Design and testing of stand-specific bucking instructions for use on modern cut-to-length harvesters

This study addresses three important issues in tree bucking optimization in the context of cut-to-length harvesting. (1) Would the fit between the log demand and log output distributions be better if the price and/or demand matrices controlling the bucking decisions on modern cut-to-length harvesters were adjusted to the unique conditions of each individual stand? (2) In what ways can we generate stand and product specific price and demand matrices? (3) What alternatives do we have to measure the fit between the log demand and log output distributions, and what would be an ideal goodness-of-fit measure? Three iterative search systems were developed for seeking stand-specific price and demand matrix sets: (1) A fuzzy logic control system for calibrating the price matrix of one log product for one stand at a time (the stand-level one-product approach); (2) a genetic algorithm system for adjusting the price matrices of one log product in parallel for several stands (the forest-level one-product approach); and (3) a genetic algorithm system for dividing the overall demand matrix of each of the several log products into stand-specific sub-demands simultaneously for several stands and products (the forest-level multi-product approach). The stem material used for testing the performance of the stand-specific price and demand matrices against that of the reference matrices was comprised of 9 155 Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.) sawlog stems gathered by harvesters from 15 mature spruce-dominated stands in southern Finland. The reference price and demand matrices were either direct copies or slightly modified versions of those used by two Finnish sawmilling companies. Two types of stand-specific bucking matrices were compiled for each log product. One was from the harvester-collected stem profiles and the other was from the pre-harvest inventory data. Four goodness-of-fit measures were analyzed for their appropriateness in determining the similarity between the log demand and log output distributions: (1) the apportionment degree (index), (2) the chi-square statistic, (3) Laspeyres quantity index, and (4) the price-weighted apportionment degree. The study confirmed that any improvement in the fit between the log demand and log output distributions can only be realized at the expense of log volumes produced. Stand-level pre-control of price matrices was found to be advantageous, provided the control is done with perfect stem data. Forest-level pre-control of price matrices resulted in no improvement in the cumulative apportionment degree. Cutting stands under the control of stand-specific demand matrices yielded a better total fit between the demand and output matrices at the forest level than was obtained by cutting each stand with non-stand-specific reference matrices. The theoretical and experimental analyses suggest that none of the three alternative goodness-of-fit measures clearly outperforms the traditional apportionment degree measure. Keywords: harvesting, tree bucking optimization, simulation, fuzzy control, genetic algorithms, goodness-of-fit

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

Temperature sensitivity of soil organic matter decomposition in boreal soils

The temperature sensitivity of decomposition of different soil organic matter (SOM) fractions was studied with laboratory incubations using 13C and 14C isotopes to differentiate between SOM of different age. The quality of SOM and the functionality and composition of microbial communities in soils formed under different climatic conditions were also studied. Transferring of organic layers from a colder to a warmer climate was used to assess how changing climate, litter input and soil biology will affect soil respiration and its temperature sensitivity. Together, these studies gave a consistent picture on how warming climate will affect the decomposition of different SOM fractions in Finnish forest soils: the most labile C was least temperature sensitive, indicating that it is utilized irrespective of temperature. The decomposition of intermediate C, with mean residence times from some years to decades, was found to be highly temperature sensitive. Even older, centennially cycling C was again less temperature sensitive, indicating that different stabilizing mechanisms were limiting its decomposition even at higher temperatures. Because the highly temperature sensitive, decadally cycling C, forms a major part of SOM stock in the organic layers of the studied forest soils, these results mean that these soils could lose more carbon during the coming years and decades than estimated earlier. SOM decomposition in boreal forest soils is likely to increase more in response to climate warming, compared to temperate or tropical soils, also because the Q10 is temperature dependent. In the northern soils the warming will occur at a lower temperature range, where Q10 is higher, and a similar increase in temperature causes a higher relative increase in respiration rates. The Q10 at low temperatures was found to be inversely related to SOM quality. At higher temperatures respiration was increasingly limited by low substrate availability.

Young people's perceptions of the wood products industry : a relational view

The basis for this study was in poor attractiveness of the wood products industry among young people as a field to study and work in. The purpose was to produce new information of how to improve the relationship between young people and the wood products industry in order to better attract young people with different relational orientation. A survey was conducted among students of comprehensive schools and students of wood industry at vocational schools selected by systematic cluster sampling. The final sample consisted of 613 students. The study combined the theories and concepts of relationships, communication and trust of several disciplines. In addition, it applied theories of relationship marketing, stakeholders, publics, involvement and concepts of reputation and values. It studied the central relational elements in the form of antecedents, relationship state and its consequences. The study examined, how young people with different background and level of interest perceive wood industry as a field to study and work in from relational point of view, what are the central deficiencies in perceived relational elements and what are the public relations activities enhancing the relationship between wood industry and young people with less and high interest in the sector. The results indicate poor visibility of the wood industry among young people: unfamiliarity with the industry and unawareness of the opportunities to study in the field. It appeared that instead of increasing only information sharing, interactive communication in different forms is needed. The study also suggests that behaviors of the industry sector advancing perceived trustworthiness are of crucial importance. Moreover, the wood industry needs to pay attention to its behaviors and communication also among other stakeholder groups, especially the media, as reputation plays an important role in building up trust and satisfaction between young people and the sector. Finally, the less and highly interested young people were found to assess the relationship partly through different relational elements. In order to develop the relationship with highly interested young people they should be regarded clearly as future employees of the wood industry through activities affirming that they are desired and valued employees in the sector. Further, openness of information disclosure, whether concerning current situation or future prospects, seems to increase credibility and attractiveness of the wood industry. Highly interested young people were also found to appreciate socially responsible activities. The less interested young people seem to be insecure about the reliability of the wood industry as an employer, as well as, its ability and interest to invest in young people s skills. In addition,involvement in issues relevant for young people was found crucial in enhancing the relationship with the less interested young people.The conclusions of the study provide tools for enhancing the attractiveness of the wood industry among young people not only to the industry itself, but also to its advocates, teachers and student counselors of comprehensive and vocational schools, authorities and policy makers.

Läksi puut ylenemähän : Metsien hoidon historia Suomessa keskiajalta metsäteollisuuden läpimurtoon 1870-luvulla

Tutkimuksen tavoitteena on historiantutkimuksen menetelmiä käyttäen selvittää metsänhoidon teorian sekä käytännön metsänhoidon kehitysvaiheet ja näihin vaikuttaneet tekijät, keskiajalta lähtien 1870-luvulla tapahtuneeseen metsäteollisuuden läpimurtoon saakka. Tutkimus tarkastelee Suomen metsiä, niiden käyttöä ja metsänhoidon alkuvaiheita Ruotsin ja Venäjän vallan aikoina. Vastauksia haetaan erityisesti seuraaviin pääkysymyksiin: - miten eri metsänkäyttömuodot ja -käyttäjät vaikuttivat metsiin ja metsänhoidon edistymiseen? - millä tavoin maanomistuksen kehitys vaikutti metsien käyttöön ja hoitoon? - millaisiin päämääriin ja yhteiskunnallisiin taustatekijöihin metsien käytön julkinen ohjaus perustui? - mitä käytännön vaikutuksia valtion metsäpolitiikalla ja ohjauksella oli metsänhoidon kehitykseen? - missä ja miten kehittyivät Suomessa sovellettu metsänhoidon teoria ja käytännön menetelmät? - mitkä tekijät säätelivät metsänhoidon teorioiden soveltamista käytäntöön? - mikä oli naapurimaiden metsänhoidon sekä kansainvälisten yhteyksien merkitys metsänhoidon kehitykselle Suomessa? - miten vuosisatainen pelko metsien ja puun loppumisesta vaikutti metsänhoidon kehitykseen? - millainen merkitys puun arvon kehityksellä oli metsänhoidon alkuun saattamiselle ja edistymiselle? Suomessa harjoitettiin 1870-luvulle saakka pääasiassa talonpoikaista metsänkäyttöä. Maaseudun väestö hankki toimeentulonsa metsistä eränkäynnin, kaskiviljelyn, laiduntamisen, rakennushirsien valmistamisen, tervantuotannon ja paikoin myös potaskan tai sysien valmistamisen avulla. Erityisesti rannikkoseuduilla tuotettiin "isorakennuksen puita", lehtereitä, mastopuita ja muuta erikoispuutavaraa. Lautojen ja lankkujen sahaus laajeni vähitellen, saavuttaen 1800-luvun lopulla hallitsevan aseman myyntiin tarkoitettujen metsäntuotteiden tuotannossa. Polttopuun sekä muun kotitarvepuun kulutus säilyi suurimpana puunkäytön ryhmänä pitkälle 1900-luvulle saakka. Mainituista metsänkäyttömuodoista erityisesti kaskeaminen ja sitä seuraava laiduntamisvaihe sekä tervaspuiden koloaminen "autioittivat" laajoja metsäalueita. Tiheimmin asutuilla seuduilla esiintyi pulaa poltto- ja rakennuspuusta myöhäiskeskiajalta alkaen. Nämä ongelmat sekä laivanrakennuksen ja vuoriteollisuuden puunsaannin turvaamisen tarve johtivat 1600-luvun puolivälissä pysyvään metsänkäytön julkiseen ohjaukseen. Tuolloin Ruotsin valtakunnan metsälainsäädännön kivijalaksi tuli kestävyyden periaate, josta kruunu kylläkin joutui tinkimään moneen otteeseen. Valtion jatkuva rahantarve oli käytännössä metsäpolitiikan tärkein taustavoima sekä Ruotsin vallan että autonomian aikana. Jo 1600-luvulla ruvettiin vaatimaan talonpoikien yhteismaiden jakamista omistajilleen vastuullisemman metsänkäytön nimissä. Isoajakoa saatiin Suomessa odottaa 1770-luvulle saakka. Etelä-Suomessa se valmistui melko nopeasti, 1800-luvun puoliväliin mennessä. Sillä olikin myönteinen, metsien säästävämpään käsittelyyn johtava vaikutus. Valtiosta tuli isonjaon myötä erityisesti Pohjois-Suomessa merkittävä metsänomistaja 1800-luvun jälkipuoliskolla. Valtion metsähallinto, jota maaherrat ja sivistyneistö vaativat perustettavaksi jo 1700-luvun puolivälissä, aloitti toimintansa maanlaajuisesti 1860-luvulla. Se oli ensimmäinen merkittävä metsänhoidon organisaatio, ja vasta sen myötä metsänkäyttöä ohjaavilla säädöksillä ja ohjeilla alkoi olla käytännön merkitystä. Yksityismetsiä varten ei tällaista organisaatiota vielä perustettu, niitä rasittivat pahoin nousevan sahateollisuuden määrämittahakkuut pitkälle 1900-luvun puolelle. Turun Akatemiassa tehtiin mittavaa metsänhoidon menetelmiä koskevaa sekä myös metsäpoliittista tutkimustyötä 1700-luvun jälkipuoliskolla. Tulokset eivät vielä sanottavasti siirtyneet käytäntöön, lähinnä puun alhaisen arvon ja tarvittavien organisaatioiden puuttumisen takia. Kun valtion metsähallintoa ja Suomen omaa metsäopetusta ryhdyttiin perustamaan 1800-luvun puolivälissä, haettiin metsänhoidon mallia alan johtavaksi maaksi kehittyneestä Saksasta. Tultaessa 1870-luvulle, oli Evolla jo käynnissä voimakas kehitystyö maamme olosuhteisiin soveltuvien menetelmien luomiseksi saksalaisen teorian pohjalta. Metsänhoidon tiedot ja taidot olisivat jo tässä vaiheessa riittäneet kestävän metsätalouden harjoittamiseen kaikkien omistajaryhmien metsissä, jos tarvittavat organisaatiot olisi kyetty perustamaan ja metsäammattilaisia olisi koulutettu tarpeeksi. Metsänhoidon kehitystä hidastivat 1800-luvun lopulla lähinnä valtion heikko talous ja poliittiset näkemyserot. Metsäteollisuuden 1870-luvulta alkanut voimakas kasvu ja lisääntyvä puuntarve pakottivat kuitenkin valtiovallan pitämään huolta puuntuotannon jatkuvuudesta. Metsäteollisuuden kasvavan viennin kautta lisääntyvät verotulot ja kan-santalouden myönteinen kehitys antoivat vähitellen mahdollisuuden metsänhoidon edistämiseen ammattilaisten koulutuksen, kansalaisten neuvonnan, lainsäädännön ja viranomaisten toiminnan kautta. Tämä tutkimus lähestyy aihettaan metsähistorian, taloushistorian, yhteiskuntahistorian ja ympäristöhistorian näkökulmista. Ajankohtaista merkitystä sillä on kehitysmaiden sekä Itä-Euroopan siirtymätalouksien metsänhoidon edistämiselle, missä suomalaiset metsäammattilaiset ovat mukana lukuisten kehityshankkeiden asiantuntijoina. Kymmenissä maissa metsätalous kamppailee samanlaisten ongelmien kanssa kuin Suomessa ja naapurimaissa 100 - 300 vuotta sitten. Meidän kokemuksistamme on näille kansantalouksille hyötyä valtion- ja yksityismetsätalouden metsänhoito-organisaatioita sekä metsälainsäädäntöä kehitettäessä.

Phosphorus retention in forest soils and the functioning of buffer zones used in forestry

Phosphorus (P) retention properties of soils typical for boreal forest, i.e. podzolic soil and peat soils, vary significantly, but the range of this variation has not been sufficiently documented. To assess the usefulness of buffer zones used in forestry in removing P from the discharge by chemical sorption in soil, and to estimate the risk of P leaching after forestry operations, more data is needed on soil P retention properties. P retention properties of soils were studied at clear-cut areas, unharvested buffer zones adjoining the clear-cut and at peatland buffer zone areas. Desorption-sorption isotherms were determined for the humus layer, the mineral soil horizons E, B and C of the Podzol profile and for the surface layer peat (0-15 cm) and the subsurface layer peat (15-30 cm). The efficiency of buffer zones in retaining P was studied at six peatland buffer zone areas by adding P-containing solute in the inflow. A tracer study was conducted at one of the buffer zone areas to determine the allocation of the added P in soil and vegetation. Measured sorption or desorption rather than parameter values of fitted sorption equations described P desorption and sorption behaviour in soil. The highest P retention efficiency was in the B horizon and consequently, if contact occurred or was established between the soluble P in the water and the soil B horizon, the risk of P leaching was low. Humus layer was completely incapable of retaining P after clear-cutting. In the buffer zones, the decrease in P retention properties in the humus layer and the low amount of P sorbed by it indicated that the importance of the layer in the functioning of buffer zones is low. The peatland buffer zone areas were efficient in retaining soluble P from inflow. P sorption properties of the peat soil at the buffer zone areas varied largely but the contribution of P sorption in the peat was particularly important during high flow in spring, when the vegetation was not fully developed. Factors contributing to efficient P retention were large buffer size and low hydrological load whereas high hydrological load combined with the formation of preferential flow paths, especially during early spring or late autumn was disadvantageous. However, small buffer zone areas, too, may be efficient in reducing P load.

Soil hydrological properties and conditions, site preparation, and the long-term performance of planted Scots pine (Pinus sylvestris L.) on upland forest sites in Finnish Lapland

Scots pine (Pinus sylvestris L.) and Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.) forests dominate in Finnish Lapland. The need to study the effect of both soil factors and site preparation on the performance of planted Scots pine has increased due to the problems encountered in reforestation, especially on mesic and moist, formerly spruce-dominated sites. The present thesis examines soil hydrological properties and conditions, and effect of site preparation on them on 10 pine- and 10 spruce-dominated upland forest sites. Finally, the effects of both the site preparation and reforestation methods, and soil hydrology on the long-term performance of planted Scots pine are summarized. The results showed that pine and spruce sites differ significantly in their soil physical properties. Under field capacity or wetter soil moisture conditions, planted pines presumably suffer from excessive soil water and poor soil aeration on most of the originally spruce sites, but not on the pine sites. The results also suggested that site preparation affects the soil-water regime and thus prerequisites for forest growth over two decades after site preparation. High variation in the survival and mean height of planted pine was found. The study suggested that on spruce sites, pine survival is the lowest on sites that dry out slowly after rainfall events, and that height growth is the fastest on soils that reach favourable aeration conditions for root growth soon after saturation, and/or where the average air-filled porosity near field capacity is large enough for good root growth. Survival, but not mean height can be enhanced by employing intensive site preparation methods on spruce sites. On coarser-textured pine sites, site preparation methods don t affect survival, but methods affecting soil fertility, such as prescribed burning and ploughing, seem to enhance the height growth of planted Scots pines over several decades. The use of soil water content in situ as the sole criterion for sites suitable for pine reforestation was tested and found to be a relatively uncertain parameter. The thesis identified new potential soil variables, which should be tested using other data in the future.

Aikakauslehtipapereiden pitkän aikavälin kulutus Yhdysvalloissa

The United States is the world s single biggest market area, where the demand for graphic papers has increased by 80 % during the last three decades. However, during the last two decades there have been very big unpredictable changes in the graphic paper markets. For example, the consumption of newsprint started to decline from the late 1980 s, which was surprising compared to the historical consumption and projections. The consumption has declined since. The aim of this study was to see how magazine paper consumption will develop in the United States until 2030. The long-term consumption projection was made using mainly two methods. The first method was to use trend analysis to see how and if the consumption has changed since 1980. The second method was to use qualitative estimate. These estimates are then compared to the so-called classical model projections, which are usually mentioned and used in forestry literature. The purpose of the qualitative analysis is to study magazine paper end-use purposes and to analyze how and with what intensity the changes in society will effect to magazine paper consumption in the long-term. The framework of this study covers theories such as technology adaptation, electronic substitution, electronic publishing and Porter s threat of substitution. Because this study deals with markets, which have showed signs of structural change, a very substantial part of this study covers recent development and newest possible studies and statistics. The following were among the key findings of this study. Different end-uses have very different kinds of future. Electronic substitution is very likely in some end-use purposes, but not in all. Young people i.e. future consumers have very different manners, habits and technological opportunities than our parents did. These will have substantial effects in magazine paper consumption in the long-term. This study concludes to the fact that the change in magazine paper consumption is more likely to be gradual (evolutionary) than sudden collapse (revolutionary). It is also probable that the years of fast growing consumption of magazine papers are behind. Besides the decelerated growth, the consumption of magazine papers will decline slowly in the long-term. The decline will be faster depending on how far in the future we ll extend the study to.

Digitoitujen väri-infrailmakuvien numeerinen monikuvatulkinta metsäninventoinnissa

The use of remote sensing imagery as auxiliary data in forest inventory is based on the correlation between features extracted from the images and the ground truth. The bidirectional reflectance and radial displacement cause variation in image features located in different segments of the image but forest characteristics remaining the same. The variation has so far been diminished by different radiometric corrections. In this study the use of sun azimuth based converted image co-ordinates was examined to supplement auxiliary data extracted from digitised aerial photographs. The method was considered as an alternative for radiometric corrections. Additionally, the usefulness of multi-image interpretation of digitised aerial photographs in regression estimation of forest characteristics was studied. The state owned study area located in Leivonmäki, Central Finland and the study material consisted of five digitised and ortho-rectified colour-infrared (CIR) aerial photographs and field measurements of 388 plots, out of which 194 were relascope (Bitterlich) plots and 194 were concentric circular plots. Both the image data and the field measurements were from the year 1999. When examining the effect of the location of the image point on pixel values and texture features of Finnish forest plots in digitised CIR photographs the clearest differences were found between front-and back-lighted image halves. Inside the image half the differences between different blocks were clearly bigger on the front-lighted half than on the back-lighted half. The strength of the phenomenon varied by forest category. The differences between pixel values extracted from different image blocks were greatest in developed and mature stands and smallest in young stands. The differences between texture features were greatest in developing stands and smallest in young and mature stands. The logarithm of timber volume per hectare and the angular transformation of the proportion of broadleaved trees of the total volume were used as dependent variables in regression models. Five different converted image co-ordinates based trend surfaces were used in models in order to diminish the effect of the bidirectional reflectance. The reference model of total volume, in which the location of the image point had been ignored, resulted in RMSE of 1,268 calculated from test material. The best of the trend surfaces was the complete third order surface, which resulted in RMSE of 1,107. The reference model of the proportion of broadleaved trees resulted in RMSE of 0,4292 and the second order trend surface was the best, resulting in RMSE of 0,4270. The trend surface method is applicable, but it has to be applied by forest category and by variable. The usefulness of multi-image interpretation of digitised aerial photographs was studied by building comparable regression models using either the front-lighted image features, back-lighted image features or both. The two-image model turned out to be slightly better than the one-image models in total volume estimation. The best one-image model resulted in RMSE of 1,098 and the two-image model resulted in RMSE of 1,090. The homologous features did not improve the models of the proportion of broadleaved trees. The overall result gives motivation for further research of multi-image interpretation. The focus may be improving regression estimation and feature selection or examination of stratification used in two-phase sampling inventory techniques. Keywords: forest inventory, digitised aerial photograph, bidirectional reflectance, converted image co­ordinates, regression estimation, multi-image interpretation, pixel value, texture, trend surface

Maasto- ja helikopterilaskenta metsäpeurakannan ikä- ja sukupuolijakauman seurannassa

Suomenselän keskiosissa elävän metsäpeuraosakannan kehitystä on seurattu muutaman vuoden välein toistuvilla talvisilla helikopterilaskennoilla. Menetelmällä saadaan tarkka arvio osakannan yksilömäärästä sekä ikä- ja sukupuolijakaumasta. Lentolaskenta on kuitenkin kallis, eikä sitä voida tehdä vähälumisina talvina. Tietoa kannan tilasta ei saada laskentojen välisinä vuosina. Näiden syiden vuoksi seurantamenetelmiä on tarpeen kehittää ja monipuolistaa. Peurapopulaation ikä- ja sukupuolirakennetta voidaan arvioida keräämällä havaintoja eläimistä sellaisena aikana jolloin kaikki ikäluokat liikkuvat samoilla alueilla. Vasaosuuden perusteella voidaan arvioida kannan lisääntymismenestystä ja suurpetojen saalistuksen vaikutuksia. Sukupuolijakauma puolestaan kertoo esimerkiksi väärin kohdennetun pyynnin vaikutuksista. Suomenselän alueen metsästäjät keräsivät maastohavaintoaineiston peuraosakannan ikä- ja sukupuolijakaumasta 11.10.–16.12.2007. Peuralaumoja valokuvattiin samassa yhteydessä havaintojen tarkentamiseksi. Kevättalvella 2008 tehtiin helikopterilaskenta. Menetelmien antamia ikä- ja sukupuolijakaumia vertailtiin, ja syitä poikkeamiin pohdittiin. Sekä maastohavaintojen että lento- ja maastolaskennan kuva-aineistojen perusteella arvioidut metsäpeuran vasaosuudet olivat yhdenmukaiset. Yksittäisten laskijoiden havaintojen vasaosuuksissa oli vaihtelua, joka johtui ensisijaisesti peurojen elintavoista. Laskennan ajankohta, havaitun lauman koko ja laskijan taidot vaikuttivat tulokseen vain vähän. Hirvas- ja vaadinosuuksissa oli hajontaa. Maastolaskennassa naaraiden osuus oli aliarvio, lentolaskennassa puolestaan hirvasosuus. Tulosten perusteella maastolaskenta sopii erinomaisesti metsäpeurakannan vasaosuuden seurantaan, ja ns. ”early warning” -järjestelmäksi ilmaisemaan muutoksista kantaa säätelevissä tekijöissä. Aikuiskannan rakennetta voidaan seurata parhaiten valokuvaamalla tai videoimalla peuralaumoja silloin kun laumakoko on suurimmillaan.

Expression Analysis of Host-Induced Genes and Proteins of Potato Pathogen Pectobacterium atrosepticum

Pectobacterium atrosepticum on Gram-negatiivinen bakteeri, joka aiheuttaa perunan tyvi- ja märkämätää. P. atrosepticum bakteerin optimilämpötila on melko alhainen ja se on yleinen lauhkeilla alueilla. Tyvimätä leviää pääasiassa siemenperunan välityksellä ja siksi se on ongelma erityisesti siemenperunan tuotannossa. P. atrosepticum kannan SCRI1043 genomi on julkaistu ja sitä tutkitaan malliorganismina märkä- ja tyvimädän taudinaiheuttamisen ymmärtämiseksi. Tämä opportunistinen taudinaiheuttaja voi elää isäntäkasvissa kuukausia piilevänä, aiheuttamatta näkyviä oireita. Suotuisissa olosuhteissa bakteerit alkavat jakautua ja tuottaa kasvin kudoksia hajottavia entsyymejä. Mädäntyvä kasvimassa tarjoaa ravinteita bakteerien kasvuun ja mahdollistaa isäntäkasvin asuttamisen. Soluseiniä hajottavien entsyymien merkitys taudinaiheuttamisessa on hyvin tunnettu, mutta oireettomasta jaksosta ja taudin alkuvaiheista tiedätään vain vähän. Bakteerin genomi sisältää monia toksiineja, adhesiineja, hemolysiineja ja muita proteiineja, joilla saattaa olla merkitys taudinaiheuttamisessa. Tässä työssä käytettiin proteomiikkaa ja mikrosiruanalysiä P. atrosepticum bakteerin erittyvien proteiinien ja geeniekspression tutkimiseen. Proteiinit, jotka eritetään ulos bakteerista, toimivat todennäköisesti taudinaiheuttamisessa, koska ne ovat suorassa kontaktissa isäntäkasvin kanssa. Analyysit suoritettiin olosuhteissa, jotka muistuttavat kasvin soluvälitilaa: matala pH, vähän ravinteita ja matala lämpötila. Isäntäkasvin läsnäolon vaikutusta proteiinien tuottoon ja geeniekspressioon tutkittiin lisäämällä perunauutetta kasvatusalustaan. Tutkimuksessa tunnistettiin P. atrosepticum bakteerin monia jo tunnettuja ja mahdollisesti taudinaiheuttamiseen liittyviä proteiineja. Perunauute lisäsi hiljattain tunnistetun, proteiinien eritysreittiä (tyyppi VI sekreetio, T6SS) koodaavien geenien ilmentymistä. Lisäksi bakteerin havaittiin erittävän useita T6SS:n liittyviä proteiineja kasvualustaan, johon oli lisätty perunauutetta. T6SS:n merkitys bakteereille on vielä epäselvä ja sen vaikutuksesta taudinaiheuttamiseen on julkaistu ristiriitaisia tuloksia. Märkä- ja tyvimädän ymmärtäminen molekulaarisella tasolla luo pohjan tautien kontrollointiin tähtäävään soveltavaan tutkimukseen. Tämä tutkimus lisää tietoa kasvi-patogeeni- interaktiosta ja sitä voidaan tulevaisuudessa käyttää hyväksi esimerkiksi diagnostiikassa, resistenttien perunalajikkeiden jalostuksessa tai viljely- ja varastointiolosuhteiden parantamisessa.

Langattoman peltotiedustelijan maanalainen toimintaympäristö ja laitesuunnittelu

Tässä väitöskirjassa esitellään langattomien maanalaisten peltotiedustelijoiden järjestelmän tavoitteet ja rajoitukset. Tarkoitus oli kehittää käytännön viljelyyn sovellettava pellon seurantajärjestelmä, sillä reaaliaikaisen kosteus- ja lämpötilatiedon keruulaitteiden puuttuminen haittaa viljelytoimenpiteiden suunnittelua. Mittaus-aineistosta voi tehdä sekä havaintoja pellon ominaisuuksista että muutoksista niissä. Tulevaisuudessa tiedustelijalla saatetaan voida mitata ravinteita tai kemikaaleja. Kun peltotiedustelijan 869 MHz:n radioaalto saavuttaa vastaanottoantennin, on 1) maa-aines vaimentanut sitä; 2) osa aallosta heijastunut rajapinnoilta; 3) pellosta ulos taittuva aalto hajaantunut ja; 4) aallon intensiteetti alentunut etäisyyden kasvaessa. Maan sähkökenttäkäyttäytymistä kuvaava permittiivisyys on kompleksinen suure, jonka reaaliosa kuvaa varautumiskykyä (polarisoitumista) ja imaginaariosa häviöllisyyttä (sähkönjohtavuutta). Pellon pinnassa aalto on pallomainen, joten heijastumisen lisäksi hajaannuttaa taittuminen suurilla taitekulmilla sen tehoa. Tiedustelijan prototyyppiä varten kehitettiin maa-aineksessa toimivat antennit, joiden taajuuskaistat kattoivat ne aallonpituudet, jotka 869 MHz:n radioaalto saa kuivassa ja märässä mullassa, sillä aallon etenemisnopeus ja pituus muuttuvat maan kosteudesta riippuen. Vaimennusmallin testausmittauksiin tehtiin discone-antenni, ja tiedustelijaa varten piirilevytekniikalla pienikokoinen elliptinen monopoliantenni, jonka piirikortille ladottiin myös tiedustelijan elektroniikka. Multalaatikkoon upotettujen antennien säteilyominaisuudet määritettiin piirianalysaattorilla heijastusvaimennusmittauksin. Elektroniikkasuunnittelun tavoitteita oli pieni koko ja pitkä toimintaikä. Näihin päästiin komponenttivalinnoilla sekä ohjelmoinnin keinoin. Tiedustelija teki mittaukset ja lähetti tulokset 10 min välein ja sen keskivirrankulutus oli 4,2 uA käytettäessä 3 V:n paristoa, jonka 1800 mAh kapasiteetti riittäisi huonollakin hyötysuhteella yli 10 vuodeksi. Vuoden mittaisen 12 prototyypin käytön perusteella voidaan kantamaa parantaa yli nykyisen 200 m:n ilman käyttöiän lyhentymistä 1) nostamalla laitteen lähetystehoa ja pariston käyttöastetta lisäkomponenteilla; 2) parantamalla vastaanottoantennin vahvistusta; 3) pidentämällä lähetysten jaksoa; 4) ohjelmoimalla tiedustelija suodattamaan mittaustietoja ja; 5) koodaamalla useita tuloksia samaan lähetteeseen. Järjestelmän ja mittaustulosten käytettävyyttä voidaan parantaa paikantamalla tiedustelijoiden syvyydet aaltoilevan lämpötilan vaihe-erojen perusteella ja ohjelmoimalla tiedustelijaan opastava asennustoiminto. Lisäksi maahan asennetun tiedustelijan toimintaparametrit tai jopa koko ohjelmisto voidaan vaihtaa langattomasti. Vastaanottoasemat matkapuhelinmastoissa voisivat vastaanottaa viestejä parin kilometrin säteeltä. Koostettu aineisto maaperäsimulaattoreihin yhdistettynä antaisi kuvan alueellisesta tilanteesta ja viljelijän omille lohkoille sijoitetut tiedustelijat korjauspisteitä keskiarvosta.

Options for selecting dairy cattle for milk coagulation ability

Lypsylehmien maidon juoksettumiskyvyn jalostuskeinot Väitöskirjassa tutkittiin lypsylehmien maidon juustonvalmistuslaadun parantamista jalostusvalinnan avulla. Tutkimusaihe on tärkeä, sillä yhä suurempi osa maidosta käytetään juustonvalmistukseen. Tutkimuksen kohteena oli maidon juoksettumiskyky, sillä se on yksi keskeisistä juustomäärään vaikuttavista tekijöistä. Maidon juoksettumiskyky vaihteli huomattavasti lehmien, sonnien, karjojen, rotujen ja lypsykauden vaiheiden välillä. Vaikka tankkimaidon juoksettumiskyvyssä olikin suuria eroja karjoittain, karja selitti vain pienen osan juoksettumiskyvyn kokonaisvaihtelusta. Todennäköisesti perinnölliset erot lehmien välillä selittävät suurimman osan karjojen tankkimaitojen juoksettumiskyvyssä havaituista eroista. Hyvä hoito ja ruokinta vähensivät kuitenkin jossain määrin huonosti juoksettuvien tankkimaitojen osuutta karjoissa. Holstein-friisiläiset lehmät olivat juoksettumiskyvyltään ayrshire-rotuisia lehmiä parempia. Huono juoksettuminen ja juoksettumattomuus oli vain vähäinen ongelma holstein-friisiläisillä (10 %), kun taas kolmannes ayrshire-lehmistä tuotti huonosti juoksettuvaa tai juoksettumatonta maitoa. Maitoa sanotaan huonosti juoksettuvaksi silloin, kun juustomassa ei ole riittävän kiinteää leikattavaksi puolen tunnin kuluttua juoksetteen lisäyksestä. Juoksettumattomaksi määriteltävä maito ei saostu lainkaan puolen tunnin aikana ja on siksi erittäin huonoa raaka-ainetta juustomeijereille. Noin 40 % lehmien välisistä eroista maidon juoksettumiskyvyssä selittyi perinnöllisillä tekijöillä. Juoksettumiskykyä voikin sanoa hyvin periytyväksi ominaisuudeksi. Kolme mittauskertaa lehmää kohti riittää varsin hyvin lehmän maidon keskimääräisen juoksettumiskyvyn arvioimiseen. Tällä hetkellä juoksettumiskyvyn suoran jalostamisen ongelmana on kuitenkin automatisoidun, laajamittaiseen käyttöön soveltuvan mittalaitteen puute. Tämän takia väitöskirjassa tutkittiin mahdollisuuksia jalostaa maidon juoksettumiskykyä epäsuorasti, jonkin toisen ominaisuuden kautta. Tällaisen ominaisuuden pitää olla kyllin voimakkaasti perinnöllisesti kytkeytynyt juoksettumiskykyyn, jotta jalostus olisi mahdollista sen avulla. Tutkittavat ominaisuudet olivat sonnien kokonaisjalostusarvossa jo mukana olevat maitotuotos ja utareterveyteen liittyvät ominaisuudet sekä kokonaisjalostusarvoon kuulumattomat maidon valkuais- ja kaseiinipitoisuus sekä maidon pH. Väitöskirjassa tutkittiin myös mahdollisuuksia ns. merkkiavusteiseen valintaan tutkimalla maidon juoksettumattomuuden perinnöllisyyttä ja kartoittamalla siihen liittyvät kromosomialueet. Tutkimuksen tulosten perusteella lehmien utareterveyden jalostaminen parantaa jonkin verran myös maidon juoksettumiskykyä sekä vähentää juoksettumattomuutta ayrshire-rotuisilla lehmillä. Lehmien maitotuotos ja maidon juoksettumiskyky sekä juoksettumattomuus ovat sen sijaan perinnöllisesti toisistaan riippumattomia ominaisuuksia. Myöskin maidon valkuais- ja kaseiinipitoisuuden perinnöllinen yhteys juoksettumiskykyyn oli likimain nolla. Maidon pH:n ja juoksettumiskyvyn välillä oli melko voimakas perinnöllinen yhteys, joten maidon pH:n jalostaminen parantaisi myös maidon juoksettumiskykyä. Todennäköisesti sen jalostaminen ei kuitenkaan vähentäisi juoksettumatonta maitoa tuottavien lehmien määrää. Koska maidon juoksettumattomuus on niin yleinen ongelma suomalaisilla ayrshire-lehmillä, väitöksessä selvitettiin tarkemmin ilmiön taustoja. Kaikissa kolmessa tutkimusaineistoissa noin 10 % ayrshire-lehmistä tuotti juoksettumatonta maitoa. Kahden vuoden kuukausittaisen seurannan aikana osa lehmistä tuotti juoksettumatonta maitoa lähes joka mittauskerralla. Maidon juoksettumattomuus oli yhteydessä lypsykauden vaiheeseen, mutta mikään ympäristötekijöistä ei pystynyt täysin selittämään sitä. Sen sijaan viitteet sen periytyvyydestä vahvistuivat tutkimusten edetessä. Lopuksi tutkimusryhmä onnistui kartoittamaan juoksettumattomuutta aiheuttavat kromosomialueet kromosomeihin 2 ja 18, lähelle DNA-merkkejä BMS1126 ja BMS1355. Tulosten perusteella maidon juoksettumattomuus ei ole yhteydessä maidon juoksettumistapahtumassa keskeisiin kaseiinigeeneihin. Sen sijaan on mahdollista, että juoksettumattomuusongelman aiheuttavat kaseiinigeenien syntetisoinnin jälkeisessä muokkauksessa tapahtuvat virheet. Asia vaatii kuitenkin perusteellista tutkimista. Väitöksen tulosten perusteella maidon juoksettumattomuusgeeniä kantavien eläinten karsiminen jalostuseläinten joukosta olisi tehokkain tapa jalostaa maidon juoksettumiskykyä suomalaisessa lypsykarjapopulaatiossa.

The virulence of Finnish Pyrenophora teres f. teres isolates and its implications for resistance breeding

In Finland, barley, Hordeum vulgare L., covers 50 % of the total acreage devoted to cereal cultivation. The most common disease of barley in Finland is net blotch, a foliar disease caused by the ascomycete Pyrenophora teres Drechsler. Disease resistance based on plant genes is an environmentally friendly and economical way to manage plant diseases caused by biotic stresses. Development of a disease resistance breeding programme is dependent on knowledge of the pathogen. In addition to information on the epidemiology and virulence of a pathogen, knowledge on how the pathogen evolves and the nature of the risks that might arise in the future are essential issues that need to be taken into account to achieve the final breeding aims. The main objectives of this study were to establish reliable and efficient testing methods for Pyrenophora teres f. teres virulence screening, and to understand the role of virulence of P. teres f. teres in Finland from a disease resistance breeding point of view. The virulence of P. teres was studied by testing 239 Finnish P. teres f. teres isolates collected between 1994 2007 originating from 19 locations, and 200 P. teres progeny isolates originating from artificially produced P. teres matings. According to the results of this study, screening for P. teres f. teres isolates on barley seedlings under greenhouse conditions is a feasible and cost efficient method to describe the virulence spectrum of the pathogen. Inoculum concentration and the seedling leaf used to gauge virulence had significant effects. Barley grain size, morphological traits of P. teres isolates, spore production and growth rate on agar did not affect the expression of virulence. A common barley differential set to characterize the P. teres virulence was developed and is recommended to be used globally. The virulence spectrum of Finnish P. teres f. teres isolates collected in 1994-2007 was constant both within and between the years. The results indicated differences in the pathogen s aggressiveness and in barley genotypes resistance. However, differences in virulence were rarely significant. Unlike in laboratory conditions, no indications of changes in virulence caused by the sexual reproduction have been observed in Finnish barley fields. In Finland, durable net blotch resistance has been achieved by introducing resistance from other barley varieties using traditional crossing methods, including wide crossing, and testing the breeding material at early generations at several sites under natural infection pressure. Novel resistance is available, which is recommended to minimize the risk of selection of virulent isolates and breakdown of currently deployed resistance.

Effects of seed origin latitude on the timing of height growth cessation and field performance of silver birch

The aim of this thesis was to increase our knowledge about the effects of seed origin on the timing of height growth cessation and field performance of silver birch from different latitudes, with special attention paid to the browsing damage by moose in young birch plantations. The effect of seed origin latitude and sowing time on timing of height growth cessation of first-year seedlings was studied in a greenhouse experiment with seven seed origins (lat. 58º - 67ºN). Variation in critical night length (CNL) for 50 % bud set within two latitudinally distant stands (60º and 67ºN) was studied in three phytotron experiments. Browsing by moose on 5-11 -year-old silver birch saplings from latitudinally different seed origins (53º - 67ºN) was studied in a field experiment in southern Finland. Yield and stem quality of 22-year-old silver birch trees of Baltic, Finnish and Russian origin (54º - 63ºN) and the effect of latitudinal seed transfers were studied in two provenance trials at Tuusula, southern and Viitasaari, central Finland. The timing of height growth cessation depended systematically on latitude of seed origin and sowing date. The more northern the seed origin, the earlier the growth cessation and the shorter the growth period. Later sowing dates delayed growth cessation but also shortened the growth period. The mean CNL of the southern ecotype was longer, 6.3 ± 0.2 h (95 % confidence interval), than that of the northern ecotype, 3.1 ± 0.3 h. Within-ecotype variance of the CNL was higher in the northern ecotype (0.484 h2) than in the southern ecotype (0.150 h2). Browsing by moose decreased with increasing latitude of seed origin and sapling height. Origins transferred from more southern latitudes were more heavily browsed than the more northern native ones. Southern Finnish seed origins produced the highest volume per unit area in central Finland (lat. 63º11'N). Estonian and north Latvian stand seed origins, and the southern Finnish plus tree origins, were the most productive ones in southern Finland (lat. 60º21'N). Latitudinal seed transfer distance had a significant effect on survival, stem volume/ha and proportion of trees with a stem defect. The relationship of both survival and stem volume/ha to the latitudinal seed transfer distance was curvilinear. Volume was increased by transferring seed from ca. 2 degrees of latitude from the south. A longer transfer from the south, and transfer from the north, decreased the yield. The proportion of trees with a stem defect increased linearly in relation to the latitudinal seed transfer distance from the south.