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."

Ketoprofeenin biologinen käytettävyys ja farmakokinetiikka sioilla eri antotavoilla ja ketoprofeeniyliannoksen farmakokinetiikka ja vaikutus munuaisiin lampailla

Ketoprofeeni on yleisesti käytetty ei-steroidinen tulehduskipulääke (NSAID) lampaiden ja sikojen kivunlievityksessä. Tietoa ketoprofeenin oikeista annosmääristä eri eläinlajeilla on saatavilla rajallisesti. Oikeaa lääkeainemäärää ei voida luotettavasti ekstrapoloida toisten eläinlajien tai ihmisten perusteella. Epäillyissä tulehduskipulääkemyrkytyksissä ongelmana on tietää, oliko eläimen saama lääkeannos toksinen. Lampailla tehdyn tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, muuttuuko ketoprofeenin kinetiikka kymmenkertaisella yliannoksella, tutkia yliannoksen vaikutusta munuaisiin ja löytää yksinkertainen tapa diagnosoida yliannos virtsasta. Sioilla tehdyn tutkimuksen tavoitteena oli selvittää ketoprofeenin biologista käytettävyyttä ja ketoprofeenin farmakokinetiikkaa sioilla intravaskulaarisella, intramuskulaarisella ja peroraalisella annolla. Keskeiset tutkimuksessa määritettävät muuttujat olivat AUC0-_, Cmax ja tmax. Hyötyosuus laskettiin i.v. -annon perusteella. Kuudelle lampaalle annettiin 30 mg/kg i.v. -ketoprofeenia. Ketoprofeenin pitoisuuksia seurattiin 24 tunnin ajan plasmanäytteillä, joiden perusteella määritettiin farmakokineettiset parametrit. Veri- ja virtsanäytteistä tutkittiin muun muassa mahdollisesta munuaisvauriosta kertovia entsyymejä. 24 tunnin kuluttua lääkkeenannosta lampaat lopetettiin ja munuaiset tutkittiin histologisesti. Tutkittaville kahdeksalle sialle annosteltiin 3 mg/kg intravaskulaarista, intramuskulaarista ja oraalista ketoprofeenia sekä 6 mg/kg oraalista ketoprofeenia. Tutkimus suoritettiin satunnaistettuna vaihtovuorotutkimuksena. Ketoprofeenin pitoisuuksia seurattiin plasmanäytteillä 48 tunnin ajan lääkkeenannosta ja kaikille antotavoille laskettiin farmakokineettiset parametrit. Lisäksi tutkittiin valmisteiden biologinen samanarvoisuus. Molempien tutkimusten in vivo -kokeet suoritettiin Eläinlääketieteellisessä tiedekunnassa. Samoin munuaisten histologinen tutkimus ja virtsasta ja verestä tehdyt määritykset, lukuun ottamatta ketoprofeeninpitoisuuden analysointia. Plasman ketoprofeenipitoisuus analysoitiin korkean erotuskyvyn nestekromatografialla (HPLC). Ketoprofeenimääritykset ja farmakokineettinen analyysi suoritettiin Farmasian tiedekunnassa. Lampaiden kymmenkertainen ketoprofeeniyliannos oli toksinen. Seerumin urea- ja kreatiniinipitoisuus nousivat ja histologisissa näytteissä näkyi akuutti munuaistiehyen vaurio. Useiden entsyymien pitoisuus nousi virtsassa. Selvimmin ja nopeimmin nousi virtsan laktaattidehydrogenaasipitoisuus, jonka määrittäminen vaikuttaa potentiaaliselta tavalta diagnosoida ketoprofeenin toksinen annos. Ketoprofeenin eliminaation puoliintumisaika toksisella annoksella oli samaa suuruusluokkaa kuin aiemmissa tutkimuksissa terapeuttisella annoksella, joten yliannos ei muuttanut ketoprofeenin kinetiikkaa. AUC- ja Cmax -arvot olivat suhteessa suurempia kuin terapeuttisella annoksella, joten tutkimuksen perusteella kyseiset arvot eivät nousseet lineaarisesti annoksen noustessa toksiseksi. Sioille annetut ketoprofeenivalmisteet eivät olleet biologisesti samanarvoisia keskenään. Hyötyosuus oli erittäin hyvä kaikilla antotavoilla. tmax oli kaikilla antotavoilla hieman yli tunnin kuluttua lääkkeenannosta. Oraalisen 3 mg/kg -annoksen Cmax oli 5,1 mg/l ja AUC 32 mg l-1 h ja intramuskulaarisen vastaavat arvot olivat 7,6 mg/l ja 37 mg l-1 h. Oraalisen ketoprofeenin annostasojen AUC- ja Cmax -arvot korreloivat keskenään, joten ketoprofeenin kinetiikka oli lineaarista. Intravaskulaarisen ja oraalisen annon puoliintumisajoissa oli tilastollisesti merkitsevä ero. Ketoprofeenin jakautumistilavuudessa ja puhdistumassa ei ollut tilastollisesti merkitsevää eroa eri antotapojen välillä.

The roles of nitrification and nitrate reduction pathways in nitrogen cycling of Baltic Sea

The Baltic Sea is one of the largest brackish water bodies in the world. Primary production in the Baltic Sea is limited by nitrogen (N) availability with the exception of river outlets and the northernmost phosphorus limited basin. The excess human induced N load from the drainage basin has caused severe eutrophication of the sea. The excess N loads can be mitigated by microbe mediated natural N removal processes that are found in the oxic-anoxic interfaces in sediments and water column redoxclines. Such interfaces allow the close coupling between the oxic nitrification process, and anoxic denitrification and anaerobic ammonium oxidation (anammox) processes that lead to the formation of molecular nitrogen gas. These processes are governed by various environmental parameters. The effects of these parameters on N processes were investigated in the northern Baltic Sea sediments. During summer months when the sediment organic content is at its highest, nitrification and denitrification reach their maximum rates. However, nitrification had no excess potential, which was probably because of high competition for molecular oxygen (O2) between heterotrophic and nitrification microbes. Subsequently, the limited nitrate (NO3-) availability inhibited denitrification. In fall, winter and spring, nitrification was limited by ammonium availability and denitrification limited by the availability of organic carbon and occasionally by NO3-. Anaerobic ammonium oxidation (anammox) was not an important N removal process in the northern Baltic Sea. Modeling studies suggest that when hypoxia expands in the Baltic Sea, N removal intensifies. However, the results of this study suggest the opposite because bottom water hypoxia (O2< 2 ml l-1) decreased the denitrification rates in sediments. Moreover, N was recycled by the dissimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA) process instead of being removed from the water ecosystem. High N removal potentials were found in the anoxic water column in the deep basins of the Baltic Proper. However, the N removal in the water column appeared to be limited by low substrate availability, because the water at the depths at which the substrate producing nitrification process occurred, rarely mix with the water at the depths at which N removal processes were found. Overall, the natural N removal capacity of the northern Baltic Sea decreased compared to values measured in mid 1990s and early 2000. The reason for this appears to be increasing hypoxia.

Mykorritsa fosforin kierrättäjänä

Suomen maatalousmaihin kertynyttä fosforia hyödynnetään tehottomasti, ja samalla muokkauskerroksen suuri fosforimäärä on alttiina huuhtoutumiselle. Arbuskelimykorritsaa (AM) hyödyntämällä on mahdollista tehostaa viljelykasvin fosforinottoa ja kasvua, ja siten vähentää fosforin huuhtoutumista. Tämän tutkielman tavoitteena oli selvittää mykorritsan vaikutus kasvin kasvuun ja fosforinottoon karjanlantalannoituksella mineraalilannoitukseen verrattuna sekä näiden lannoitusten pitkäaikaisvaikutusta AM-sieniyhteisöihin. Jotta lannoituskäytäntöjen vaikutus mykorritsaan voitiin suhteuttaa muihin maan laatutekijöihin, näiden käytäntöjen vaikutus myös satomääriin sekä muihin maan laatumittareihin arvioitiin. Pitkäaikainen kenttäkoe perustettiin kolmelle paikkakunnalle Pohjois-Ruotsissa vuosina 1965–66. Kuusivuotinen viljelykierto koostui joko viisivuotisesta nurmesta ja ohrasta tai ohramonokulttuurista. Lannoituskäsittelyt 32-vuoden ajan olivat suositusten mukainen (NPK) ja edelliseen nähden kaksinkertainen (2NPK) mineraalilannoitus sekä karjanlantalannoitus (KL), jonka ravinnemäärä vastasi NPK -käsittelyä. Kolmen lannoituskäsittelyn vaikutusta mykorritsan tehokkuuteen kasvin kasvun ja fosforiravitsemuksen näkökulmasta tutkittiin astiakokeissa. Mykorritsasieniyhteisöjen toiminnallisten erojen selvittämiseksi tehtiin takaisin- ja ristiinsiirrostuskoe. (5 v-%) steriloitua maanäytettä NPK- ja KL -käsittelyistä siirrostettiin käsittelemättömiin maanäytteisiin, jotka olivat samoista lannoituskäsittelyistä. Mykorritsan positiivinen vaikutus kasvin kasvuun ja fosforiravitsemukseen oli suurin kun käytettiin karjanlantaa. NPK ja 2NPK -käsittelyiden välillä ei havaittu eroja. Takaisin- ja ristiinsiirrostuskokeessa ei ollut tilastollisesti merkitseviä eroja. Nurmi- ja ohrasadot olivat suurimmat kun mineraalilannoitetta annettiin suosituksiin nähden kaksinkertainen määrä. Satomäärät olivat yhtä suuret tai suuremmat kun käytettiin karjanlantaa NPK –lannoituksen sijaan. Karjanlantakäsittely lisäsi maaperän kokonaishiili- ja kokonaistyppipitoisuutta verrattuna NPK -käsittelyyn, joka sisälsi saman määrän ravinteita. Samalla huuhtoutumiselle altis liukoisen fosforin pitoisuus säilyi alhaisella tasolla. Karjanlanta edisti mykorritsan toimintaedellytyksiä, ja siksi mykorritsasta saatua hyötyä fosforinotossa ja kasvuvaikutuksena mineraalilannoitteisiin verrattuna, mutta se ei vaikuttanut mykorritsasieniyhteisön toiminnallisiin ominaisuuksiin. Karjanlantalannoitus paransi mitattuja maan ominaisuuksia kokonaisuudessaan, eikä se vähentänyt satoja.

Effect of drainage basin characteristics on the diffuse load of phosphorus and nitrogen.

Tiivistelmä: Valuma-alueen vaikutus fosforin ja typen hajakuormitukseen.