Tree cover at fine and coarse spatial grains interacts with shade tolerance to shape plant species distributions across the Alps

The role of competition for light among plants has long been recognized at local scales, but its potential importance for plant species' distribution at larger spatial scales has largely been ignored. Tree cover acts as a modulator of local abiotic conditions, notably by reducing light availability below the canopy and thus the performance of species that are not adapted to low-light conditions. However, this local effect may propagate to coarser spatial grains. Using 6,935 vegetation plots located across the European Alps, we fit Generalized Linear Models (GLM) for the distribution of 960 herbs and shrubs species to assess the effect of tree cover at both plot and landscape grain sizes (~ 10-m and 1-km, respectively). We ran four models with different combinations of variables (climate, soil and tree cover) for each species at both spatial grains. We used partial regressions to evaluate the independent effects of plot- and landscape-scale tree cover on plant communities. Finally, the effects on species' elevational range limits were assessed by simulating a removal experiment comparing the species' distribution under high and low tree cover. Accounting for tree cover improved model performance, with shade-tolerant species increasing their probability of presence at high tree cover whereas shade-intolerant species showed the opposite pattern. The tree cover effect occurred consistently at both plot and landscape spatial grains, albeit strongest at the former. Importantly, tree cover at the two grain sizes had partially independent effects on plot-scale plant communities, suggesting that the effects may be transmitted to coarser grains through meta-community dynamics. At high tree cover, shade-intolerant species exhibited elevational range contractions, especially at their upper limit, whereas shade-tolerant species showed elevational range expansions at both limits. Our findings suggest that the range shifts for herb and shrub species may be modulated by tree cover dynamics.

Environmental requirements and environmental management system of boiler plant supplier

Työn tärkeimpänä tavoitteena oli edistää ympäristöjärjestelmän laatimista Kvaerner Pulping, Power divisioonan Kattilat-liiketoimintayksikölle. Lisäksi tavoitteena oli tarkastella yritykseen kohdistuvia ympäristövaatimuksia ja niiden vaikutusta yrityksen toimintaan. Aluksi työssä tarkasteltiin ympäristöjärjestelmästandardien sisältöjä ja niiden eroja. Työssä käsiteltiin myös erilaisia elinkaarijohtamisen malleja, joita voidaan hyödyntää yrityksen kokonaisvaltaisessa ympäristöjärjestelmässä. Työssä tarkasteltiin myös sidosryhmien vaikutusta yrityksen ympäristötoimintaan. Kattilalaitostoimittajan tärkeimpiä asiakkaita ovat sellu- ja paperiteollisuus. Näihin yrityksiin on kohdistunut runsaan kymmenen vuoden aikana paineita ympäristötoiminnan tehostamiseksi. Tämän kehityksen seurauksena vastaavat tehostamispaineet ovat siirtymässä myös alihankkijoille, kuten kattilaitostoimittajille. Tehokkaan ympäristöjohtamisen takaamiseksi työssä määriteltiin ympäristövastuut ja –valtuudet sekä ympäristöpäämäärät ja –tavoitteet. Lisäksi tunnistettiin yrityksen toimintaan liittyvät ympäristönäkökohdat ja –riskit. Työn yhteydessä laadittiin ympäristöjärjestelmän luonnos, ja se sisältää jatkuvan parantamisen periaatteen. Työn yhteydessä laadittiin lisäksi Kvaerner Pulping Oy:n koelaitokselle ympäristölupahakemus. Työssä on kuvattu koelaitosta ja sen ympäristölupahakemukseen liittyviä asioita esimerkkinä parantuneesta ympäristöasioiden hoidosta.

Nitrogen Oxides Reduction Possibilities at Pulp Mill and Power Plant

Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää typenoksidien vähennysmahdollisuudet Stora Enson Varkauden tehtaiden sellutehtaalla ja voimalaitoksella. Tutkimuksessa käsiteltiin tehdasalueen suurimpia typenoksidien päästölähteitä: soodakattilaa, meesauunia, kuorikattilaa, öljykattilaa ja muovi-alumiinijakeen kaasutuslaitosta. Tutkimuksessa selvitettiin typenoksidipäästöjen syntymekanismit ja erilaisiin polttotekniikoihin soveltuvat typenoksidien vähennystekniikat. Varkauden tehtaiden typenoksidien vuosipäästö vuonna 2001 oli 836 tonnia. Kansallinen lainsäädäntö, kansainväliset sopimukset sekä paras käytettävissä oleva tekniikka (BAT) huomioiden selvitettiin kuhunkin kohteeseen parhaiten soveltuvat ratkaisut. Tutkimuksen perusteella laadittiin toimenpideohjelma, joka määrittelee suositeltavan toteutusjärjestyksen typenoksidien vähennystoimenpiteille. Toimenpideohjelman tärkeimpinä kriteereinä pidettiin vuonna 2004 tulevan uuden ympäristöluvan arvioituja luparajoja sekä toimenpiteiden kustannustehokkuutta. Toteutusjärjestyksessä ensimmäiseksi valittiin koeajojakson järjestäminen ajon optimoimiseksi kiertopetikattilalla ja toiseksi meesauunin ajon optimointi jatkuvatoimisen NOx-analysaattorin avulla. Seuraaviksi toimenpiteiksi ehdotettiin vertikaali-ilmajärjestelmän käyttöönottoa soodakattilalla sekä SNCR-järjestelmän asennusta kuorikattilalle. Saavutettava NOx-vähennys tulisi olemaan 10 – 45 % ja hinta 30 – 3573 EUR vähennettyä NOx-tonnia kohti. Tutkimuksen osana Ilmatieteen laitoksella teetetyn typenoksidien leviämisselvityksen mukaan Stora Enson tehtaiden NOx-päästöjen vaikutus Varkauden ilmanlaatuun on hyvin pieni. Suurin osa NOx-päästöistä aiheutuu liikenteestä.

Lipid peroxidation and seed emergency in progenies of the yellow passion fruit plant

The objective was to evaluate the percentage of emergency plantlets and lipid peroxidation in seeds of 29 half-sib progenies of yellow passion fruit (Passiflora edulis Sims.) after 24 months under storage. The experimental design was completely randomized, with four replications of 50 seeds each, from which the treatments were the progenies (1-29). The evaluation of the percent plantlet emergency was accomplished at 14 and 28 days after sowing. The lipid peroxidation of the seeds was expressed as malondialdehyde (MDA) content that was determined by the TBARS method. Approximately 21% of those half-sib progenies maintained the viability of their seeds for twenty-four months under storage. The results point out a remarkable genetic variability for vigor and emergency of the yellow passion fruit plantlets, with occurrence of individuals with high and other ones with low capacity to maintaining the physiologic quality of their seeds after storage.

Plant Phototropic Growth.

Plants are photoautotrophic sessile organisms that use environmental cues to optimize multiple facets of growth and development. A classic example is phototropism - in shoots this is typically positive, leading to growth towards the light, while roots frequently show negative phototropism triggering growth away from the light. Shoot phototropism optimizes light capture of leaves in low light environments and hence increases photosynthetic productivity. Phototropins are plasma-membrane-associated UV-A/blue-light activated kinases that trigger phototropic growth. Light perception liberates their protein kinase domain from the inhibitory action of the amino-terminal photosensory portion of the photoreceptor. Following a series of still poorly understood events, phototropin activation leads to the formation of a gradient of the growth hormone auxin across the photo-stimulated stem. The greater auxin concentration on the shaded compared with the lit side of the stem enables growth reorientation towards the light. In this Minireview, we briefly summarize the signaling steps starting from photoreceptor activation until the establishment of a lateral auxin gradient, ultimately leading to phototropic growth in shoots.

Plant sex chromosomes: lost genes with little compensation.

In many animals, gene loss on Y chromosomes is compensated through altered expression of their X-chromosome homologue. Now, however, a new study in plants finds that even genes deleted from the Y show no dosage compensation.

Plant Mating Systems: Female Sterility in the Driver's Seat.

Violation of Mendel's Law of Segregation by selfish X chromosomes that favour their own transmission is known for a number of organisms. Now, a new study reveals sex-ratio distortion favouring males and explains previously puzzling sex ratios in a Mediterranean shrub.

The Optimization of Flotation Process Parameters in the Deinking Plant

Tämän diplomityön tavoitteena oli sekundäärisen esiflotaation optimointi Stora Enso Sachsen GmbH:n tehtaalla. Optimoinnin muuttujana käytettiin vaahdon määrää ja optimointiparametreinä ISO-vaaleutta, saantoja sekä tuhkapitoisuutta. Lisäksi tutkittiin flotaatiosakeuden vaikutusta myös muihin tehtaan flotaatioprosesseihin. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin flotaatiotapahtumaa, poistettavien partikkeleiden ja ilmakuplien kontaktia, vaahdon muodostumista sekä tärkeimpiä käytössä olevia siistausflotaattoreiden laiteratkaisuja. Kokeellisessa osassa tutkittiin flotaatiosakeuden pienetämisen vaikutuksia tehtaan flotaatioprosesseihin tuhkapitoisuuden, ISO-vaaleuden, valon sironta- ja valon absorpiokerrointen kannalta. Sekundäärisen esiflotaation optimonti suoritettiin muuttamalla vaahdon määrää kolmella erilaisella injektorin koolla, (8 mm, 10 mm ja 13 mm), joista keskimmäinen kasvattaa 30 % massan tilavuusvirtaa ilmapitoisuuden muodossa. Optimonnin tarkoituksena oli kasvattaa hyväksytyn massajakeen ISO-vaaleutta, sekä kasvattaa kuitu- ja kokonaissaantoa sekundäärisessä esiflotaatiossa. Flotaatiosakeuden pienentämisellä oli edullisia vaikutuksia ISO-vaaleuteen ja valon sirontakertoimeen kussakin flotaatiossa. Tuhkapitoisuus pieneni sekundäärisissä flotaatioissa enemmän sakeuden ollessa pienempi, kun taas primäärisissä flotaatiossa vaikutus oli päinvastainen. Valon absorptiokerroin parani jälkiflotaatioissa alhaisemmalla sakeudella, kun taas esiflotaatioissa vaikutus oli päinvastainen. Sekundäärisen esiflotaation optimoinnin tuloksena oli lähes 5 % parempi ISO-vaaleus hyväksytyssä massajakeessa. Kokonaissaanto parani optimoinnin myötä 5 % ja kuitusaanto 2 %. Saantojen nousu tuottaa vuosittaisia säästöjä siistauslaitoksen tuotantokapasiteetin noustessa 0,5 %. Tämän lisäksi sekundäärisessä esiflotaatiossa rejektoituvan massavirran pienentyminen tuottaa lisäsäästöjä tehtaan voimalaitoksella.

Impact of model complexity on cross-temporal transferability in Maxent species distribution models: An assessment using paleobotanical data

Maximum entropy modeling (Maxent) is a widely used algorithm for predicting species distributions across space and time. Properly assessing the uncertainty in such predictions is non-trivial and requires validation with independent datasets. Notably, model complexity (number of model parameters) remains a major concern in relation to overfitting and, hence, transferability of Maxent models. An emerging approach is to validate the cross-temporal transferability of model predictions using paleoecological data. In this study, we assess the effect of model complexity on the performance of Maxent projections across time using two European plant species (Alnus giutinosa (L.) Gaertn. and Corylus avellana L) with an extensive late Quaternary fossil record in Spain as a study case. We fit 110 models with different levels of complexity under present time and tested model performance using AUC (area under the receiver operating characteristic curve) and AlCc (corrected Akaike Information Criterion) through the standard procedure of randomly partitioning current occurrence data. We then compared these results to an independent validation by projecting the models to mid-Holocene (6000 years before present) climatic conditions in Spain to assess their ability to predict fossil pollen presence-absence and abundance. We find that calibrating Maxent models with default settings result in the generation of overly complex models. While model performance increased with model complexity when predicting current distributions, it was higher with intermediate complexity when predicting mid-Holocene distributions. Hence, models of intermediate complexity resulted in the best trade-off to predict species distributions across time. Reliable temporal model transferability is especially relevant for forecasting species distributions under future climate change. Consequently, species-specific model tuning should be used to find the best modeling settings to control for complexity, notably with paleoecological data to independently validate model projections. For cross-temporal projections of species distributions for which paleoecological data is not available, models of intermediate complexity should be selected.

Acetylation of cell wall is required for structural integrity of the leaf surface and exerts a global impact on plant stress responses.

The epidermis on leaves protects plants from pathogen invasion and provides a waterproof barrier. It consists of a layer of cells that is surrounded by thick cell walls, which are partially impregnated by highly hydrophobic cuticular components. We show that the Arabidopsis T-DNA insertion mutants of REDUCED WALL ACETYLATION 2 (rwa2), previously identified as having reduced O-acetylation of both pectins and hemicelluloses, exhibit pleiotrophic phenotype on the leaf surface. The cuticle layer appeared diffused and was significantly thicker and underneath cell wall layer was interspersed with electron-dense deposits. A large number of trichomes were collapsed and surface permeability of the leaves was enhanced in rwa2 as compared to the wild type. A massive reprogramming of the transcriptome was observed in rwa2 as compared to the wild type, including a coordinated up-regulation of genes involved in responses to abiotic stress, particularly detoxification of reactive oxygen species and defense against microbial pathogens (e.g., lipid transfer proteins, peroxidases). In accordance, peroxidase activities were found to be elevated in rwa2 as compared to the wild type. These results indicate that cell wall acetylation is essential for maintaining the structural integrity of leaf epidermis, and that reduction of cell wall acetylation leads to global stress responses in Arabidopsis.

Plant Immune Responses: Aphids Strike Back.

To survive and complete their life cycle, herbivorous insects face the difficult challenge of coping with the arsenal of plant defences. A new study reports that aphids secrete evolutionarily conserved cytokines in their saliva to suppress host immune responses.

Plant diversity across five vegetation belts in the Pyrenees (Catalonia, Spain)

In this paper we analyze the size and habitat partitioning of the vascular floras of five areas of the NE Iberian Peninsula, representing five distinct vegetation belts and three floristic regions: Mediterranean (basal belt), medio-European (submontane and montane belts) and Boreo-Alpine (subalpine and alpine belts). Each area covered over 1000 ha, and was fairly uniform in terms of potential vegetation, bedrock and bioclimate. They excluded large villages and field areas, the landscape being mainly natural or moderately anthropized.

Puunpolton mahdollisuudet Suomenojan voimalaitoksella

Puuenergian käyttö on viime vuosina lisääntynyt kaukolämmön tuotannossa sekä yhdistetyssä sähkön ja lämmön tuotannossa. Puun kilpailukykyä polttoaineena ovat lisänneet polttotekniikan ja korjuutekniikoiden kehittyminen. Puun energiakäyttöä on edistänyt myös valtiovalta tukien ja veroratkaisuiden avulla, koska fossiilisten polttoaineiden korvaaminen puupolttoaineilla tukee Suomen ilmastopoliittisia tavoitteita. Tämän työn tavoitteena oli selvittää puupolttoaineiden käytön mahdollisuudet Espoon Sähkön Suomenojan voimalaitoksella. Nykyiset Suomenojan pääpolttoaineet ovat kivihiili ja maakaasu. Suomenojalle toimitetut puupolttoaineet koostuisivat sahoilta saatavista sivutuotteista, metsätähdehakkeesta ja kierrätyspuusta. Puupolttoaineiden taloudellinen saatavuus vaihtelee alueittain huomattavasti. Espoo ei tässä suhteessa ole sijainniltaan edullinen. Saatujen polttoainetarjousten perusteella puunpolton kustannukset nousevat kivihiilen kustannuksia korkeammiksi kuljetusetäisyyksistä johtuen, kun puunpoltto on yli 300 GWh/a. Tämä vastaisi 10 prosenttia Espoon Sähkön vuoden 2000 kokonaispolttoainekäytöstä ja 8 prosenttia arvioidusta polttoaineiden käytöstä vuodelle 2010. Puuta voidaan polttaa leijukerrostekniikkaan perustuvissa kattiloissa, arinakattiloissa, pölypolttona tai kaasuttamalla ja johtamalla tuotekaasu poltettavaksi. Puun ravinneaineista kloori voi aiheuttaa kuumakorroosiota höyrykattiloiden tulistimissa. Tätä pyritään estämään seospoltolla rikkipitoisten polttoaineiden, kuten turpeen tai kivihiilen kanssa. Seospoltto muiden polttoaineiden kanssa parantaa myös puun palamistulosta. Puupolttoaineiden kosteus voi olla jopa 60 prosenttia. Tässä työssä tutkittiin puun energiakäytölle pääasiassa kuutta eri ratkaisua. Ne olivat: kaasuttimen rakentaminen ja tuotekaasun poltto nykyisessä hiilipölykattilassa, hiilipölykattilan muuttaminen leijukerrospolttoon, uuden vastapainevoimalaitoksen rakentaminen, Suomenojalla olevan hiilivesikattilan muuttaminen puupolttoaineille, kivihiilen ja puun yhteispoltto hiilipölykattilassa puu/hiilipölypolttimilla sekä leijukerroskattilan rakentaminen ja sen yhdistäminen olemassa olevaan höyryturbiiniin. Taloudellisesti kannattaviksi ratkaisuiksi osoittautui kaksi viimeksi mainittua. Jos voimalaitostonttia halutaan säästää myöhempää maakaasuvoimalaitoshanketta varten, nousee puun ja kivihiilen yhteispoltto puu/hiilipölypolttimilla oleellisesti paremmaksi vaih-toehdoksi. Tämän vaihtoehdon korollinen takaisinmaksuaika on 7-11 vuotta, riippuen puunpolton laajuudesta. Kannattavuudelle on hyvin tärkeää puulla tuotetun sähkön tuki. Yhteispolton ansiosta hiilipölykattilan rikkidioksidi- ja hiilidioksidipäästöt sekä mahdollisesti myös typenoksidipäästöt vähenisivät. Puunpoltto lisää savukaasuvirtaa, nostaa savukaasun loppulämpötilaa ja mahdollisesti laskee hyötysuhdetta. Laitoksen rekkaliikenne lisääntyy. Kaikki esitetyt ratkaisuvaihtoehdot vähentäisivät hiilidioksidipäästöjä. Puunpolttoratkaisuilla ei kuitenkaan pystytä vähentämään Espoon Sähkön energiantuotannon hiilidioksidipäästöjä alle vuoden 1990 tason, mutta hiilidioksidin ominaispäästöissä edellä mainitun tason alle päästäisiin.

Phylogeny and biogeography of Primula sect. Armerina: implications for plant evolution under climate change and the uplift of the Qinghai-Tibet Plateau.

BACKGROUND: The historical orogenesis and associated climatic changes of mountain areas have been suggested to partly account for the occurrence of high levels of biodiversity and endemism. However, their effects on dispersal, differentiation and evolution of many groups of plants are still unknown. In this study, we examined the detailed diversification history of Primula sect. Armerina, and used biogeographic analysis and macro-evolutionary modeling to investigate a series of different questions concerning the evolution of the geographical and ecological distribution of the species in this section. RESULTS: We sequenced five chloroplast and one nuclear genes for species of Primula sect. Armerina. Neither chloroplast nor nuclear trees support the monophyly of the section. The major incongruences between the two trees occur among closely related species and may be explained by hybridization. Our dating analyses based on the chloroplast dataset suggest that this section began to diverge from its relatives around 3.55 million years ago, largely coinciding with the last major uplift of the Qinghai-Tibet Plateau (QTP). Biogeographic analysis supports the origin of the section in the Himalayan Mountains and dispersal from the Himalayas to Northeastern QTP, Western QTP and Hengduan Mountains. Furthermore, evolutionary models of ecological niches show that the two P. fasciculata clades have significantly different climatic niche optima and rates of niche evolution, indicating niche evolution under climatic changes and further providing evidence for explaining their biogeographic patterns. CONCLUSION: Our results support the hypothesis that geologic and climatic events play important roles in driving biological diversification of organisms in the QTP area. The Pliocene uplift of the QTP and following climatic changes most likely promoted both the inter- and intraspecific divergence of Primula sect. Armerina. This study also illustrates how niche evolution under climatic changes influences biogeographic patterns.

Evolutionary patchwork of an insecticidal toxin shared between plant-associated pseudomonads and the insect pathogens Photorhabdus and Xenorhabdus.

BACKGROUND: Root-colonizing fluorescent pseudomonads are known for their excellent abilities to protect plants against soil-borne fungal pathogens. Some of these bacteria produce an insecticidal toxin (Fit) suggesting that they may exploit insect hosts as a secondary niche. However, the ecological relevance of insect toxicity and the mechanisms driving the evolution of toxin production remain puzzling. RESULTS: Screening a large collection of plant-associated pseudomonads for insecticidal activity and presence of the Fit toxin revealed that Fit is highly indicative of insecticidal activity and predicts that Pseudomonas protegens and P. chlororaphis are exclusive Fit producers. A comparative evolutionary analysis of Fit toxin-producing Pseudomonas including the insect-pathogenic bacteria Photorhabdus and Xenorhadus, which produce the Fit related Mcf toxin, showed that fit genes are part of a dynamic genomic region with substantial presence/absence polymorphism and local variation in GC base composition. The patchy distribution and phylogenetic incongruence of fit genes indicate that the Fit cluster evolved via horizontal transfer, followed by functional integration of vertically transmitted genes, generating a unique Pseudomonas-specific insect toxin cluster. CONCLUSIONS: Our findings suggest that multiple independent evolutionary events led to formation of at least three versions of the Mcf/Fit toxin highlighting the dynamic nature of insect toxin evolution.