Defoliation and patchy nutrient return drive grazing effects on plant and soil properties in a dairy cow pasture

Large herbivores can influence plant and soil properties in grassland ecosystems, but especially for belowground biota and processes, the mechanisms that explain these effects are not fully understood. Here, we examine the capability of three grazing mechanisms-plant defoliation, dung and urine return, and physical presence of animals (causing trampling and excreta return in patches)-to explain grazing effects in Phleum pratense-Festuca pratensis dairy cow pasture in Finland. Comparison of control plots and plots grazed by cows showed that grazing maintained original plant-community structure, decreased shoot mass and root N and P concentrations, increased shoot N and P concentrations, and had an inconsistent effect on root mass. Among soil fauna, grazing increased the abundance of fungivorous nematodes and Aporrectodea earthworms and decreased the abundance of detritivorous enchytraeids and Lumbricus earthworms. Grazing also increased soil density and pH but did not affect average soil inorganic-N concentration. To reveal the mechanisms behind these effects, we analyzed results from mowed plots and plots that were both mowed and treated with a dung and urine mixture. This comparison revealed that grazing effects on plant attributes were almost entirely explained by defoliation, with only one partly explained by excreta return. Among belowground attributes, however, the mechanisms were more mixed, with effects explained by defoliation, patchy excreta return, and cow trampling. Average soil inorganic-N concentration was not affected by grazing because it was simultaneously decreased by defoliation and increased by cow presence. Presence of cows created great spatial heterogeneity in soil N availability and abundance of fungivorous nematodes. A greenhouse trial revealed a grazing-induced soil feedback on plant growth, which was explained by patchiness in N availability rather than changes in soil biota. Our results show that grazing effects on plant attributes can be satisfactorily predicted using the effects of defoliation, whereas those on soil fauna and soil N availability need understanding of other mechanisms as well. The results indicate that defoliation-induced changes in plant ecophysiology and the great spatial variation in N availability created by grazers are the two key mechanisms through which large herbivores can control grassland ecosystems.

Taxonomy and phylogeny of white-rot polypores : case studies in Hymenochaetales and Polyporales (Basidiomycota)

Tutkimus käsittelee kääpien sukulaisuussuhteita. Käävät ovat kantasienten (Basidiomycota) muotoryhmä, joiden itiöemien alapinta muodostuu yhteensulautuneista pilleistä. Muotoryhmänä kääpiä voi verrata vaikka puihin siinä mielessä, että käävät kuten puutkaan eivät ole samankaltaisuudestaan huolimatta kaikki sukua toisilleen. DNA:n käyttö sukulaisuussuhteiden selvittämisessä on aloittanut mullistuksen kääpien luokittelussa. Aiemmin käytetty, itiöemien ominaisuuksiin perustunut luokittelu on osoittautunut keinotekoiseksi sukulaisuussuhteiden kannalta. Tutkimuksessani syvennyttiin useamman kääpäsuvun polveutumishistoriaan hyödyntäen DNA:ta ja perinteisiä menetelmiä. Tutkimuksen keskeisimmät tulokset liittyvät sitkokääpien sukuun (Antrodiella). Tämä noin 70 lajia sisältävä suku osoittautui rikkonaiseksi - sitkokääpiin luetut lajit kuuluvat kahteen sienilahkoon ja oikesti vähintään 13 sukuun. Tutkimuksessa löytyi kaksi Suomelle uutta sitkokääpää, leppikääpä (A. ichnusana) ja nipukkakääpä (A. leucoxantha). Uudet suvut kuvattiin Suomessa esiintyville sirppikääville (Sidera) ja talikääville (Obba). Uusi kääpäsuku ja -laji kuvattiin myös Indonesiasta (Sebipora aquosa). Valtaosa sitkokääpiin luetuista lajeista kuuluu orakarakoiden heimoon (Steccherinaceae), joka rajattiin tässä tutkimuksessa uudelleen. Heimoon kuuluvat mm. karakäävät (Junghuhnia) ja orakasmaiset orakarakat (Steccherinum). Sen sisällä selvitettiin kääpien ja orakkaiden sukulaisuussuhteita. Perinteisesti käävät ja orakkaat on viety eri sukuihin riippumatta niiden mikroskooppisesta samankaltaisuudesta. Tulosten valossa orakarakoiden heimossa käävät ja orakkaat pysyvät pääosin erillisissä suvuissa, mutta tästä on myös poikkeuksia (Antrodiella, Metuloidea ja Steccherinum). Lähes kaikki DNA:n perusteella määriteltävissä olevat suvut ovat tunnistettavissa itiöemien ominaisuuksiensa perusteella. Tulokset antavat eväitä kääpien luokitteluun laajemminkin osoittamalla, mitkä ominaisuudet ovat luokittelun kannalta merkityksellisiä. Tarkentunut tieto lajimäärästä ja lajien sukulaisuussuhteista hyödyttää ekologista tutkimusta sekä arvioita lajien uhanalaisuudesta. Tutkimuksen aikana luotua DNA-kirjastoa käytetään lajien tunnistamiseen. Tuloksia voidaan hyödyntää myös etsittäessä bioteknologisia sovelluksia käävistä, sillä sovellusten kannalta kiinnostavat ominaisuudet seuraavat usein sienten sukupuuta.

Charred seeds in Mikkeli Orijärvi : A study of subsistence strategies of an Iron Age settlement in East Finland

In this study the over 350 macrofossil samples, containing over 2300 charred plant remains from an Iron Age settlement containing fossil fields in Mikkeli Orijärvi Kihlinpelto, were studied archaeobotanically. The aim was to get more information about subsistence strategies, especially agriculture and study differences in the plant combinations in the different structures and use the archaeobotanical theory to interpret these structures. The methodological question was to study the taphonomy of the charred plant material. The results gave a diverse impression of the agriculture and subsistence strategies of the settlement in Orijärvi, where barley was the most important cereal with rye, wheat and oat cultivated as minor crops. The arable weed assemblage indicates that the fields were situated in different kinds of soils and the crops were cultivated when different kind of weather conditions were prevailing. Ergot was found with the cereals, and it was growing on some of the arable crops and it also indicates wet climate. Hemp and flax were cultivated and wild plants were collected. The meadow and wetland plants found in the material derive most probably from animal fodder. Tubers of bulbous oat-grass were interesting, because they are usually found in graves. Comparison with other Iron Age settlements and graves indicates that the plant material found from the ancient field layers derives most probably from dwellings and graves, which were taken into cultivation.

Late Pleistocene and Holocene environmental evolution of the Murchisonfjorden area, Nordaustlandet, Svalbard

The purpose of this study was to establish the palaeoenvironmental conditions during the late Quaternary in Murchisonfjorden, Nordaustlandet, based on foraminiferal assemblage compositions, and to determine the onset and termination of the Weichselian glaciations. The foraminiferal assemblage compositions were studied in marine sediments from three different archives, from sections next to the present shoreline in the Bay of Isvika, from a core in the Bay of Isvika and from a core from Lake Einstaken. OSL and AMS 14C age determinations were performed on samples from the three archives, and the results show deposition of marine sediments during ice-free periods of the Early Weichselian, the Middle Weichselian and the Late Weichselian, as well as during the Holocene in the investigated area. Marine sediments from the Early and Middle Weichselian were sampled from isostatically uplifted sections along the present shoreline.Sediments from the transition from the Late Weichselian to early Holocene time intervals were found in the bottom of the core from Lake Einstaken. Holocene sediments were investigated in the sections and in the core from the Bay of Isvika. The marine sediments from the sections are comprised of five benthic foraminiferal assemblages. The Early Weichselian is represented by two foraminiferal assemblages, the Middle Weichselian, the early and the late Holocene each by one. All five foraminiferal assemblages were deposited in glacier-distal shallow-water environments, which had a connection to the open ocean. Changes in the composition of the assemblages can be ascribed to differences in the bottom-water currents and changes in the salinity. The Middle Weichselian assemblage is of special importance, because it is the first foraminiferal assemblage to be described from this time interval from Svalbard. Four benthic foraminiferal assemblages were deposited shortly before the marine to lacustrine transition at the boundary between the Late Weichselian and Holocene in Lake Einstaken. The foraminiferal assemblages show a change from a high-arctic, normal marine shallow-water environment to an even shallower environment with highly fluctuating salinity. The analyses of the core from 100 m water depth in the Bay of Isvika resulted in the determination of four foraminiferal assemblages. These indicated changes from a glacier-proximal environment during deglaciation, to a more glacier-distal environment during the Early Holocene. This was followed by a period with a marked change to a considerably cooler environment and finally to a closed fjord environment in the middle and late Holocene times. Additional sedimentological analyses of the marine and glacially derived sediments from the uplifted sections, as well as observations of multiple striae on the bedrock, observations of deeply weathered bedrock and findings of tills interlayered with marine sediments complete the investigations in the study area. They indicate weak glacial erosion in the study area. It can be concluded that marine deposition occurred in the investigated area during three time intervals in the Weichselian and during most of the Holocene. The foraminiferal assemblages in the Holocene are characterized by a transition from glacier-proximal to glacier-distal faunas. The palaeogeographical change from an open fjord to a closed fjord environment is a result of the isostatic uplift of the area after the LGM and is clearly reflected in the foraminiferal assemblages. Another influencing factor on the foraminiferal assemblage composition are changes in the inflow of warmer Atlantic waters to the study area.

Studies of fungi associated with Tomicus piniperda L. in Finland

The Scots pine bark beetle, Tomicus piniperda is a secondary colonizer of pine and other conifers. It is a native species from Europe and Asia that was recently introduced in North America. Although it is necessary to understand this insect's interactions with other organisms, few studies have focussed on its fungal associates. This study focused on the effect of latitude in the occurrence of fungi associated with T. piniperda. T. piniperda were collected from Pinus sylvestris in Northern (Rovaniemi) and Southern (Hyytiala) Finland. Both endo- and epi- mycota were isolated. The fungi were identified using a combination of morphological features and molecular data. The results revealed a great diversity of fungi species associated with T. piniperda, with a total of 3073 isolates representing 23 species. The most frequently isolated fungi in the bark beetles from Northern Finland were Beauvaria bassiana, Kuraishia sp. and Penicillium sp. whereas P. brevicompactum and Mortierella sp. were mostly observed in the South. Ophiostoma canum and O. minus were also observed. The number of isolates per insect in the north was 2.83 epi- and 2.38 for endo-mycota fungus. In the south, the number of isolates per insect was 4.1 for epi- and 3.5 for endo-mycota. Statistical analysis indicated that there was significant differences in fungal populations associated with the beetles in Southern and Northern Finland. There was however no significant difference between the epi- and endo-mycota fungal populations. The highest richness and diversity of the fungal species was observed in the South. However, the overall fungal diversity index analysis revealed that the mycobiota was undersampled.

Kymmenen teollisesti merkittävän puulajin kuoriuutteiden mahdollisuudet tuholaistorjunnassa

Metsäteollisuudesta kertyy vuosittain suuria määriä ylijäämämateriaalia, kuten puun kuorta ja oksia.Ylimääräinen aines käytetään pääasiassa energiantuotantoon, mutta uusia soveltamismahdollisuuksia kaivataan. Kuoren on havaittu olevan potentiaalinen lähde monille bioaktiivisille yhdisteille, joille olisi käyttöä esimerkiksi lääke- ja kemianteollisuudessa sekä maa-, metsä- ja puutarhatuotannon tuholaistorjunnassa. Tutkimus on osa Euroopan Unionin rahoittamaa ForestSpeCs-projektia, jonka tarkoituksena on selvittää metsäteollisuuden ylijäämämateriaalien vaihtoehtoisia käyttötapoja. Valittujen kymmenen teollisesti merkittävän pohjoisen puulajin (Abies nephrolepis, Betula pendula, Larix decidua, L. gmelinii, L. sibirica, Picea abies, P. ajanensis, P. pumila, Pinus sylvestris, Populus tremula) kuoresta uutettujen aineiden soveltuvuutta syönninestoaineeksi testattiin kaaliperhosen (Pieris brassicae L.) ja krysanteemiyökkösen (Spodoptera littoralis Boisduval) toukilla sekä osittain sinappikuoriaisella (Phaedon cochloreae Fabricius) ja idänlehtikuoriaisella (Agelastica alni L.). Uutteet valmistettiin yhteistyössä projektin ryhmien avulla tai itsenäisesti erilaisin menetelmin. Testaukset tehtiin laboratorio-oloissa käyttäen lehtikiekkojen valintabiotestiä sekä karkeilla uutteilla että niistä erotelluilla yksittäisillä yhdisteillä. Tehdyistä mittauksista laskettiin syönninestoindeksit (FDI). Tulosten perusteella lähes kaikki testatut uutteet vaikuttivat ainakin jossain määrin kohdehyönteisen syöntikäyttäytymiseen. Hieman yli puolet kaaliperhosella testatuista 46 uutteesta aiheuttivat yli 50 % syönnineston eli kaaliperhonen suosi kontrollilehtiä uutteella käsiteltyjä todennäköisemmin. Krysanteemiyökkösellä yli 50 %:n syönnineston aiheuttivat vain seitsemän testatuista 56 uutteesta. Lisäksi kolme uutetta lisäsi käsiteltyjen kiekkojen syöntiä merkittävästi. Idänlehtikuoriaistoukat ja -aikuiset karttoivat erityisesti abietiinihapolla käsiteltyjä lehtiä. Sinappikuoriaisella testatut uutteet toimivat myös lupaavasti. Testattujen puulajien kuoresta on mahdollista uuttaa biologisesti aktiivisia yhdisteitä, mutta tuholaistorjunnan kannalta oikeiden pitoisuuksien ja tehokkaiden uuttomenetelmien löytäminen vaatii jatkotutkimuksia. Kuoren sisältämien yhdisteiden laatu ja määrä vaihtelevat monien tekijöiden, kuten ympäristön ja genetiikan vaikutuksesta. Hyönteisten sietokyky vaihtelee myös paljon lajeittain ja yksilöidenkin välillä on eroja. Uutteista valmistettavia torjunta-aineita olisi kuitenkin mahdollista sisällyttää esimerkiksi integroituun torjuntaan muiden menetelmien rinnalle tulevaisuudessa.

Taxonomy and phylogeny of the manna lichens and allied species (Megasporaceae)

This dissertation is focused on the taxonomy, phylogeny, and ecology of the vagrant, erratic and allied terricolous and saxicolous species of the genera Aspicilia A. Massal. and Circinaria Link (Megasporaceae), particularly those traditionally referred to as manna lichens . The group has previously been defined on the basis of few morphological characters. The phylogeny of the family Megasporaceae is inferred from the combined dataset of nuLSU and mtSSU sequences. Five genera Aspicilia, Circinaria, Lobothallia, Megaspora, and Sagedia are recognized. Lobothallia is sister of the four other genera, while Aspicilia and Sagedia form the next clade. All these genera have small asci with eight spores. Circinaria is a sister genus of Megaspora, and these two have in common asci with (1 4) 6 8 large spores. Circinaria forms a monophyletic group and sphaerothallioid species form a monophyletic group within Circinaria. The presence of certain morphological characters such as pseudocyphellae, thickness of cortex and medulla layers, as well as ecological differences in sphaerothallioid species distinguish it from some other crustose species, especially those containing aspicilin and characterised by thin cortex and medulla layers, conidium length c. 6 12 µm and absence of pseudocyphellae. If sphaerothallioid species are accepted as a distinct genus, the rest of the Circinaria species would remain as a paraphyletic assemblage. Currently, the genus Circinaria includes all the sphaerothallioid species and its generic position is confirmed and accepted. Thus, it is proposed as a correct generic name also for the manna lichens described originally in other genera. Phylogeny at the species level was studied using nrITS sequence data. Traditionally, morphological characters have been used for the recognition of species. They were re-evaluated in the light of molecular data. Since characters such as vagrant, erratic and crustose growth forms proved to be misleading for the recognition of some species, a combination of several characters (including molecular data) is recommended. Vagrant growth form seems to have evolved several times among the distantly related lineages and even within a single population. The reasons behind the high plasticity in the external morphology of the sphaerothallioid Circinaria remain, however, unknown. Six new species are recognized: Aspicilia tibetica, Circinaria arida, C. digitata nom provis., C. gyrosa nom. provis., C. rogeri nom. provis., and C. rostamii nom. provis. Based on an analysis of nrITS dataset, three new erratic, vagrant and crustose species were also recognized, but these require additional study. The results also reveal that C. elmorei and C. hispida are not monophyletic as currently understood. In addition, 13 new combinations in the genus Circinaria are proposed.

Onttojen puiden lahopuukovakuoriaiset — kolmen pyydystyypin vertailu

Vanhat ja ontot puut ovat tärkeä elinympäristö monelle lahopuusta riippuvaiselle eliölajille. Onttoihin puihin on erikoistunut suuri määrä myös vaarantuneita ja harvinaisia hyönteislajeja, jotka elävät puun onkalon seinämillä tai onkalon pohjalle kerääntyvässä orgaanisessa aineksessa, ns. mulmissa. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, mikä kolmesta pyydystyypistä (ikkuna-, vuoka- ja kuoppapyydys) soveltuu parhaiten onttojen puiden lahopuukovakuoriaisten pyyntiin. Lisäksi tavoitteena oli kartoittaa hyönteisnäytteiden ensimmäiseen laboratoriokäsittelyyn vaadittua aikaa. Tutkimuksessa oli mukana vanhoja rungostaan onttoutuneita lehmuksia, tammia ja vaahteroita pääkaupunkiseudun puisto- ja kartanoalueilta. Puiden onkaloiden sisään aseteltiin ikkuna-, vuoka- ja kuoppapyydyksiä, kaksi kutakin tyyppiä ja ne tyhjennettiin kolmen viikon välein touko-heinäkuussa 2006. Pyydyksiä oli siis yhteensä 90 per pyyntijakso. Kun näytteistä eroteltiin halutut hyönteislahkot (mukaanlukien kovakuoriaiset) niiden käsittelyyn käytetty aika kirjattiin ylös. Aineistosta tunnistettiin yhteensä 3825 kovakuoriaisyksilöä ja 212 lajia, joista lahopuusta riippuvaisia oli yhteensä 3398 yksilöä ja 121 lajia. Ikkunapyydyksissä esiintyi yhteensä 1639 yksilöä ja 140 lajia, vuokapyydyksissä 1506 yksilöä ja 134 lajia, kuoppapyydyksissä 680 yksilöä ja 111 lajia. Näytteiden käsittelyaikojen keskiarvot olivat 48,3 minuuttia ikkunapyydykselle, 65,5 minuuttia vuokapyydykselle ja 34,1 kuoppapyydykselle. Lajistokoostumuksen huomioiva ?-diversiteetti erosi huomattavasti pyydysten välillä, se oli 36,5 % ikkuna- ja vuokapyydysten välillä, 13,1 % ikkuna- ja kuoppapyydysten välillä ja 14,2 % vuoka- ja kuoppapyydysten välillä. Ikkuna- ja vuokapyydysten välillä ei havaittu tilastollisesti merkitsevää eroa saproksyylilajien (p<0,05), -yksilöiden (p<0,05) tai käsittelyaikojen (p<0,05) keskiarvoissa. Ikkuna- ja vuokapyydyksillä saatiin keskimäärin selvästi enemmän saproksyylilajeja ja –yksilöitä kuoppapyydykseen verrattuna. Kuoppapyydyksellä saatiin kokonaisyksilömäärään verrattuna suhteellisesti vähemmän saproksyylejä (59 %) kuin ikkuna- (69 %) ja vuokapyydyksillä (71 %). Ikkunapyydykset olivat tehokkain pyydystyyppi vertailtaessa pyydysten keräämää saproksyyliyksilömäärää suhteessa aineiston käsittelyn vaatimaan aikaan. Tehokkuus (yksilöä minuutissa) ikkunapyydykselle oli 0,74, vuokapyydykselle 0,43 ja kuoppapyydykselle 0,21. Ikkunapyydyksiä ei ole aikaisemmin käytetty puun onkalon sisällä hyönteisiä pyydettäessä vaan ne ovat aikaisemmissa tutkimuksissa roikkuneet onkalon ulkopuolella. Ikkunapyydykset kuitenkin toimivat erinomaisesti myös onkaloiden sisällä. Ikkuna- sekä vuokapyydys toimivatkin selkeästi paremmin lahopuukovakuoriaisten pyynnissä verrattuna kuoppapyydykseen, jonka poisjättäminen olisi kuitenkin tuottanut huomattavasti lajiköyhemmän aineiston. Mahdollisimman monimuotoisen onttojen puiden lahopuukovakuoriaislajiston keräämiseksi tulisi käyttää ikkuna- tai vuokapyydyksiä yhdessä kuoppapyydysten kanssa.