Conservation Genetics of Exploited Finnish Salmonid Fishes

Genetic diversity is one of the levels of biodiversity that the World Conservation Union (IUCN) has recognized as being important to preserve. This is because genetic diversity is fundamental to the future evolution and to the adaptive flexibility of a species to respond to the inherently dynamic nature of the natural world. Therefore, the key to maintaining biodiversity and healthy ecosystems is to identify, monitor and maintain locally-adapted populations, along with their unique gene pools, upon which future adaptation depends. Thus, conservation genetics deals with the genetic factors that affect extinction risk and the genetic management regimes required to minimize the risk. The conservation of exploited species, such as salmonid fishes, is particularly challenging due to the conflicts between different interest groups. In this thesis, I conduct a series of conservation genetic studies on primarily Finnish populations of two salmonid fish species (European grayling, Thymallus thymallus, and lake-run brown trout, Salmo trutta) which are popular recreational game fishes in Finland. The general aim of these studies was to apply and develop population genetic approaches to assist conservation and sustainable harvest of these populations. The approaches applied included: i) the characterization of population genetic structure at national and local scales; ii) the identification of management units and the prioritization of populations for conservation based on evolutionary forces shaping indigenous gene pools; iii) the detection of population declines and the testing of the assumptions underlying these tests; and iv) the evaluation of the contribution of natural populations to a mixed stock fishery. Based on microsatellite analyses, clear genetic structuring of exploited Finnish grayling and brown trout populations was detected at both national and local scales. Finnish grayling were clustered into three genetically distinct groups, corresponding to northern, Baltic and south-eastern geographic areas of Finland. The genetic differentiation among and within population groups of grayling ranged from moderate to high levels. Such strong genetic structuring combined with low genetic diversity strongly indicates that genetic drift plays a major role in the evolution of grayling populations. Further analyses of European grayling covering the majority of the species’ distribution range indicated a strong global footprint of population decline. Using a coalescent approach the beginning of population reduction was dated back to 1 000-10 000 years ago (ca. 200-2 000 generations). Forward simulations demonstrated that the bottleneck footprints measured using the M ratio can persist within small populations much longer than previously anticipated in the face of low levels of gene flow. In contrast to the M ratio, two alternative methods for genetic bottleneck detection identified recent bottlenecks in six grayling populations that warrant future monitoring. Consistent with the predominant role of random genetic drift, the effective population size (N_e) estimates of all grayling populations were very low with the majority of N_e estimates below 50. Taken together, highly structured local populations, limited gene flow and the small N_e of grayling populations indicates that grayling populations are vulnerable to overexploitation and, hence, monitoring and careful management using the precautionary principles is required not only in Finland but throughout Europe. Population genetic analyses of lake-run brown trout populations in the Inari basin (northernmost Finland) revealed hierarchical population structure where individual populations were clustered into three population groups largely corresponding to different geographic regions of the basin. Similar to my earlier work with European grayling, the genetic differentiation among and within population groups of lake-run brown trout was relatively high. Such strong differentiation indicated that the power to determine the relative contribution of populations in mixed fisheries should be relatively high. Consistent with these expectations, high accuracy and precision in mixed stock analysis (MSA) simulations were observed. Application of MSA to indigenous fish caught in the Inari basin identified altogether twelve populations that contributed significantly to mixed stock fisheries with the Ivalojoki river system being the major contributor (70%) to the total catch. When the contribution of wild trout populations to the fisheries was evaluated regionally, geographically nearby populations were the main contributors to the local catches. MSA also revealed a clear separation between the lower and upper reaches of Ivalojoki river system – in contrast to lower reaches of the Ivalojoki river that contributed considerably to the catch, populations from the upper reaches of the Ivalojoki river system (>140 km from the river mouth) did not contribute significantly to the fishery. This could be related to the available habitat size but also associated with a resident type life history and increased cost of migration. The studies in my thesis highlight the importance of dense sampling and wide population coverage at the scale being studied and also demonstrate the importance of critical evaluation of the underlying assumptions of the population genetic models and methods used. These results have important implications for conservation and sustainable fisheries management of Finnish populations of European grayling and brown trout in the Inari basin.

Energiapuuta Etelä-Savosta

Energiapuuta Etelä-Savosta hankkeessa tutkittiin ja kehitettiin energiapienpuun mahdollisuuksia osana suurimittakaavaista alueellista hankintaa. Energiapienpuun potentiaali suurimittakaavaisena polttoaineena on lupaava johtuen hyvästä biomassan saatavuudesta ja tarjontahalukkuudesta, korjuun teknologisesta edistyksestä ja logististen ratkaisujen monipuolisuudesta sekä käyttömäärien kasvusta. Hanke kokonaisuus sisälsi seuraavia osatutkimuksia: Etelä-Savon energiatase, metsänomistajakysely, asiantuntijahaastattelu, metsänkasvatussimulointi, metsäpolttoaineiden saatavuuslaskenta, puun kosteuden seurantatutkimus, logistiikan demonstraatioita sekä energiapuun hankintalogistiikan kustannusvertailuja. Hankkeessa käsiteltiin energiapienpuun arvoketjua metsänkasvatuksesta lopputuotteen käyttöön asti. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että energiapienpuulla on mahdollisuudet suurimittakaavaisessa hankinnassa, kunhan toimitusketjussa panostetaan tehokkuuden ja laadun jatkuvaan parantamiseen.

Informaatio-ohjauksen vaikuttavuus : toiminnan teoriaan perustuva metsäsuunnittelutyön analyysi

Seloste artikkelista: Hokajärvi, R., Hujala, T., Leskinen, L.A. & Tikkanen, J. 2009. Effectiveness of sermon policy instruments: Forest management planning practices applying the Activity Theory approach. Silva Fennica 43 (5) : 889–906.

Yksityismetsänomistajien mielipiteet metsänkäsittelystä Pohjois-Suomessa

Seloste artikkelista: Hallikainen, V., Hyppönen, M., Pernu, L. & Puoskari, J. / Family forest owners' opinions about forest management in northern Finland. Silva Fennica 44 (2010) : 2, 363-384.

Evaluation of resistance in a selected field strain of Haemonchus contortus to ivermectin and moxidectin using the Larval Migration on Agar Test

Haemonchus contortus is one of the most common and economically significant causes of disease in small ruminants worldwide, and the control programs of parasitic nematodes - including H. contortus - rely mostly on the use of anthelmintic drugs. The consequence of the use of this, as the sole sanitary strategy to avoid parasite infections, was the reduction of the efficacy of all chemotherapeutic products with a heavy selection for resistance. The widespread of anthelmintic resistance and the difficulty of its early diagnosis has been a major concern for the sustainable parasite management on farms. The objective of this research was to determine and compare the ivermectin (IVM) and moxidectin (MOX) effect in a selected field strain of H. contortus with a known resistance status, using the in vitro larval migration on agar test (LMAT). Third stage larvae of the selected isolate were obtained from faecal cultures of experimentally infected sheep and incubated in eleven increasing diluted concentrations of IVM and MOX (6, 12, 24, 48, 96, 192, 384, 768, 1536, 3072 and 6144µg/mL). The dose-response sigmoidal curves were obtained using the R² value of >0.90 and the lethal concentration (LC50) dose for the tested anthelmintic drugs using a four-parameter logistic model. The LC50 value for MOX was significantly lower than IVM (1.253µg/mL and 91.06µg/mL), identifying the H. contortus isolate as considerably less susceptible to IVM compared to MOX. Furthermore, the LMAT showed a high consistency (p<0.0001) and provided to be a useful diagnostic tool for monitoring the resistance status of IVM and MOX in H. contortus field isolate, as well as it may be used for official routine drug monitoring programs under the Ministry of Agriculture (MAPA) guidance.

Kestävän kehityksen johtaminen kunnallisessa organisaatiossa

Tutkimus käsittelee käytännön menetelmiä kestävän kehityksen johtamiseen Lappeenrannan alueen kouluissa.

Effect of Serjania lethalis ethanolic extract on weed control

The objective of this study was to evaluate the effect of the ethanolic extract of Serjania lethalis leaves and stems on the diaspore germination and seedling growth of wild poinsettia (Euphorbia heterophylla) and barnyardgrass (Echinochloa crus-galli). The crude ethanolic extract was prepared from 100 g of dry plant material dissolved in 500 ml of ethanol. The extracts were solubilized in a buffer solution containing dimethyl sulfoxide (DMSO) at concentrations of 10.0, 7.5, 5.0 and 2.5 mg mL-1. The effect of these extracts was compared with herbicide oxyfluorfen in bioassays. The ethanolic extracts of S. lethalis leaves and stems inhibited the germination and seedling growth of barnyardgrass and wild poinsettia in a concentration-dependent manner. The reduction in the root length of E. heterophylla seedlings might be attributed to the reduced elongation of metaxylem cells. The phytotoxicity of the extracts ranged according to the receptor species, and for some variables, the inhibitory effect was similar, and even superior, to that of the commercial herbicide. Thus, S. lethalis extracts might be a promising alternative for sustainable weed management.

Portée et limites de la participation délibérative : le cas de la Commission d'étude sur la gestion de la forêt publique québécoise

Ce mémoire de maîtrise s’intéresse à la portée et aux limites de la participation publique à la gestion des ressources naturelles. Plus spécifiquement, une étude du cas de la Commission Coulombe est réalisée afin de déterminer, d’une part, dans quelle mesure la participation délibérative a favorisé l’émergence de nouveaux discours et quels ont été ses effets politiques, d’autre part. L’argumentation se fonde sur une approche discursive-institutionnelle et, plus précisément, sur la notion d’arrangement politique développé par Bas Arts et Pieter Leroy. L’étude de la Commission Coulombe révèle que la participation délibérative a permis de renforcer la légitimité des institutions étatiques, elle a encouragé l’émergence de préoccupations et de notions nouvelles, elle a eu des effets sur l’élaboration des règles, des politiques et des programmes et a permis une certaine redéfinition des rapports de pouvoirs entre les acteurs du régime forestier québécois. Ses effets sont cependant ambivalents en termes de démocratisation de la gestion publique. Les pouvoirs publics ont utilisé la Commission pour rétablir leur crédibilité, justifier des décisions impopulaires et faire avancer les grandes orientations du gouvernement. De plus, les acteurs qui ont acquis le plus de pouvoir et les enjeux qui ont émergés de façon la plus marquée sont ceux qui étaient favorisés par le contexte politique de modernisation de l’État québécois.

Développement d’un modèle centré sur l’individu des déplacements du caribou, du loup et de l’orignal, et de leurs interactions, en forêt boréale aménagée

Le caribou forestier est une espèce menacée au Canada, la principale hypothèse au déclin des populations étant l’intensification de la prédation provoquée par les perturbations anthropiques du paysage. Afin de faire face à cette situation, il est nécessaire d’étudier et comprendre l’impact de l’environnement sur les interactions prédateur-proies entre le caribou et le loup, ainsi qu’avec l’orignal, qui est sa principale proie alternative. Pour cela, cette thèse présente la conception d’un modèle centré sur l’individu des déplacements de ces trois espèces en fonction de leur environnement, dont résulteront les interactions prédateur-proies. Afin de permettre l’application de ce modèle sur de longues périodes, et donc pour un environnement changeant, une méthodologie a été développée, qui s’articule atour de deux aspects principaux. Tout d’abord, la notion de niveaux d’émergence est introduite, permettant d’ordonner les comportements observables du système selon leurs interdépendances, afin de choisir comme trait du modèle un com- portement correspondant au domaine d’applicabilité visé. Ordonner les comportements selon leurs niveaux d’émergence permet également d’identifier la redondance entre les patrons, qui peut être à l’origine d’un phénomène de sur-apprentissage lorsqu’ils sont utilisés lors de la calibration. Dans un second temps, un nouveau protocole pour la calibration et la validation du ou des traits choisis à l’aide des niveaux d’émergence, nommé réplication de système basé sur l’individu (Individual Based System Replication - IBSRtion) est également présenté. Ce protocole met l’emphase sur la modélisation directe, contrairement au principal protocole existant, la modélisation orientée patrons (Pattern Oriented Modelling - POM), et permet une approche empirique en générant artificiellement des données non disponibles ou ne pouvant être récoltées par des études de terrains. IBSRtion a également l’avantage de pouvoir être intégrée dans POM, afin de contribuer à la création d’une méthodologie universelle pour la conception de modèles centrés sur l’individu. Le processus de conception de ce modèle aura entre autre permis de faire une synthèse des connaissances et d’identifier certaines lacunes. Une étude visant à palier le manque de connaissances satisfaisantes sur les réponses comportementales à court-terme des proies face au risque de prédation a notamment permis d’observer que celles-ci sont une combinaison de comportements chroniques et éphémères, et que les mécanismes qui en sont à l’origine sont complexes et non-linéaires. Le résultat de ce travail est un modèle complexe utilisant de nombreux sous-modèles, et calibré de façon empirique, applicable à une grande variété d’environnements. Ce modèle a permis de tester l’impact de l’enfeuillement sur les relations prédateur-proies. Des simulations ont été effectuées pour différentes quantités d’enfeuillement, suivant deux configurations spatiales différentes. Les résultats de simulation suggèrent que des plans d’aménagement considérant également l’habitat de l’orignal pourraient être bénéfiques pour le caribou forestier, car ils permettraient d’améliorer la ségrégation spatiale entre les deux espèces, et donc entre le caribou et le loup. En le couplant avec un module de naissances et de morts naturelles ainsi qu’un modèle d’évolution du paysage, ce modèle permettra par la suite d’évaluer l’impact de plans d’aménagement forestier sur la viabilité des populations de caribou forestier.

Impact des coupes partielles sur l’activité de coléoptères phloeophages et xylophages en forêt boréale

Ce projet de recherche évalue la réponse à court terme de coléoptères phloeophages et xylophages (Cerambycidae et Scolytinae) à différentes intensités de coupes partielles (0, 25 et 40% de la surface terrière prélevée) afin de déterminer la viabilité de cette méthode sylvicole en forêt boréale. Disposant de 12 parcelles expérimentales (4 répétitions pour chaque intensité de coupe) dans une sapinière à bouleau blanc située au sud de la forêt boréale (Québec, Canada), nous avons évalué l’abondance, la diversité ainsi que l’établissement (taux d’attaque) de ces deux groupes d’insectes, et ce dès la première année suivant la coupe. L’échantillonnage a été réalisé à l’aide de pièges à interception multidirectionnelle et de l’écorçage de sections de 3 espèces d’arbres exposées dans l’ensemble des parcelles. Nos résultats montrent une plus grande activité/abondance des deux taxons (abondance 5 à 6 fois plus élevée) ainsi qu’une composition en espèces différente et plus diversifiée dans les peuplements partiellement coupés (25 et 40%). De plus, la présence et la distribution d’espèces colonisant habituellement des hôtes affaiblis (e.g., Trypodendron lineatum, Rhagium inquisitor) – et pouvant donc réduire la valeur économique d’arbres résiduels – a été recensée et semble être favorisée entres autres par l’ouverture de la canopée et des blessures physiques faites aux arbres pendant les opérations sylvicoles. Par ailleurs, l’approche combinant différentes techniques d’échantillonnage a permis une meilleure compréhension des mécanismes de localisation/sélection d’hôte (variant en fonction de l’espèce), un aspect important de la dynamique des insectes pour l’évaluation des risques suite aux coupes forestières. Sur la base de cette étude à court terme, il ne semblerait pas y avoir de différence significative sur les risques pour le milieu quant à l’augmentation d’activité des Cerambycidae et Scolytinae entre les deux traitements de coupe appliqués. Il reste cependant indispensable de vérifier la validité de ces résultats sur une plus longue période afin d’établir des plans d’aménagement forestier durables pour la forêt boréale.

Considérer l’expérience du visiteur, une clé pour la gestion intégrée des forêts

Les forêts occidentales sont aujourd’hui de plus en plus prisées pour la pratique d’activités récréatives en milieu naturel. Dès lors, la mise en place d’une gestion intégrée des forêts est plus que jamais indispensable au maintien des conditions nécessaires à la pratique de l’ensemble des activités sur le territoire. Le Québec s’est doté d’une nouvelle législation pour répondre aux nombreux enjeux qui touchent le milieu forestier, notamment en ce qui a trait à l’harmonisation entre les activités récréatives et la production ligneuse. Dans le cadre de cette recherche, nous nous sommes intéressés au concept d’expérience du visiteur comme moyen de faciliter cette harmonisation. Il s’agissait à la fois de caractériser l’expérience de visite des utilisateurs d’un parc régional et de se questionner sur son opérationnalisation dans l’aménagement forestier. Deux méthodes qualitatives complémentaires ont été utilisées : d’une part, l’analyse de récits inscrits dans des livres d’or placés dans différents hébergements et d’autre part, des entrevues ont été conduites auprès de visiteurs rencontrés sur le site. Les résultats révèlent la pertinence de considérer l’expérience du visiteur pour favoriser une utilisation plurielle et harmonieuse du territoire forestier. Son étude permet une compréhension fine des composantes communes et spécifiques des expériences, en fonction des visiteurs. Par ailleurs, l’étude témoigne de la possibilité de mettre en relation des typologies d’expériences recherchées et les modalités d’harmonisation. Enfin, au-delà de l’expérience, le suivi de la perception de la foresterie et des représentations peut également s’avérer pertinent pour les gestionnaires.

Modélisation de l'influence de la fragmentation des habitats sur le risque de prédation chez le caribou forestier

Les populations du caribou forestier (Rangifer tarandus caribou) sont en déclin sur l’ensemble de leur aire de répartition en Amérique du Nord. Il s’avère que la prédation, amplifiée par l’exploitation forestière, en est la principale cause. Ce projet consiste à mettre en place un outil d'aide à la décision, permettant de modéliser les changements du risque de prédation chez le caribou forestier durant la succession forestière, et ce, selon différents scénarios d'aménagement forestier simulés sur la Côte-Nord du Québec, Canada. Ces scénarios, simulés de 2000 à 2150, sont caractérisés par (i) des coupes limitées aux blocs de protection et de remplacement, (ii) des coupes étendues sur le paysage, et finalement (iii) par l'absence de coupe dès 2000. Un modèle basé sur l'individu (MBI) permet de modéliser les déplacements simultanés du caribou forestier, de l'orignal (Alces alces) et du loup gris (Canis lupus) afin d'évaluer le risque de prédation selon les scénarios. En général, le risque de prédation est plus important lorsque les coupes sont limitées aux blocs de protection et de remplacement. En effet, il semble que ces blocs augmentent les probabilités de rencontre entre les proies et leurs prédateurs. Toutefois, certains résultats ne reflètent pas la littérature, ce qui montre la nécessité d'améliorer le MBI. Certaines recommandations visent finalement à bonifier ce MBI pour permettre l'analyse de la viabilité à long terme du caribou forestier en fonction de différents scénarios d'aménagement forestier.

Teak plantations in kerala an analysis of productivity and profitability

Teak plantations were initiated in Kerala in 1842, and extended almost continuously. Among plantations raised by the Forest Department, teak occupies the largest area and a substantial asset base has been created. Of late, several teak growing private companies have come up offering investors high returns from their plantations. However, no study has been carried out in Kerala on the economic status of teak plantations in the government forests and prospects of investing in teak plantation ventures in the private sector. The present study is relevant in presenting the productivity status of teak plantations in government forests in Kerala and its commercial profitability. This will be useful to the government for planning management strategies and investment priorities. The study will also serve as a base—line information for comparative studies.

Ecological studies of the Parambikulam Tiger Reserve in the Western Ghats of India, using Remote Sensing and GIS

mbikulam Tiger Reserve of Western Ghats using Geospatial technology. The major objectives of the study are Land use land cover mapping (LULC) and Phytodiversity analysis. Satellite data was used to map the land use / land cover using supervised classification techniques in Erdas imagine. The change for a period of 32 years was assessed using the multi-temporal satellite datasets from Landsat MSS (1973), Landsat TM (1990), and IRS P6 LISS III (2005). A geospatial approach was used for the land cover analysis. Digital elevation models, Satellite imageries and SOI topo sheets were the data sets used in the analysis. Vegetation sampling plots distributed over the different forest types were enumerated and studied for Phytodiversity analysis.

The protective and attractive covering of a vegetated embankment using coir geotextiles

This paper presents the results of a field experiment conducted in Kerala, South India, to test the effectiveness of coir geotextiles for embankment protection. The results reveal that treatment with geotextile in combination with grass is an effective eco-hydrological measure to protect steep slopes from erosion. In the context of sustainable watershed management, coir is a cheap and locally available material that can be used to strengthen traditional earthen bunds or protect the banks of village ponds from erosion. Particularly in developing countries, where coir is abundantly available and textiles can be produced by small-scale industry, this is an attractive alternative for conventional methods. This paper analyses the performance of coir geotextile in different treatments with respect to soil moisture content, protection against erosion and biomass production