Sireenit, floksit ja iirikset- Puu-Käpylän koristekasvit

Puu-Käpylä (“Wooden Käpylä”), a neighbourhood of Helsinki, is the earliest example of the Garden City Movement in Finland. The suburb of valuable wooden architecture was built between 1920 and 1925, with the aim to provide a healthy housing area for working-class families with many children. The houses were erected by a co-operative (Käpylän kansanasunnot, “People?s Dwellings”) and they are protected by the city plan since 1960?s. However, the historical value of the sheltered courtyards has not been investigated. The aim of this study was to survey the garden flora of Puu-Käpylä and to evaluate the authenticity of the courtyard gardens. The survey covered the area of one residential quarter (1.2 ha) with twelve 2-storey semi-detached timber houses arranged around a common yard, which was originally appointed for the tenants? vegetable gardens. The houses are still rented, and each flat is allowed a small lot of the courtyard for cultivation. A complete list was made of all perennial, ornamental plant taxa present in the quarter. Spring bulbs were missed due to the timing of the survey. Generally, the plants were recorded on species level, with the exception of common lilacs, shrub roses, irises and peonies that were thoroughly studied for cultivar identification. It was assumed that plants initially grown in the courtyard could be distinguished by studying Finnish garden magazines, books and nursery catalogues published in the 1920?s and by comparing the present vegetation to surviving documents from the quarter. The total number of ornamental plant taxa identified was 172, of which 17 were trees, 47 shrubs, 7 climbers and 101 herbaceous perennials. The results indicated that a major part of the shrubs, climbers and perennials presumably originated from the 1970?s or later, whereas ca. 70 % of the tree specimens were deemed as original. The survey disclosed a heritage variety of common lilac, resembling cultivar „Prince Notger?, a specific peony taxon, Paeonia humilis Retz., cultivated in Nordic countries since long ago, and a few historic iris varieties. Well-preserved design elements included front gardens on one side of the quarter, a maple alley on another side as well as trees at the garden gates. Old garden books and magazines did not shed much light on the Finnish garden flora commonly used in the period when Puu-Käpylä was built. However, they gave a valuable picture of contemporary planting design. Nursery catalogues offered insight into the assortment of ornamental plants traded in the 1920?s. Conclusions on the authenticity of the current flora were mainly drawn on the basis of old photographs and a vegetation survey map drawn in the 1970?s. This study revealed a need for standardization of syrvey methods applied when investigating garden floras. Uniform survey techniques would make the results comparable and enable a future compilation of data from e.g. historic gardens.

Ultraäänen käyttö ligniinin ja hemiselluloosan ertuksessa puu-uutteesta

Puusta valmistetussa puu-uutteessa on puun polymeerejä, ligniiniä ja hemiselluloosaa, joiden käyttöä halutaan lisätä biojalostamoissa. Polymeerit tulisi erottaa mahdollisimman puhtaasti jatkojalostusta varten. Erotus voidaan tehdä ultrasuodatuksella. Puu-uutetta pitää kuitenkin esikäsitellä, sillä polymeerit ovat lähes samankokoisia. Ultraäänikäsittelyn on osoitettu kasvattavan ligniinin moolimassaa, jolloin myös erotus parantuisi. Ultraäänikäsittely on aikaisemmin käytettyihin esikäsittelymenetelmiin verrattuna ympäristöystävällisempi, sillä sen käytössä ei tarvita erillisiä kemikaaleja. Tämän työn tavoitteena oli selvittää, kuinka ultraäänikäsittely vaikuttaa ligniinin ja hemiselluloosan erotukseen PHWE-puu-uutteesta. Näytteen pH säädettiin emäksiseksi, näyte ultraäänikäsiteltiin eri koeolosuhteissa ja ultrasuodatettiin. Ultraäänikäsiteltyä näytettä verrattiin käsittelemättömään referenssinäytteeseen. Näytteet analysoitiin UV- ja TOC-analyyseillä konsentraattien ligniini- ja hiilipitoisuuksien selvittämiseksi. Lisäksi tarkasteltiin suodatusprosessin parametreja. Tulosten perusteella ultraäänikäsittely paransi ligniinin ja hemiselluloosan erotusta erilleen. Erotus parani eniten pH 12 -näytteessä, joka ultraäänikäsiteltiin 65 °C lämpötilassa, 45 minuutin ajan laiteteholla 175 W.

Management of multi-scale forest resource data over time

During the last decades there has been a global shift in forest management from a focus solely on timber management to ecosystem management that endorses all aspects of forest functions: ecological, economic and social. This has resulted in a shift in paradigm from sustained yield to sustained diversity of values, goods and benefits obtained at the same time, introducing new temporal and spatial scales into forest resource management. The purpose of the present dissertation was to develop methods that would enable spatial and temporal scales to be introduced into the storage, processing, access and utilization of forest resource data. The methods developed are based on a conceptual view of a forest as a hierarchically nested collection of objects that can have a dynamically changing set of attributes. The temporal aspect of the methods consists of lifetime management for the objects and their attributes and of a temporal succession linking the objects together. Development of the forest resource data processing method concentrated on the extensibility and configurability of the data content and model calculations, allowing for a diverse set of processing operations to be executed using the same framework. The contribution of this dissertation to the utilisation of multi-scale forest resource data lies in the development of a reference data generation method to support forest inventory methods in approaching single-tree resolution.

Tree mortality and deadwood dynamics in late-successional boreal forests

Here I aimed at quantifying the main components of deadwood dynamics, i.e. tree mortality, deadwood pools, and their decomposition, in late-successional boreal forests. I focused on standing dead trees in three stand types dominated by Picea mariana and Abies balsamea in eastern Canada, and on standing and down dead trees in Picea abies-dominated stands in three areas in Northern Europe. Dead and living trees were measured on five sample plots of 1.6-ha size in each study area and stand type. Stem disks from dead trees were sampled to determine wood density and year of death, using dendrochronological methods. The results were applied to reconstruct past tree mortality and to model deadwood decay class dynamics. Site productivity, stand developmental stage, and the occurrence of episodic tree mortality influenced deadwood volume and quality. In all study areas tree mortality was continuous, leading to continuity in deadwood decay stage distribution. Episodic tree mortality due to either autogenic or allogenic causes influenced deadwood volume and quality in all but one study area. However, regardless of productivity and disturbance history deadwood was abundant, accounting for 20 53% of total wood volume in European study areas, and 15 27% of total standing volume in eastern Canada. Deadwood was a persistent structural component, since its expected residence time in early- and midstages of decay was 18 yr even in the area with the most rapid decomposition. The results indicated that in the absence of episodic tree mortality, stands may eventually develop to a steady state, in which deadwood volume fluctuates around an equilibrium state. However, in many forests deadwood is naturally variable, due to recurrent moderate-severity disturbances. This variability, the continuous tree mortality, and variation in rates of wood decomposition determine the dynamics and availability of deadwood as a habitat and carbon storage medium in boreal coniferous forest ecosystems.

Tropical dryland agroforestry on clay soils: : Analysis of systems based on Acacia senegal in the Blue Nile region, Sudan

Acacia senegal, the gum arabic producing tree, is the most important component in traditional dryland agroforestry systems in the Blue Nile region, Sudan. The aim of the present study was to provide new knowledge on the potential use of A. senegal in dryland agroforestry systems on clay soils, as well as information on tree/crop interaction, and on silvicultural and management tools, with consideration on system productivity, nutrient cycling and sustainability. Moreover, the aim was also to clarify the intra-specific variation in the performance of A. senegal and, specifically, the adaptation of trees of different origin to the clay soils of the Blue Nile region. In agroforestry systems established at the beginning of the study, tree and crop growth, water use, gum and crop yields, nutrient cycling and system performance were investigated for a period of four years (1999 to 2002). Trees were grown at 5 x 5 m and 10 x 10 m spacing alone or in mixture with sorghum or sesame; crops were also grown in sole culture. The symbiotic biological N2 fixation by A. senegal was estimated using the 15N natural abundance (δ15N) procedure in eight provenances collected from different environments and soil types of the gum arabic belt and grown in clay soil in the Blue Nile region. Balanites aegyptiaca (a non-legume) was used as a non-N-fixing reference tree species, so as to allow 15N-based estimates of the proportion of the nitrogen in trees derived from the atmosphere. In the planted acacia trees, measurements were made on shoot growth, water-use efficiency (as assessed by the δ13C method) and (starting from the third year) gum production. Carbon isotope ratios were obtained from the leaves and branch wood samples. The agroforestry system design caused no statistically significant variation in water use, but the variation was highly significant between years, and the highest water use occurred in the years with high rainfall. No statistically significant differences were found in sorghum or sesame yields when intercropping and sole crop systems were compared (yield averages were 1.54 and 1.54 ha-1 for sorghum and 0.36 and 0.42 t ha-1 for sesame in the intercropped and mono-crop plots, respectively). Thus, at an early stage of agroforestry system management, A. senegal had no detrimental effect on crop yield, but the pattern of resource capture by trees and crops may change as the system matures. Intercropping resulted in taller trees and larger basal and crown diameters as compared to the development of sole trees. It also resulted in a higher land equivalent ratio. When gum yields were analysed it was found that a significant positive relationship existed between the second gum picking and the total gum yield. The second gum picking seems to be a decisive factor in gum production and could be used as an indicator for the total gum yield in a particular year. In trees, the concentrations of N and P were higher in leaves and roots, whereas the levels of K were higher in stems, branches and roots. Soil organic matter, N, P and K contents were highest in the upper soil stratum. There was some indication that the P content slightly increased in the topsoil as the agroforestry plantations aged. At a stocking of 400 trees ha-1 (5 x 5 m spacing), A. senegal accumulated in the biomass a total of 18, 1.21, 7.8 and 972 kg ha-1of N, P, K and OC, respectively. Trees contributed ca. 217 and 1500 kg ha-1 of K and OC, respectively, to the top 25-cm of soil over the first four years of intercropping. Acacia provenances of clay plain origin showed considerable variation in seed weight. They also had the lowest average seed weight as compared to the sandy soil (western) provenances. At the experimental site in the clay soil region, the clay provenances were distinctly superior to the sand provenances in all traits studied but especially in basal diameter and crown width, thus reflecting their adaptation to the environment. Values of δ13C, indicating water use efficiency, were higher in the sand soil group as compared to the clay one, both in leaves and in branch wood. This suggests that the sand provenances (with an average value of -28.07 ) displayed conservative water use and high drought tolerance. Of the clay provenances, the local one (Bout) displayed a highly negative (-29.31 ) value, which indicates less conservative water use that resulted in high productivity at this particular clay-soil site. Water use thus appeared to correspond to the environmental conditions prevailing at the original locations for these provenances. Results suggest that A. senegal provenances from the clay part of the gum belt are adapted for a faster growth rate and higher biomass and gum productivity as compared to provenances from sand regions. A strong negative relationship was found between the per-tree gum yield and water use efficiency, as indicated by δ13C. The differences in water use and gum production were greater among provenance groups than within them, suggesting that selection among rather than within provenances would result in distinct genetic gain in gum yield. The relative δ15N values ( ) were higher in B. aegyptiaca than in the N2-fixing acacia provenances. The amount of Ndfa increased significantly with age in all provenances, indicating that A. senegal is a potentially efficient nitrogen fixer and has an important role in t agroforestry development. The total above-ground contribution of fixed N to foliage growth in 4-year-old A. senegal trees was highest in the Rahad sand-soil provenance (46.7 kg N ha-1) and lowest in the Mazmoom clay-soil provenance (28.7 kg N ha-1). This study represents the first use of the δ15N method for estimating the N input by A. senegal in the gum belt of Sudan. Key words: Acacia senegal, agroforestry, clay plain, δ13C, δ15N, gum arabic, nutrient cycling, Ndfa, Sorghum bicolor, Sesamum indicum

Monitoring of Fungal Growth and Degradation of Wood

Valko- ja ruskolahosienet tunnetaan luonnossa tehokkaimpina puun ja karikkeen lignoselluloosan lahottajina. Valkolahosienet pystyvät hajottamaan kaikkia puun osia: ligniiniä, selluloosaa ja hemiselluloosaa. Selektiivisesti ligniiniä hajottavat sienet lahottavat puusta suhteessa enemmän vaikeasti hajoavaa ligniiniä kuin selluloosaa tai hemiselluloosaa, jolloin jäljelle jää valkoista ja miltei puhdasta selluloosaa. Bioteknisissä sovelluksissa juuri selektiviiviset valkolahottajat ovat kiinnostavia. Niiden avulla voidaan puuhaketta esikäsitellä esimerkiksi paperinvalmistuksessa haitallisen ligniinin poistamiseksi. Ruskolahosienet ovat huomattavia puun, puutavaran ja puisten rakenteiden lahottajia, kuten tässä työssä käytetty Gloeophyllum trabeum (saunasieni ) ja Poria (Postia) placenta (istukkakääpä). Ruskolahosienet hajottavat puusta hemiselluloosan lisäksi selluloosaa, jolloin jää jäljelle ruskea ja jauhomaiseksi mureneva ligniini. Ruskolahosienet muovaavat ligniiniä jonkin verran. Kahden ruskolahosienen G. trabeumin ja P. placentan lisäksi tutkittiin valkolahosieniä, joista Ceriporiopsis subvermispora (karstakääpä) ja harvinainen Physisporinus rivulosus -sieni (talikääpä) hajottavat ligniiniä erittäin selektiivisesti. Phanerochaete chrysosporium on kaikkialla paljon tutkittu sieni, ja Phlebia radiata valkolahosientä (rusorypykkä) on tutkittu paljon mikrobiologian osastolla. Lisäksi tutkittiin Phlebia tremellosa -sienten (hytyrypykkä) ligninolyyttisten entsyymien tuottoa ja 14C-leimatun synteettisen ligniinin (DHP) hajotusta. P. radiata ja P. tremellosa -sienten on todettu aiemmin hajottavan ligniiniä selektiivisesti. Työssä selvitettiin miten sienten kasvua voi mitata, miten vertailukelpoisia eri mittaamismenetelmillä saadut tulokset ovat ja ilmenevätkö sienten aktiivisimmat kasvuvaiheet samaan aikaan eri menetelmillä mitattuna. Tärkeimmät tulokset olivat seuraavat havainnot: (i) P. radiata ja P. tremellosa -sienikannat tuottivat ligniini- ja mangaaniperoksidaasientsyymejä (LiP ja MnP) sekä lakkaasia, ja sienistä puhdistettiin 2-3 LiP- ja P. radiatasta yksi MnP-entsyymi; (ii) P. tremellosa -sienet hajottivat leimattua synteettistä ligniiniä (DHP) yhtä hyvin kuin paljon tutkitut P. chrysosporium ja P. radiata -sienet; (iii) puu, sienen luonnollinen kasvualusta, lisäsi valkolaho- ja ruskolahosienten demetoksylaatiota [O14CH3]-leimatusta ligniinin malliyhdisteestä 14CO2:ksi ilman puuta olleeseen alustaan verrattuna; (iv) demetoksylaatio (14CO2:n tuotto) oli normaalissa ilma-atmosfäärissä useimmiten parempi happeen verrattuna; (v) hapessa paras 14CO2:n tuotto saatiin puupalakasvatuksissa, joihin oli lisätty ravinnetyppeä tai typen lisäksi glukoosia sekä valkolaho- että ruskolahosienillä; (vi) ilmassa 14CO2:n tuotto oli puulla voimakkainta valkolahosienillä ilman lisäravinteita, kun taas G. trabeum -sienellä se oli yhtä hyvä eri alustoissa; (vii) biomassan muodostuminen rihmastojen ergosterolipitoisuuksista mitattuna oli ruskolahosienillä parempi kuin valkolahosienillä; (viii) ja biomassojen huippupitoisuudet olivat 6:lla sienellä eri suuruisia ja niiden maksimimäärien ajankohdat vaihtelivat viiden viikon kasvatusten kuluessa. Mikrobiologian osastolla Viikissä eristetty ja paljon tutkittu P. radiata -valkolahosieni oli mukana kaikissa tehdyissä kokeissa. Sienen LiP-aktiivisuus ja 14CO2:n tuotto 14C-rengas-leimatusta synteettisestä ligniinistä (DHP) korreloivat erittäin hyvin. Biomassan muodostuminen ergosterolilla määritettynä tuki hyvin entsyymiaktiivisuusmittauksilla ja isotooppikasvatuksilla saatuja tuloksia.

The white-rot fungi Phlebia radiata and Dichomitus squalens in wood-based cultures: expression of laccases, lignin peroxidases, and oxalate decarboxylase

Basidiomycetous white-rot fungi are the only organisms that can efficiently decompose all the components of wood. Moreover, white-rot fungi possess the ability to mineralize recalcitrant lignin polymer with their extracellular, oxidative lignin-modifying enzymes (LMEs), i.e. laccase, lignin peroxidase (LiP), manganese peroxidase (MnP), and versatile peroxidase (VP). Within one white-rot fungal species LMEs are typically present as several isozymes encoded by multiple genes. This study focused on two effi cient lignin-degrading white-rot fungal species, Phlebia radiata and Dichomitus squalens. Molecular level knowledge of the LMEs of the Finnish isolate P. radiata FBCC43 (79, ATCC 64658) was complemented with cloning and characterization of a new laccase (Pr-lac2), two new LiP-encoding genes (Pr-lip1, Pr-lip4), and Pr-lip3 gene that has been previously described only at cDNAlevel. Also, two laccase-encoding genes (Ds-lac3, Ds-lac4) of D. squalens were cloned and characterized for the first time. Phylogenetic analysis revealed close evolutionary relationships between the P. radiata LiP isozymes. Distinct protein phylogeny for both P. radiata and D. squalens laccases suggested different physiological functions for the corresponding enzymes. Supplementation of P. radiata liquid culture medium with excess Cu2+ notably increased laccase activity and good fungal growth was achieved in complex medium rich with organic nitrogen. Wood is the natural substrate of lignin-degrading white-rot fungi, supporting production of enzymes and metabolites needed for fungal growth and the breakdown of lignocellulose. In this work, emphasis was on solid-state wood or wood-containing cultures that mimic the natural growth conditions of white-rot fungi. Transcript analyses showed that wood promoted expression of all the presently known LME-encoding genes of P. radiata and laccase-encoding genes of D. squalens. Expression of the studied individual LME-encoding genes of P. radiata and D. squalens was unequal in transcript quantities and apparently time-dependent, thus suggesting the importance of several distinct LMEs within one fungal species. In addition to LMEs, white-rot fungi secrete other compounds that are important in decomposition of wood and lignin. One of these compounds is oxalic acid, which is a common metabolite of wood-rotting fungi. Fungi produce also oxalic-acid degrading enzymes of which the most widespread is oxalate decarboxylase (ODC). However, the role of ODC in fungi is still ambiguous with propositions from regulation of intra and extracellular oxalic acid levels to a function in primary growth and concomitant production of ATP. In this study, intracellular ODC activity was detected in four white-rot fungal species, and D. squalens showed the highest ODC activity upon exposure to oxalic acid. Oxalic acid was the most common organic acid secreted by the ODC-positive white-rot fungi and the only organic acid detected in wood cultures. The ODC-encoding gene Ds-odc was cloned from two strains of D. squalens showing the first characterization of an odc-gene from a white-rot polypore species. Biochemical properties of the D. squalens ODC resembled those described for other basidiomycete ODCs. However, the translated amino acid sequence of Ds-odc has a novel N-terminal primary structure with a repetitive Ala-Ser-rich region of ca 60 amino acid residues in length. Expression of the Ds-odc transcripts suggested a constitutive metabolic role for the corresponding ODC enzyme. According to the results, it is proposed that ODC may have an essential implication for the growth and basic metabolism of wood-decaying fungi.

Responses of soil microbial communities to clonal variation of Norway spruce

In boreal forests, microorganisms have a pivotal role in nutrient and water supply of trees as well as in litter decomposition and nutrient cycling. This reinforces the link between above-ground and below-ground communities in the context of sustainable productivity of forest ecosystems. In northern boreal forests, the diversity of microbes associated with the trees is high compared to the number of distinct tree species. In this thesis, the aim was to study whether conspecific tree individuals harbour different soil microbes and whether the growth of the trees and the community structure of the associated microbes are connected. The study was performed in a clonal field trial of Norway spruce, which was established in a randomized block design in a clear-cut area. Since out-planting in 1994, the spruce clones showed two-fold growth differences. The fast-growing spruce clones were associated with a more diverse community of ectomycorrhizal fungi than the slow-growing spruce clones. These growth performance groups also differed with respect to other aspects of the associated soil microorganisms: the species composition of ectomycorrhizal fungi, in the amount of extraradical fungal mycelium, in the structure of bacterial community associated with the mycelium, and in the structure of microbial community in the organic layer. The communities of fungi colonizing needle litter of the spruce clones in the field did not differ and the loss of litter mass after two-years decomposition was equal. In vitro, needles of the slow-growing spruce clones were colonized by a more diverse community of endophytic fungi that were shown to be significant needle decomposers. This study showed a relationship between the growth of Norway spruce clones and the community structure of the associated soil microbes. Spatial heterogeneity in soil microbial community was connected with intraspecific variation of trees. The latter may therefore influence soil biodiversity in monospecific forests.

Degradation of lignin and other 14C-labelled compounds in compost and soil with an emphasis on white-rot fungi

Puu, ruohokasvit ja näistä tehdyt tuotteet kuten mekaanisesta massasta valmistettu sanomalehtipaperi sisältävät ligniiniä, joka hajoaa yleensä hyvin hitaasti luonnossa. Valkolahosienet hajottavat ligniiniä tehokkaimmin, ja koska niiden tuottamat entsyymit hajottavat myös muita vaikeasti hajoavia yhdisteitä, voidaan valkolahosienten avulla mahdollisesti puhdistaa saastuneita maita. Tässä työssä haluttiin selvittää, säilyttävätkö valkolahosienet (Abortiporus biennis, Bjerkandera adusta, Dichomitus squalens, Phanerochaete chrysosporium, Phanerochaete sordida, Phlebia radiata, Pleurotus ostreatus, Trametes hirsuta ja Trametes versicolor) aktiivisuutensa ja kasvavatko ne maassa. Aktiivisuutta mitattiin seuraamalla sienten synteettisen ligniinin (14C-DHP) hajotuskykyä. T. versicolor (silkkivyökääpä) osoittautui tehokkaimmaksi ligniinin hajottajaksi ja sen pentakloorifenolin (PCP) hajotuskykyä tutkittiin erillisessä kokeessa. Entiset tai pitkään käytössä olleet saha-alueet ovat yhä saastuneet puun käsittelyaineista peräisin olevilla kloorifenoleilla. Biohajoavien muovien kehitystyö sekä kompostoinnin yleistyminen jätteiden käsittelymenetelmänä ovat luoneet tarpeen materiaalien biohajoavuuden määrittämiseen. Euroopan standardisoimisjärjestön (CEN) kontrolloidussa kompostitestissä biohajoavuus määritetään materiaalin hajoamisen aikana muodostuvan hiilidioksidin perusteella. Hiilidioksidin tuotto mitataan sekä näytettä sisältävästä kompostista että kompostista ilman näytettä, ja tällöin oletetaan, että kompostin orgaaninen aines molemmissa komposteissa (tausta) tuottaa yhtä paljon hiilidioksidia. Testin puutteeksi saattaa osoittautua kompostissa tai maassa esiintyvä "priming effect". Tällä tarkoitetaan materiaalin lisäämisen jälkeen esiintyvää epänormaalin suurita tai pientä hiilidioksidin muodostusta, minkä seurauksena testin tulosksena saatava biohajoavuus on virheellinen. Ligniinin hajotessa muodostuu enemmän humusta kuin hiilidioksidia, koska ligniini on humuksen tärkein lähtöaine. Näin ollen ligniiniä sisältävät paperituotteet saattavat testin mukaan vaikuttaa biologisesti hajoamattomilta. Valkolahosienet hajottivat 4-23% ligniinistä hiilidioksidiksi ja T. versicolor 29% PCP:sta. Kompostissa ligniini hajosi hiilidioksidiksi 58°C:ssa huomattavasti vähemmän (8%) kuin lämpötiloissa 35°C ja 50°C (23-24%). Kompostin todennäköisesti tärkeimpien ligniinin hajottajien, termofiilisten sienten, tyypillinen optimilämpötila on 45°C, eivätkä ne ole enää aktiivisia 58°C:ssa. Sekä maassa että kompostissa ligniini sitoutui kuitenkin suurimmaksi osaksi humukseen. Valkolahosienet hajottivat sekä humukseen sitoutunutta ligniiniä että PCP:ia, mutta kompostin sekapopulaatio ei tähän pystynyt, ja ligniiniä sitoutui humukseen yhä enemmän kompostoinnin aikana. T. versicolor hajotti PCP:ia tehokkaasti, eikä se tuottanut myrkyllisiä kloorianisoleja, joita jotkut valkolahosienet saattavat muodostaa kloorifenoleista. Priming effect ilmiötä tutkittiin eri ikäisissä ja kypsyydeltään erilaisissa komposteissa. Kompostit erosvat toisistaan myös hajoamattoman jätteen määrän ja mikrobipopulaation suhteen. Negatiivinen priming effect havaittiin kaikissa epästabiileissa komposteissa (ikä enintään 6 kk), ja sen lisäksi yhdessä näistä komposteista positiivinen priming effect kokeen lopussa. Stabiileissa komposteissa (ikä vähintään 6 kk) ilmiötä ei sen sijaan havaittu. Epästabiileissa komposteissa biohajoavuudelle saadut tulokset eivät siis ole luotettavia. Työn tulosten perusteella valkolahosienet, ja erityisesti T. versicolor, ovat lupaavia saastuneen maan puhdistukseen, joskin sienirihmaston mahdollisuudet säilyä aktiivisena maan alkuperäisen mikrobipopulaation kanssa täytyy vielä selvittää. Kompostin sekapopulaatio, joka ei sisällä valkolahosieniä, hajotti ligniiniä yllättävän tehokkaasti termofiilisille sienille sopivissa lämpötiloissa, vaikka ligniini sitoutuikin pääasiallisesti humukseen. Kompostin kypsyys osoittautui tärkeäksi tekijäksi kontrolloidun kompostitestin onnistumisen kannalta. Priming effect ilmiön välttämiseksi on varmistettava, että testissä käytetty komposti on riittävän kypsä. Kompostien mikrobipopulaation koostumusta kompostoinnin eri vaiheissa tulisi tarkemmin selvittää, koska stabiilien ja epästabiilien kompostien ero aiheutui todennäköisesti populaatioiden rakenteessa vallitsevista eroista. Näin myös priming effect ilmiön syyt voitaisiin selittää paremmin.

Chemical and source characterisation of size-segregated urban air particulate matter

Recent epidemiological studies have shown a consistent association of the mass concentration of urban air thoracic (PM10) and fine (PM2.5) particles with mortality and morbidity among cardiorespiratory patients. However, the chemical characteristics of different particulate size ranges and the biological mechanisms responsible for these adverse health effects are not well known. The principal aims of this thesis were to validate a high volume cascade impactor (HVCI) for the collection of particulate matter for physicochemical and toxicological studies, and to make an in-depth chemical and source characterisation of samples collected during different pollution situations. The particulate samples were collected with the HVCI, virtual impactors and a Berner low pressure impactor in six European cities: Helsinki, Duisburg, Prague, Amsterdam, Barcelona and Athens. The samples were analysed for particle mass, common ions, total and water-soluble elements as well as elemental and organic carbon. Laboratory calibration and field comparisons indicated that the HVCI can provide a unique large capacity, high efficiency sampling of size-segregated aerosol particles. The cutoff sizes of the recommended HVCI configuration were 2.4, 0.9 and 0.2 μm. The HVCI mass concentrations were in a good agreement with the reference methods, but the chemical composition of especially the fine particulate samples showed some differences. This implies that the chemical characterization of the exposure variable in toxicological studies needs to be done from the same HVCI samples as used in cell and animal studies. The data from parallel, low volume reference samplers provide valuable additional information for chemical mass closure and source assessment. The major components of PM2.5 in the virtual impactor samples were carbonaceous compounds, secondary inorganic ions and sea salt, whereas those of coarse particles (PM2.5-10) were soil-derived compounds, carbonaceous compounds, sea salt and nitrate. The major and minor components together accounted for 77-106% and 77-96% of the gravimetrically-measured masses of fine and coarse particles, respectively. Relatively large differences between sampling campaigns were observed in the organic carbon content of the PM2.5 samples as well as the mineral composition of the PM2.5-10 samples. A source assessment based on chemical tracers suggested clear differences in the dominant sources (e.g. traffic, residential heating with solid fuels, metal industry plants, regional or long-range transport) between the sampling campaigns. In summary, the field campaigns exhibited different profiles with regard to particulate sources, size distribution and chemical composition, thus, providing a highly useful setup for toxicological studies on the size-segregated HVCI samples.

Tietokannan hallintajärjestelmän optimointi flash-muistia varten

Viime aikoina yleistyneet flash-muistiin perustuvat tallennusvälineet ovat monessa suhteessa kiintolevyä parempia. Flash-muistissa on kuitenkin useita erityispiirteitä, jotka vaikeuttavat sen käyttöönottoa tietokantajärjestelmässä. Flash-muistissa kirjoittaminen on hitaampaa kuin lukeminen. Erityisesti hajanaisten sivujen päivittäminen on hidasta. Hajaluku flash-muistista on huomattavasti nopeampaa kuin kiintolevyltä. Näiden erityispiirteiden vuoksi tietokannan hallintajärjestelmä on optimoitava erikseen flash-muistia varten. Tässä optimoinnissa lähes kaikki tietokannan hallintajärjestelmän osa-alueet on toteutettava uudelleen flash-muistin näkökulmasta. Flash-muistin nopean hajaluvun ansiosta relaatioiden tiedot voidaan sijoitella flash-muistiin vapaammin kuin kiintolevylle. Yleisin tietokannoissa käytetty hakemistorakenne B+-puu ei toimi tehokkaasti flash-muistissa hajapäivitysten suuren määrän vuoksi. Flashmuistia varten on kehitetty useita B+-puun muunnelmia, joissa hajapäivitysten määrää on onnistuttu vähentämään. Puskurin hallintaa voidaan optimoida flash-muistia varten vähentämällä hitaiden kirjoitusten määrää nopeiden lukujen määrän kustannuksella sekä muuttamalla hitaita hajakirjoituksia nopeammiksi peräkkäisten sivujen kirjoituksiksi. B.3 (hardware, memory structures) H.2.2 (database management, physical design)

Psykoottisen mielenterveyspotilaan uskonnonvapaus

Tämän tutkimuksen tarkoituksena on selvittää psykoottisen mielenterveyspotilaan uskonnonvapautta. Tutkimuskysymyksiä on kolme: Millä perusteilla psykoottisen potilaan uskonnonvapaus on turvattu ja millä perusteilla sitä rajoitetaan? Miten psykoottinen ja uskonnollinen todellisuudentulkinta eroavat toisistaan? Vaarantaako psykiatriseen todellisuudentulkintaan perustuva hoito potilaan negatiivisen uskonnonvapauden eli oikeuden elää ilman uskontoa? Tutkimusmetodina on systemaattinen analyysi. Lähteet ovat perustusoikeudet, mielenterveyslaki, potilaslaki, YK:n Principles for the protection of persons with mental illness and the improvement of mental health care, Maailman psykiatriyhdistyksen Madridin julistus ja Suomen mielenterveysseuran Mielenterveyspotilaan oikeudet. Uskonnonvapautta tarkastellaan tässä tutkimuksessa kahden eri vapauskäsityksen näkökulmasta: ulkoisena vapautena, joka edellyttää kompetenssia ja autenttisuutta, sekä ulkoisen ja sisäisen vapauden summana, johon kompetenssi ja autenttisuus sisältyvät. Psykoottisella potilaalla on ihmisyytensä ja kansalaisuutensa perusteella lähtökohtaisesti täysi uskonnonvapaus, mutta sitä voidaan rajoittaa. Jos uskonnonvapaus ymmärretään ulkoiseksi vapaudeksi, rajoittaa psykoottisen potilaan uskonnonvapautta tahdosta riippumattomassa hoidossa hänen terveytensä ja turvallisuutensa suojaaminen. Uskonnonvapauden rajoittaminen voidaan perustella sillä, ettei psykoottinen potilas täytä uskonnonvapauden edellytyksiä eli kompetenssia ja autenttisuutta, sillä, että potilaan terveyteen ja turvallisuuteen liittyvät oikeudet priorisoidaan uskonnonvapauden yläpuolelle sekä sillä, että pyritään terveyshyötyyn. Jos uskonnonvapaus ymmärretään ulkoisen ja sisäisen vapauden summaksi, on psykoosi uskonnonvapautta rajoittava tekijä, koska se tekee yksilöstä epäautenttisen ja puuttuu hänen kompetenssiinsa. Psykoosin (myös tahdosta riippumaton) hoito voidaan ymmärtää tällöin yritykseksi palauttaa uskonnonvapaus. Rajoittamalla ulkoista uskonnonvapautta pyritään maksimoimaan ulkoisen ja sisäisen uskonnonvapauden summa. Vaikka psykoottisella ja uskonnollisella todellisuudentulkinnalla on yhtäläisyyksiä, niiden toisistaan erottaminen on tärkeää, koska yksilöllä, jonka todellisuudentulkinta määritellään psykoottiseksi, on oikeus saada hoitoa, kun taas yksilön uskonnollista todellisuudentulkintaa suojaa uskonnonvapaus eikä sitä saa hoitaa sairautena. Lähteiden mukaan psykoottisen ja uskonnollisen todellisuudentulkinnan toisistaan erottaminen diagnostisten kriteerien ja lääketieteellisen tiedon avulla on lääkärin tehtävä. Tutkimuksessani esitän kaksi periaatetta, joiden avulla todellisuudentulkinnat voidaan erottaa toisistaan. Yksinäinen puu ei pala -periaatteen mukaan yksilön todellisuudentulkinta on uskonnollinen, mikäli se jaetaan jossain yhteisössä. Hedelmistään puu tunnetaan -periaatteen mukaan yksilön todellisuudentulkinta on uskonnollinen, mikäli sen terveydelliset ja sosiaaliset seuraukset ovat hyvät. Antipsykiatrinen kritiikki väittää psykiatrian olevan uskonto. Jos väite on tosi, puututaan tahdosta riippumattomassa hoidossa yksilön oikeuteen elää ilman uskontoa, sillä ko. hoidossa olevan psykoottisen potilaan on pakko suostua siihen, että häntä hoidetaan psykiatrian arvojen ja todellisuudentulkinnan mukaan. Vaikuttaa kuitenkin siltä, että jos psykiatria määritellään uskonnoksi, uskonnon käsite kärsii inflaation. Koska psykoottisen potilaan uskonnonvapaus on pohjimmiltaan eettinen kysymys, on tärkeää myöntää psykiatrian arvosidonnaisuus. Tällöin voidaan tehdä tietoisesti moraalisia päätöksiä ja kantaa moraalinen vastuu esimerkiksi diagnoosin määrittelyssä. Psykiatrian voidaan katsoa perustuvan universaaleihin arvoihin samalla tavalla kuin ihmisoikeuksienkin.

Farmland birds and habitat heterogeneity in intensively cultivated boreal agricultural landscapes

The biodiversity of farmland ecosystems has decreased remarkably during the latter half of the 20th century, and this development is due to intensive farming with its various environmental effects. In the countries of the EU the Common Agricultural Policy (CAP) is the main determinant affecting farmland biodiversity, since the agricultural policy defines guidelines of agricultural practices. In addition to policies promoting intensive farming, CAP also includes national agri-environment schemes (AES), in which a part of subsidies paid to farmers is directed to acts that are presumed to promote environmental protection and biodiversity. In order to shape AES into relevant and powerful tools for biodiversity protection, detailed studies on the effects of agriculture on species and species assemblages are needed. In my thesis I investigated the importance of habitat heterogeneity and effects of different habitat and landscape characteristics on farmland bird abundance and diversity in typical cereal cultivation-dominated southern Finnish agricultural environments. The extensive data used were collected by territory mapping. My two main study species were the drastically declined ortolan bunting (Emberiza hortulana) and the phenomenally increased tree sparrow (Passer montanus); in addition I studied assemblages of 20 species breeding in open arable and edge/bush habitats. In light of my results I discuss whether the Finnish AES take into account the habitat needs of farmland birds, and I provide suggestions for improvement of the future AES. My results show that heterogeneity of both uncultivated and cultivated habitats increases abundance and species richness among farmland birds, but in this respect the amount and diversity of uncultivated habitats are essential. Ditches in particular are a keystone structure for farmland birds in boreal landscapes. Ditches lined by trees or bushes increased ortolan bunting abundance. Loss of that kind of ditches (and clearance of forest and bush patches), reduced breeding ortolan buntings, mainly by decreasing availability of song-posts that are important for the breeding groups of the species. Heterogeneity of uncultivated habitats, most importantly open ditches and the habitat patch richness, increased densities and species richnesses of species assemblages of open arable and edge/bush habitats. Human impact (winter-feeding, nest-boxes) affected favourably the tree sparrow s rapid range expansion in southern Finland, but any habitat types had no significant effects. At the moment the Finnish agri-environmental policy does not conserve farmland ditches as a habitat type. Instead, sub-surface drainage is financially promoted. This is a fatal mistake as far as farmland biodiversity is concerned. In addition to the maintenance of ditches, at least the following aspects should be included more than is done previously in the measures of the future AES: 1) promotion of diverse crop rotation (especially by promoting animal husbandry), 2) maintenance of tree and bush vegetation in islets and along ditches, 3) promotion of organic farming.

Development of biogenic VOC emission inventories for the boreal forest

Luonnosta haihtuvat orgaaniset yhdisteet, joita pääsee ilmaan etenkin metsistä, voivat vaikuttaa paikalliseen ja alueelliseen ilmanlaatuun, koska ne reagoivat ilmakehässä. Niiden reaktiotuotteet voivat myös osallistua uusien hiukkasten muodostumiseen ja kasvuun, millä voi olla vaikutusta ilmakehän säteilytaseeseen ja tätä kautta myös ilmastoon. Hiukkaset absorboivat ja sirottavat auringon säteilyä ja maapallon lämpösäteilyä minkä lisäksi ne vaikuttavat pilvien säteilyominaisuuksiin, määrään ja elinikään. Koko maapallon mittakaavassa luonnosta tulevat hiilivetypäästöt ylittävät ihmistoiminnan aiheuttamat päästöt moninkertaisesti. Tämän vuoksi luonnon päästöjen arviointi on tärkeää kun halutaan kehittää tehokkaita ilmanlaatu- ja ilmastostrategioita. Tämä tutkimus käsittelee boreaalisen metsän hiilivetypäästöjä. Boreaalinen metsä eli pohjoinen havumetsä on suurin maanpäällinen ekosysteemi, ja se ulottuu lähes yhtenäisenä nauhana koko pohjoisen pallonpuoliskon ympäri. Sille on tyypillistä puulajien suhteellisen pieni kirjo sekä olosuhteiden ja kasvun voimakkaat vuodenaikaisvaihtelut. Työssä on tutkittu Suomen yleisimmän boreaalisen puun eli männyn hiilivetypäästöjen vuodenaikaisvaihtelua sekä päästöjen riippuvuutta lämpötilasta ja valosta. Saatuja tuloksia on käytetty yhdessä muiden boreaalisilla puilla tehtyjen päästömittaustulosten kanssa Suomen metsiä varten kehitetyssä päästömallissa. Malli perustuu lisäksi maankäyttötietoihin, suomen metsille kehitettyyn luokitukseen ja meteorologisiin tietoihin, joiden avulla se laskee metsien hiilivetypäästöt kasvukauden aikana. Suomen metsien päästöt koostuvat koko kasvukauden ajan suurelta osin alfa- ja beta-pineenistä sekä delta-kareenista. Kesällä ja syksyllä päästöissä on myös paljon sabineenia, jota tulee etenkin lehtipuista. Päästöt seuraavat lämpötilan keskimääräistä vaihtelua, ovat suurimmillaan maan eteläosissa ja laskevat tasaisesti pohjoiseen siirryttäessä. Metsän isopreenipäästö on suhteellisen pieni – Suomessa tärkein isopreeniä päästävä puu on vähäpäästöinen kuusi, koska runsaspäästöisten pajun ja haavan osuus metsän lehtimassasta on hyvin pieni. Tässä työssä on myös laskettu ensimmäinen arvio metsän seskviterpeenipäästöistä. Seskviterpeenipäästöt alkavat Juhannuksen jälkeen ja ovat kasvukauden aikana samaa suuruusluokkaa kuin isopreenipäästöt. Vuositasolla Suomen metsien hiilivetypäästöt ovat noin kaksinkertaiset ihmistoiminnasta aiheutuviin päästöihin verrattuna.

Studies on the Cell Wall Structure and on the Mechanical Properties of Norway Spruce

The structure and the mechanical properties of wood of Norway spruce (Picea abies [L.] Karst.) were studied using small samples from Finland and Sweden. X-ray diffraction (XRD) was used to determine the orientation of cellulose microfibrils (microfibril angle, MFA), the dimensions of cellulose crystallites and the average shape of the cell cross-section. X-ray attenuation and x-ray fluorescence measurements were used to study the chemical composition and the trace element content. Tensile testing with in situ XRD was used to characterise the mechanical properties of wood and the deformation of crystalline cellulose within the wood cell walls. Cellulose crystallites were found to be 192 284 Å long and 28.9 33.4 Å wide in chemically untreated wood and they were longer and wider in mature wood than in juvenile wood. The MFA distribution of individual Norway spruce tracheids and larger samples was asymmetric. In individual cell walls, the mean MFA was 19 30 degrees, while the mode of the MFA distribution was 7 21 degrees. Both the mean MFA and the mode of the MFA distribution decreased as a function of the annual ring. Tangential cell walls exhibited smaller mean MFA and mode of the MFA distribution than radial cell walls. Maceration of wood material caused narrowing of the MFA distribution and removed contributions observed at around 90 degrees. In wood of both untreated and fertilised trees, the average shape of the cell cross-section changed from circular via ambiguous to rectangular as the cambial age increased. The average shape of the cell cross-section and the MFA distribution did not change as a result of fertilisation. The mass absorption coefficient for x-rays was higher in wood of fertilised trees than in that of untreated trees and wood of fertilised trees contained more of the elements S, Cl, and K, but a smaller amount of Mn. Cellulose crystallites were longer in wood of fertilised trees than in that of untreated trees. Kraft cooking caused widening and shortening of the cellulose crystallites. Tensile tests parallel to the cells showed that if the mean MFA is initially around 10 degrees or smaller, no systematic changes occur in the MFA distribution due to strain. The role of mean MFA in defining the tensile strength or the modulus of elasticity of wood was not as dominant as that reported earlier. Crystalline cellulose elongated much less than the entire samples. The Poisson ratio νca of crystalline cellulose in Norway spruce wood was shown to be largely dependent on the surroundings of crystalline cellulose in the cell wall, varying between -1.2 and 0.8. The Poisson ratio was negative in kraft cooked wood and positive in chemically untreated wood. In chemically untreated wood, νca was larger in mature wood and in latewood compared to juvenile wood and earlywood.