Carbon dynamics in peatlands under changing hydrology : Effects of water level drawdown on litter quality, microbial enzyme activities and litter decomposition rates

Pristine peatlands are carbon (C) accumulating wetland ecosystems sustained by a high water level (WL) and consequent anoxia that slows down decomposition. Persistent WL drawdown as a response to climate and/or land-use change directly affects decomposition: increased oxygenation stimulates decomposition of the old C (peat) sequestered under prior anoxic conditions. Responses of the new C (plant litter) in terms of quality, production and decomposability, and the consequences for the whole C cycle of peatlands are not fully understood. WL drawdown induces changes in plant community resulting in shift in dominance from Sphagnum and graminoids to shrubs and trees. There is increasing evidence that the indirect effects of WL drawdown via the changes in plant communities will have more impact on the ecosystem C cycling than any direct effects. The aim of this study is to disentangle the direct and indirect effects of WL drawdown on the new C by measuring the relative importance of 1) environmental parameters (WL depth, temperature, soil chemistry) and 2) plant community composition on litter production, microbial activity, litter decomposition rates and, consequently, on the C accumulation. This information is crucial for modelling C cycle under changing climate and/or land-use. The effects of WL drawdown were tested in a large-scale experiment with manipulated WL at two time scales and three nutrient regimes. Furthermore, the effect of climate on litter decomposability was tested along a north-south gradient. Additionally, a novel method for estimating litter chemical quality and decomposability was explored by combining Near infrared spectroscopy with multivariate modelling. WL drawdown had direct effects on litter quality, microbial community composition and activity and litter decomposition rates. However, the direct effects of WL drawdown were overruled by the indirect effects via changes in litter type composition and production. Short-term (years) responses to WL drawdown were small. In long-term (decades), dramatically increased litter inputs resulted in large accumulation of organic matter in spite of increased decomposition rates. Further, the quality of the accumulated matter greatly changed from that accumulated in pristine conditions. The response of a peatland ecosystem to persistent WL drawdown was more pronounced at sites with more nutrients. The study demonstrates that the shift in vegetation composition as a response to climate and/or land-use change is the main factor affecting peatland ecosystem C cycle and thus dynamic vegetation is a necessity in any models applied for estimating responses of C fluxes to changes in the environment. The time scale for vegetation changes caused by hydrological changes needs to extend to decades. This study provides grouping of litter types (plant species and part) into functional types based on their chemical quality and/or decomposability that the models could utilize. Further, the results clearly show a drop in soil temperature as a response to WL drawdown when an initially open peatland converts into a forest ecosystem, which has not yet been considered in the existing models.

Lihaluujauhon soveltuvuus sokerijuurikkaan lannoitteeksi

Lihaluujauho muodostaa maatilojen myytävien kasvi- ja eläinperäisten tuotteiden jälkeen tärkeimmän agroekosysteemeistä poispäin suuntautuvan ravinnevirran. Se sisältää runsaasti pääkasvinravinteita typpeä, fosforia ja kalsiumia (N ~8%, P ~5%, Ca yleensä ~10-15% luuaineksen määrästä riippuen), sekä kaliumia n.1% tai alle. Lihaluujauho on todettu tehokkaaksi lannoitteeksi useilla viljelykasveilla ja sen käyttö on sallittu myös luomuviljelyssä EU-alueella. Lihaluujauhoon ja erityisesti sen rehukäyttöön liittyvistä riskeistä merkittävin on TSE-tautien riski (naudan BSE-, lampaiden ja vuohien scrapie-, sekä ihmisen vCJD-taudit). Rehukäyttöä on monissa maissa rajoitettu 1980-luvulla puhjenneen BSE-kriisin myötä. BSE-taudin leviäminen yhdistettiin tilanteeseen, jossa nautaperäistä lihaluujauhoa käytettiin nautaeläinten rehun ainesosana. Myös lihaluujauhon käytössä turkiseläinrehuna saattaa piillä BSE:n tai muun TSE-taudin riski. Oikein käsitellyn lihaluujauhon lannoitekäyttöön ei kuitenkaan näytä tarkastelemieni tutkimusten perusteella sisältyvän huomattavaa TSEriskiä, jos huolehditaan asianmukaisista varotoimista ja menettelyistä sekä tuotteen valmistusprosessissa, että käytettäessä lannoitetta. Lihaluujauhon lannoitekäytön lisääminen edistäisi ruokajärjestelmämme ravinnekierron sulkemista etenkin fosforin osalta. Lihaluujauho on uusiutuva luonnonvara, jonka lannoitekäytöllä voitaisiin korvata huomattava osa lannoiteaineena kulutettavista fosforipitoisista kiviaineista. Sokerijuurikkaan lannoituskokeissa Varsinais-Suomen Kaarinassa vuosina 2008 ja 2009 lihaluujauhokäsittelyt eivät menestyneet aivan yhtä hyvin satotasovertailussa kuin kontrollikäsittelyiden NPK-väkilannoitteet, mutta laatuominaisuuksiltaan (sokeripitoisuus, amino-N, K, ja Na-pitoisuudet) joiltakin osin kontrollikäsittelyjä paremmin. Kokeissa käytetyt lajikkeet olivat ’Jesper’ vuonna 2008 ja ’Lincoln’ vuonna 2009. Käytetty lihaluujauholannoite oli Honkajoki Oy:n Viljo Yleislannoite 8-4-3, joka sisälsi noin 10% kaliumsulfaatin ja kasviperäisten sivutuotteiden seosta. Viljo-lannoitetta käytettiin sekä yksistään, että yhdistettynä 10-25%:iin väkilannoitetta. Vuoden 2009 Viljo-koejäseniin vielä lisättiin kaliumsulfaattilannoitetta (42% K, 18% S), jotta päästiin annetun kaliumin määrässä päästiin lannoitussuosituksen (60 kg K/ha) tasolle. Pelkkä Viljo-lannoite tuotti merkitsevästi alhaisemmat sadot kuin kontrollikäsittelyt molempina vuosina. Kuitenkin kun Viljolannoitteen ohella käytettiin väkilannoitetta (10-25% kasvin typentarpeesta) päästiin varsin lähelle kontrollikäsittelyiden satotasoja. Myös pelkän LLJ-lannoitteen tuottamat satotasot olivat kuitenkin selvästi paremmat kuin Suomen keskimääräiset juurikassadot. Viljo-käsittelyillä oli selvästi positiivinen vaikutus laatutekijöihin amino-N, K ja Na vuonna 2008, mutta vuonna 2009 näiden pitoisuudet jäivät kontrollikäsittelyjen tasolle. Viljo-käsittelyiden sokeripitoisuudet olivat vuonna 2008 kontrollikäsittelyn luokkaa ja Viljo77%+NK1:n osalta kontrollia merkitsevästi paremmat. Vuoden 2009 sokeripitoisuudet olivat kaikilla koejäsenillä erinomaiset, ja käsittelyiden välillä ei ilmennyt merkitseviä eroja. Kokeiden perusteella kaliumsulfaatilla täydennetty lihaluujauho on hyvin toimiva lannoite sokerijuurikkaalla Suomen olosuhteissa, etenkin yhdistettynä väkilannoitteeseen.

Effect of colostrum feeding method and presence of dam on the sleep, rest and sucking behaviour of newborn calves

"In rats, sucking milk reduces anxiety and promotes non-rapid eye movement (NREM) sleep, and in calves it induces resting but the effect on sleep is unknown. Here, we investigated how calves' sleep was affected by colostrum feeding methods. Forty-one calves were blocked by birth date and randomly allotted within blocks to the experimental treatments. Calves were housed for four days either with their dam (DAM) or individually with warm colostrum feeding (2 L four times a day) from either a teat bucket (TEAT) or an open bucket (BUCKET). DAM calves suckled their dam freely. Calves' sleeping and sucking behaviour was filmed continuously for 48 h at the ages of two and three days. Behavioural sleep (BS) was defined as calves resting at least 30 s with their head still and raised (non-rapid eye movement) or with their head against their body or the ground (rapid eye movement, REM). Latency from the end of colostrum feeding to the start of BS was recorded. We compared behaviour of TEAT calves with that of DAM and BUCKET calves using mixed models. Milk meal duration was significantly longer for TEAT calves than for BUCKET calves (mean +/- S.E.M.; 8.3 +/- 0.6 min vs. 5.2 +/- 0.6 min), but equal to that of DAM calves. We found no effect of feeding method on the duration of daily BS (12 h 59 min I h 38 min) but we found a tendency for the daily amount of NREM sleep; BUCKET calves had less NREM sleep per day than TEAT calves (6 h 18 min vs. 7 h 48 min, S.E.M. = 45 min) and also longer latencies from milk ingestion to BS (21.9 +/- 2.0 min vs. 16.2 +/- 2.0 min). DAM calves slept longer bouts than TEAT calves (10.8 +/- 1.0 min vs. 8.3 +/- 1.0 min) and less often (78 +/- 4 vs. 92 +/- 4). Sucking colostrum from a teat bucket compared with drinking from an open"

Litter quality and its response to water level drawdown in boreal peatlands at plant species and community level

Changes in the structure of plant communities may have much more impact on ecosystem carbon (C) cycling than any phenotypic responses to environmental changes. We studied these impacts via the response of plant litter quality, at the level of species and community, to persistent water-level (WL) drawdown in peatlands. We studied three sites with different nutrient regimes, and water-level manipulations at two time scales. The parameters used to characterize litter quality included extractable substances, cellulose, holocellulose, composition of hemicellulose (neutral sugars, uronic acids), Klason lignin, CuO oxidation phenolic products, and concentrations of C and several nutrients. The litters formed four chemically distinct groups: non-graminoid foliar litters, graminoids, mosses and woody litters. Direct effects of WL drawdown on litter quality at the species level were overruled by indirect effects via changes in litter type composition. The pristine conditions were characterized by Sphagnum moss and graminoid litters. Short-term (years) responses of the litter inputs to WL drawdown were small. In longterm (decades), total litter inputs increased, due to increased tree litter inputs. Simultaneously, the litter type composition and its chemical quality at the community level greatly changed. The changes that we documented will strongly affect soil properties and C cycle of peatlands.

Response of fungal and actinobacterial communities to water-level drawdown in boreal peatland sites

"We used PCR-DGGE fingerprinting and direct sequencing to analyse the response of fungal and actinobacterial communities to changing hydrological conditions at 3 different sites in a boreal peatland complex in Finland. The experimental design involved a short-term (3 years; STD) and a long-term (43 years; LTD) water-level drawdown. Correspondence analyses of DGGE bands revealed differences in the communities between natural sites representing the nutrient-rich mesotrophic fen, the nutrient-poorer oligotrophic fen, and the nutrient-poor ombrotrophic bog. Still, most fungi and actinobacteria found in the pristine peatland seemed robust to the environmental variables. Both fungal and actinobacterial diversity was higher in the fens than in the bog. Fungal diversity increased significantly after STD whereas actinobacterial diversity did not respond to hydrology. Both fungal and actinobacterial communities became more similar between peatland types after LTD, which was not apparent after STD. Most sequences clustered equally between the two main fungal phyla Ascomycota and Basidiomycota. Sequencing revealed that basidiomycetes may respond more (either positively or negatively) to hydrological changes than ascomycetes. Overall, our results suggest that fungal responses to water-level drawdown depend on peatland type. Actinobacteria seem to be less sensitive to hydrological changes, although the response of some may similarly depend on peatland type. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved."

Contamination routes and control of Listeria monocytogenes in Food Production

Listeria monocytogenes is the causative agent of the severe foodborne infection listeriosis. The number of listeriosis cases in recent years has increased in many European countries, including Finland. Contamination of the pathogen needs to be minimized and growth to high numbers in foods prevented in order to reduce the incidence of human cases. The aim of this study was to evaluate contamination routes of L. monocytogenes in the food chain and to investigate methods for control of the pathogen in food processing. L. monocytogenes was commonly found in wild birds, the pig production chain and in pork production plants. It was found most frequently in birds feeding at landfill site, organic farms, tonsil samples, and sites associated with brining. L. monococytogenes in birds, farms, food processing plant or foods did not form distinct genetic groups, but populations overlapped. The majority of genotypes recovered from birds were also detected in foods, food processing environments and other animal species and birds may disseminate L. monocytogenes into food chain. Similar genotypes were found in different pigs on the same farm, as well as in pigs on farms and later in the slaughterhouse. L. monocytogenes contamination spreads at farm level and may be a contamination source into slaughterhouses and further into meat. Incoming raw pork in the processing plant was frequently contaminated with L. monocytogenes and genotypes in raw meat were also found in processing environment and in RTE products. Thus, raw material seems to be a considerable source of contamination into processing facilities. In the pork processing plant, the prevalence of L. monocytogenes increased in the brining area, showing that the brining was an important contamination site. Recovery of the inoculated L. monocytogenes strains showed that there were strain-specific differences in the ability to survive in lettuce and dry sausage. The ability of some L. monocytogenes strains to survive well in food production raises a challenge for industry, because these strains can be especially difficult to remove from the products and raises a need to use an appropriate hurdle concept to control most resistant strains. Control of L. monocytogenes can be implemented throughout the food chain. Farm-specific factors affected the prevalence of L. monocytogenes and good farm-level practices can therefore be utilized to reduce the prevalence of this pathogen on the farm and possibly further in the food chain. Well separated areas in a pork production plant had low prevalences of L. monocytogenes, thus showing that compartmentalization controls the pathogen in the processing line. The food processing plant, especially the brining area, should be subjected to disassembling, extensive cleaning and disinfection to eliminate persistent contamination by L. monocytogenes, and replacing brining with dry-salting should be considered. All of the evaluated washing solutions decreased the populations of L. monocytogenes on precut lettuce, but did not eliminate the pathogen. Thus, the safety of fresh-cut produce cannot rely on washing with disinfectants, and high-quality raw material and good manufacturing practices remain important. L. monocytogenes was detected in higher levels in sausages without the protective culture than in sausages with this protective strain, although numbers of L. monocytogenes by the end of the ripening decreased to the level of < 100 MPN/g in all sausages. Protective starter cultures provide an appealing hurdle in dry sausage processing and assist in the control of L. monocytogenes.

Lypsylehmän energiataseen mallintaminen tuotoskauden alkuvaiheessa

Energiataseen mallinnus on osa KarjaKompassi-hankkeeseen liittyvää kehitystyötä. Tutkielman tavoitteena oli kehittää lypsylehmän energiatasetta etukäteen ennustavia ja tuotoskauden aikana saatavia tietoja hyödyntäviä matemaattisia malleja. Selittävinä muuttujina olivat dieetti-, rehu-, maitotuotos-, koelypsy-, elopaino- ja kuntoluokkatiedot. Tutkimuksen aineisto kerättiin 12 Suomessa tehdyistä 8 – 28 laktaatioviikon pituisesta ruokintakokeesta, jotka alkoivat heti poikimisen jälkeen. Mukana olleista 344 lypsylehmästä yksi neljäsosa oli friisiläis- ja loput ayshire-rotuisia. Vanhempien lehmien päätiedosto sisälsi 2647 havaintoa (koe * lehmä * laktaatioviikko) ja ensikoiden 1070. Aineisto käsiteltiin SAS-ohjelmiston Mixed-proseduuria käyttäen ja poikkeavat havainnot poistettiin Tukeyn menetelmällä. Korrelaatioanalyysillä tarkasteltiin energiataseen ja selittävien muuttujien välisiä yhteyksiä. Energiatase mallinnettiin regressioanalyysillä. Laktaatiopäivän vaikutusta energiataseeseen selitettiin viiden eri funktion avulla. Satunnaisena tekijänä mallissa oli lehmä kokeen sisällä. Mallin sopivuutta aineistoon tarkasteltiin jäännösvirheen, selitysasteen ja Bayesin informaatiokriteerin avulla. Parhaat mallit testattiin riippumattomassa aineistossa. Laktaatiopäivän vaikutusta energiataseeseen selitti hyvin Ali-Schaefferin funktio, jota käytettiin perusmallina. Kaikissa energiatasemalleissa vaihtelu kasvoi laktaatioviikosta 12. alkaen, kun havaintojen määrä väheni ja energiatase muuttui positiiviseksi. Ennen poikimista käytettävissä olevista muuttujista dieetin väkirehuosuus ja väkirehun syönti-indeksi paransivat selitysastetta ja pienensivät jäännösvirhettä. Ruokinnan onnistumista voidaan seurata maitotuotoksen, maidon rasvapitoisuuden ja rasva-valkuaissuhteen tai EKM:n sisältävillä malleilla. EKM:n vakiointi pienensi mallin jäännösvirhettä. Elopaino ja kuntoluokka olivat heikkoja selittäjiä. Malleja voidaan hyödyntää karjatason ruokinnan suunnittelussa ja seurannassa, mutta yksittäisen lehmän energiataseen ennustamiseen ne eivät sovellu.

Maidontuottajatila ja ravinnepolitiikka: Tilan toimintamekanismit, politiikan tarve ja ohjauskeinojen vaikuttavuus

Tutkielman tarkoituksena on rakentaa malli, jolla voidaan arvioida maitotilan toimintaa monipuolisesti ravinnehuuhtouman kannalta. Tavoitteena on ennen muuta analyyttinen tarkastelu siten, että kuitenkin huomioiden maidontuotannon ominaispiirteet, keskeisinä esimerkkeinä ravinnon, maidontuotannon ja lannan ominaisuuksien väliset riippuvuudet. Analyysissa tarkastellaan tilanomistajan yksityisen hyödynmaksimoinnin ja yhteiskunnan tavoitteiden eroavaisuutta. Lisäksi johdetaan optimaaliset ohjauskeinot ja arvioidaan eräiden yksinkertaisten ohjauskeinojen vaikuttavuutta. Mallin analysoinnin perusteella yksityinen ja yhteiskunnallinen optimiratkaisu eroavat toisistaan kaikkien päätösmuuttujien osalta. Ei voida kuitenkaan yleispätevästi sanoa muutosten merkittävyyttä tai suuntaa ottamatta kantaa mallin funktiomuotoihin ja parametriarvoihin. Optimaaliset ohjauskeinot tulisi asettaa keinolannoitteen ja lannan levitykselle, väkirehuruokinnalle ja säilörehun viljelylle, mutta ei eläinten määrälle. Toisaalta optimaaliset ohjauskeinot ovat hyvin monimutkaisia. Tarkasteltujen yksinkertaisempien ohjauskeinojen vaikuttavuutta ei voida tarkasti arvioida analyyttisella tasolla. Numeeristen tulosten perusteella yhteiskunnallisessa optimissa eläinmäärä olisi hieman yksityistä optimia pienempi, väkirehun käyttö vähäisempää, enemmän peltoa allokoitaisiin säilörehun viljelyyn ja lannoitustasot olisivat kautta linjan hieman pienemmät. Lannanlevitykset eroavat etäisyyden suhteen: molemmissa tapauksissa lannanlevityksen intensiteetti kasvaa kohti tilan keskusta kuljettaessa, mutta yksityisessä optimissa lähimmälle pellolle dumpataan kaikki ylimääräinen lanta, kun taas yhteiskunnallisessa optimissa lanta levitetään tasaisemmin eri pelloille. Ero kokonaishyvinvoinnissa jää pieneksi, mutta eläinmäärän kasvu kärjistäisi lannan dumppauksen aiheuttamia huuhtoumahaittoja. Yksinkertaisista ohjauskeinoista lannoitusrajoitus sekä ravinne- ja keinolannoitevero osoittautuivat kohtalaisen käyttökelpoisiksi numeeristen tulosten perusteella. Sen sijaan eläinmäärän rajoittaminen ja lannan kuljetuskustannuksia kompensoivat tuet vaikuttavat tulosten perusteella huonoilta ratkaisuilta.