihydraattipitoisuuden pienenemistä. Kielteisiä vaikutuksia on havaittu myös kasvirehun laadussa ja
ravintoarvossa. Ympäristöllisesti merkittävät O3-pitoisuudet voivat aiheuttaa näkyviä vaurioita salaatin,
pinaatin ja sipulin lehtiin, jolloin niistä tulee myyntikelvottomia.
1p
Ilman saasteiden yhdistelmät voivat aiheuttaa synergistisiä tai antagonistisia vaikutuksia. Antagonistisia
vaikutuksia esiintyy, kun kasveja altistetaan peräkkäin eri kaasuille (esim. O3/NO2) ja/tai melko pieniä
pitoisuuksia typpi- tai rikkipitoisia kaasuja yhdistetään otsoniin. Tällöin kasvit kykenevätkin hyödyntämään
ylimääräisen rikin tai typen lähteen.
0,5 p
Synergistisiä vaikutuksia esiintyy, kun kasvit altistetaan samanaikaisesti O3:lle ja suurelle pitoisuudelle
jotakin toista saastetta. Euroopan ja Pohjois-Amerikan tilanteessa SO2 tai NO2 eivät lisää otsonin
aiheuttamaa riskiä. Kehittyvissä maissa, joissa SO2-, NOx- ja O3-pitoisuudet kasvavat nopeasti, vaikutus
viljelykasvien satoon on selvästi suurempi.
0,5 p
Tulevaisuudessa CO2-pitoisuuden kasvulla on potentiaalia lieventää O3:n haitallisia vaikutuksia, sillä CO2
heikentää ilmarakojen johtokykyä ja siten O3:n talteenottoa. Toisaalta O3 rajoittaa myönteisiä CO2:n
reaktioita monissa kasveissa.
0,5 p
O3-altistus lisää altiutta nekrotrofisille taudinaiheuttajille, mutta toisaalta otsoni vähentää obligatorisia
biotrofisia tauteja. Virusinfektiot suojaavat O3-vaurioilta, mutta tilanne on isäntäkasvista ja viruksesta
riippuvainen.
0,5 p
Tulevaisuudessa CO2-pitoisemmassa ilmastossa kasveilla on usein enemmän biomassaa, suuremmat C/Nsuhteet ja pienempi kudosten N-pitoisuus. Otsonilla on kuitenkin päinvastainen vaikutus, joten
yhteisvaikutusta on vaikea arvioida.
0,5 p
Maaperän kuivuminen voi rajoittaa O3:n talteenottoa vähentämällä ilmarakojen johtokykyä, mikä kasvattaa
O3-toleranssia. Toisaalta maaperän kuivuus voi myös heikentää joidenkin lajien O3-toleranssia, joten
vähentynyt saasteiden talteenotto ei välttämättä johdakaan saastevaurioiden vähenemiseen.
0,5 p
Vastauksen oikeakielisyys ja selkeys
1p
Yhteensä
6p
4 Kuvaa otsonipitoisuuden muutoksia maapallolla kuvan 1 ja tekstin perusteella
Troposfäärinen otsoni on kaikissa maailman teollisuusmaissa yleinen sekundaarinen ilmansaaste ja siten
riski viljelyskasvien kasvulle ja terveydelle monilla alueilla. Myös monissa kehittyvissä maissa sen
pitoisuuksilla voi olla haitallisia vaikutuksia. Talouskasvun myötä otsonipitoisuuksien odotetaan olevan
maailman laajuisesti nousussa.
1p
Otsonin huippuarvot ovat selvässä laskussa suurimmassa osassa Länsi-Eurooppaa mutta ilmastomallit
osoittavat, että otsonipitoisuuksien kasvu jatkuu pohjoisella pallonpuoliskolla vielä usean vuosikymmenen
ajan. Kuvan 1 mukaan otsonipitoisuuden jatkuu ns. kuumissa pisteissä seuraavan kymmenen vuoden ajan.
1p
Näiden otsonin kasvukohteiden ennustetaan sijoittuvan Aasiaan, Etelä-Amerikkaan, Etelä-Eurooppaan ja
Yhdysvaltoihin. Kaikkein voimakkaimmat kasvumuutokset tapahtuvat Lähi-Idän, Intian, keskisen Afrikan ja
ja Kiinan alueilla, siis erityisesti kehittyvien maiden kasvavissa talouksissa. Yhdysvalloissa ja EteläEuroopassa muutokset ovat vähäisempiä.
3p
Vastauksen oikeakielisyys ja selkeys
1p
Yhteensä
6p
5. Miten ilman kautta kulkeutuvat saasteet vaikuttavat ruoantuotantoon?
Suora vaikutus viljelykasvien kasvuun ja satoon
Lyhytaikainen altistuminen korkeille pitoisuuksille näkyy lehdistövaurioina ja jopa solukuolemina.
Pitkäaikainen altistuminen aiheuttaa ennenaikaista kasvisolukon vanhenemista ja siten sadon
pienenemistä. Tiedot viljelykasvien kasvuun ja satoihin vaikuttavista altistus-reaktio –suhteista on
vaihtelevia ja monin osin kiistanalaisia.
1p
Joissakin tapauksissa yleisesti ilman saasteena pidettävän rikkidioksidin SO2-päästöjen väheneminen on
johtanut jopa rikinpuutteeseen rikkiköyhillä alueilla.. Haihtuvien orgaanisten yhdisteiden vaikutukset
viljelykasveihin ovat tuntemattomia tai epätodennäköisiä. Yleensä eri kasvilajit sietävät VOCF-yhdisteitä
hyvin eri tavoin.
Reaktiivisten typen muotojen fytotoksiset vaikutukset ilmenevät vain pitoisuuksissa, jotka ylittävät reilusti
saastuneissakin ympäristöissä esiintyneet pitoisuudet. Nykyisillä pitoisuuksilla NO2:lla ei ole fytotoksista
vaikutusta, se voi jopa toimia lisätypen lähteenä. Ammoniakki voi joissakin tapauksissa olla haitallista.
Ylipäätään ilmakehän typpiyhdisteitä (NO2/NO, NH3) taikka rikkiyhdisteitä (SO2, H2S) ei pidetä suorana
uhkana yksivuotisille kasveille Euroopan voimakkaasti lannoitetuissa maatalousjärjestelmissä. Etelä- ja ItäAasian maissa tilanne on todennäköisesti toinen.
1p
Otsonin pitkäaikaisvaikutuksista ollaan huolissaan sillä otsonin määrän kasvu ilmakehässä pienentää
monien kasvien satoja ((vehnä, riisi, soija). Syynä pidetään fotosynteesin hidastumista, muutoksia
hiilitasapainossa sekä lehtien vanhemisen nopeutumista. Altistuminen otsonin haittavaikutuksille on
erilainen eri kasveilla: mm. vehnä, palkokasvit, nauris tomaatti, sipuli, ovat herkempiä vaurioille kun taas
ohra luokiteltiin vastustuskykyiseksi. Suurin osa sadonmenetyksistä kärsitään Kiinassa ja Intiassa.
Vahinkoarvioissa on kuitenkin paljon epävarmuustekijöitä, mm. lajikekohtaiset erot. Osa vahinkoarvioista
on ristiriitaisia: otsonin pienensi vehnäsatoa mutta toisaalta lisäsi jyvien proteiinipitoisuuksia. Kohonnut
otsonipitoisuus paransi jopa perunoiden laatua. Toisaalta kohonnut otsonin määrä heikensivät laatua
huonontamalla lehtikasvisten ulkonäköä (salaatin, pinaatin ja sipulin lehtien ulkonäkövauriot).
2p
Epäsuorat vaikutukset.
Otsoni voi vaikuttaa myös epäsuorasti satoihin, koska otsonistressi lisää kasvien altistumista
taudinaiheuttajille. Kohonneen hiilidioksipitoisuuden myötä kasvien vedenottokyky voi parantua ja siten
lieventää kuivuusstressin vaikutusta. Ilmakehän lisääntyneellä hiilidioksidin määrällä uskotaan olevan
myönteinen vaikutus viljelyskasvien kasvien kasvuun ja sadon määrään. Toisaalta korkeissa
hiilidioksidipitoisuuksissa kasvaneiden kasveissa saattoi tapahtua ei-toivottuja muutoksia mikro- ja
makroravinteiden määrissä.
1p
Vastauksen oikeakielisyys ja selkeys
1p
Yhteensä
6p