Effects of seed origin latitude on the timing of height growth cessation and field performance of silver birch

The aim of this thesis was to increase our knowledge about the effects of seed origin on the timing of height growth cessation and field performance of silver birch from different latitudes, with special attention paid to the browsing damage by moose in young birch plantations. The effect of seed origin latitude and sowing time on timing of height growth cessation of first-year seedlings was studied in a greenhouse experiment with seven seed origins (lat. 58º - 67ºN). Variation in critical night length (CNL) for 50 % bud set within two latitudinally distant stands (60º and 67ºN) was studied in three phytotron experiments. Browsing by moose on 5-11 -year-old silver birch saplings from latitudinally different seed origins (53º - 67ºN) was studied in a field experiment in southern Finland. Yield and stem quality of 22-year-old silver birch trees of Baltic, Finnish and Russian origin (54º - 63ºN) and the effect of latitudinal seed transfers were studied in two provenance trials at Tuusula, southern and Viitasaari, central Finland. The timing of height growth cessation depended systematically on latitude of seed origin and sowing date. The more northern the seed origin, the earlier the growth cessation and the shorter the growth period. Later sowing dates delayed growth cessation but also shortened the growth period. The mean CNL of the southern ecotype was longer, 6.3 ± 0.2 h (95 % confidence interval), than that of the northern ecotype, 3.1 ± 0.3 h. Within-ecotype variance of the CNL was higher in the northern ecotype (0.484 h2) than in the southern ecotype (0.150 h2). Browsing by moose decreased with increasing latitude of seed origin and sapling height. Origins transferred from more southern latitudes were more heavily browsed than the more northern native ones. Southern Finnish seed origins produced the highest volume per unit area in central Finland (lat. 63º11'N). Estonian and north Latvian stand seed origins, and the southern Finnish plus tree origins, were the most productive ones in southern Finland (lat. 60º21'N). Latitudinal seed transfer distance had a significant effect on survival, stem volume/ha and proportion of trees with a stem defect. The relationship of both survival and stem volume/ha to the latitudinal seed transfer distance was curvilinear. Volume was increased by transferring seed from ca. 2 degrees of latitude from the south. A longer transfer from the south, and transfer from the north, decreased the yield. The proportion of trees with a stem defect increased linearly in relation to the latitudinal seed transfer distance from the south.

Puiden oikea-aikainen talveentuminen on tärkeä edellytys niiden menestymiselle pohjoisessa ilmastossamme, jossa lämmintä kesää seuraa kylmä talvi. Pituuskasvun päättyminen on talveentumiskehityksen ensimmäinen näkyvä vaihe. Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin siemenalkuperän leveysasteen vaikutusta rauduskoivun pituuskasvun päättymisen ajoittumiseen ja kenttämenestymiseen, kiinnittäen erityistä huomiota nuorten rauduskoivujen hirvituhoihin. Siemenalkuperän leveysasteen ja kylvöajankohdan vaikutusta pituuskasvun päättymisen ajoittumiseen tutkittiin kylvövuoden taimilla kasvihuonekokeessa kasvukauden aikana luonnollisesti vaihtelevassa valojaksossa. Kokeeseen sisältyi seitsemän alkuperää leveysasteilta 58° - 67°N, jotka kylvettiin kesän aikana kahdeksan kertaa 1 - 2 viikon välein. Pituuskasvun päättymisajankohta vaihteli systemaattisesti alkuperän leveysasteen ja kylvöajankohdan mukaan. Mitä pohjoisemmasta alkuperästä oli kyse, sitä aiemmin taimet päättivät kasvunsa ja sitä lyhyemmäksi jäi niiden kasvujakso. Kylvöajankohdan myöhentäminen myöhensi taimien kasvun päättymistä kaikilla alkuperillä, mutta samanaikaisesti niiden kasvujakso lyheni. Rauduskoivun kahden fotoperiodiekotyypin, ts. pohjoisen (67°N) ja eteläisen (60°N) metsikön, silmunmuodostuksen kriittistä yönpituutta ja sen vaihtelua ekotyypin sisällä puiden välillä tutkittiin kolmessa fytotronikokeessa. Silmunmuodostuksen kriittinen yönpituus oli eteläisellä ekotyypillä pidempi, 6.3 ± 0.2 h (95 % luottamusväli), kuin pohjoisella ekotyypillä, 3.1 ± 0.3 h. Ekotyypin sisäinen varianssi silmunmuodostuksen kriittisessä yönpituudessa oli pohjoisella ekotyypillä suurempi (0.484 h2) kuin eteläisellä (0.150 h2). Siemenalkuperän vaikutusta hirvituhojen määrään 5-11 -vuotiailla rauduskoivun taimilla tutkittiin Etelä-Suomeen perustetussa kenttäkokeessa, joka sisälsi 29 alkuperää leveysasteilta 53° - 67°N. Hirvenkoskemien puiden osuus laski merkitsevästi alkuperän leveysasteen ja taimien keskipituuden kasvaessa. Suomea eteläisemmiltä leveysasteilta kotoisin olevilla alkuperillä oli suurempi hirvenkoskemien puiden osuus kuin pohjoisemmilla, kotimaisilla alkuperillä. Kaupallisen ainespuun koon saavuttaneiden 22-vuotiaiden rauduskoivualkuperien ja etelä-pohjoissuuntaisten siemensiirtojen vaikutusta tuotokseen ja rungon laatuun tutkittiin kahdessa provenienssikokeessa Tuusulassa ja Viitasaarella, jotka sisälsivät 21 alkuperää Baltian maista, Suomesta ja Venäjältä leveysasteilta 54°-63°N. Viitasaarella, Keski-Suomessa, tuotokseltaan parhaita olivat eteläsuomalaiset alkuperät, kun taas eteläisimmässä Suomessa, Tuusulassa, korkein tuotos oli virolaisilla ja pohjoislatvialaisilla metsikköalkuperillä sekä eteläsuomalaisilla pluspuujälkeläistöillä. Etelästä pohjoiseen ja pohjoisesta etelään tehdyn siemensiirron pituus vaikutti merkitsevästi alkuperien elävyyteen, tuotokseen ja runkoviallisten puiden osuuteen. Elävyyden ja tuotoksen suhde siirtoetäisyyteen oli käyräviivainen. Tuotos lisääntyi siirtämällä siementä etelästä pohjoiseen enintään n. kahden leveysasteen verran. Pidempi siirto etelästä pohjoiseen, samoin kuin siirto pohjoisesta etelään heikensi elävyyttä ja tuotosta. Runkoviallisten puiden osuus kasvoi suoraviivaisesti samalla kun siemenen siirtoetäisyys etelästä kasvoi. Tutkimuksen tuloksia voidaan hyödyntää rauduskoivun taimien taimitarhakasvatuksessa, etsittäessä keinoja hirvituhojen vähentämiseen koivuviljelyksillä sekä valittaessa rauduskoivualkuperiä metsänviljelyyn ja metsänjalostuksen aineistoksi.