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.

Vadelman (Rubus idaeus) kasvunsäätö proheksadioni-kalsiumin avulla

Vadelman (Rubus idaeus L.) viljelyala on kasvanut Suomessa voimakkaasti viimeisten viiden vuoden aikana. Vuonna 2005 vadelmaa viljeltiin 473 hehtaarilla. Vadelman satoindeksi on alhainen. Sen pääverso on pitkä, mikä hankaloittaa hoitotoimenpiteitä. Kasvin satoisimmat silmut ovat pääverson kärjessä, joten latvontaa ei kannata tehdä. Suomessakin haluttaisiin kehittää vadelman kasvihuonetuotantoa satokauden pidentämiseksi. Kasvihuonetuotannossa vegetatiivisen kasvun säätäminen on vielä tärkeämpää kuin avomaan viljelyssä. Proheksadioni-kalsium (ProCa) on gibberelliinisynteesi-inhibiittori, jonka on havaittu lyhentävän nivelvälejä sekä lisäävän versojen ja lehtien hiilihydraattipitoisuutta mm. omenalla (Malus domestica Borkh.). Tämän Helsingin yliopiston soveltavan biologian laitoksella toteutetun tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, miten ProCa vaikuttaa kahden kesävadelmalajikkeen ensimmäisen vuoden versojen vegetatiiviseen kasvuun ja edelleen sadontuottokykyyn. Tässä pro gradu -työssä tutkittiin ProCa:n vaikutusta kahden kesävadelmalajikkeen vegetatiiviseen kasvuun, satopotentiaaliin sekä versojen ja silmujen hiilihydraattipitoisuuksiin kesällä 2005 ja talvella 2006. Koetaimina oli 120 Tulameen-lajikkeen ja 150 Glen Ample -lajikkeen tainta. Taimet käsiteltiin kesäkuussa ja käsittely uusittiin osalle taimista neljän viikon kuluttua ensimmäisestä käsittelystä. Koekäsittelyitä oli neljä: ProCa 100 ppm, ProCa 200 ppm, ProCa 100 ppm + ProCa 100 ppm ja ProCa 200 ppm + ProCa 200 ppm. Kontrollikäsittelyitä oli kaksi: vesi sekä vesi + vesi. Kesän aikana havainnoitiin pääverson pituuskasvua ja nivelien määrää. Kesän kasvatuskauden päätyttyä Glen Ample -lajikkeen silmujen ja versojen liukoiset hiilihydraatit ja tärkkelys määritettiin entsymaattisesti. Kylmävarastoinnin jälkeen (71 vrk) tammikuussa 2006 taimet siirrettiin hyötöön kasvihuoneeseen. Hyödön aikana havainnoitiin silmujen puhkeamista ja kukintaa. Hyödön päättyessä hanka- ja pääversojen kuivapaino sekä hankaversojen pituus mitattiin. Kesän 2005 aikana ProCa lyhensi uusien nivelvälien pituuksia väliaikaisesti 1 4 viikon kuluttua käsittelystä. Nivelien lukumäärässä ei tapahtunut suuria muutoksia. Tulameen-lajikkeella kasvu kiihtyi käsittelyn vaikutuksen loputtua. Nivelvälien lyhentymisen takia pääverson kokonaispituus jäi kontrolliin verrattuna 35 % lyhyemmäksi Glen Ample -lajikkeella (ProCa 200 + ProCa 200) ja 14 % lyhyemmäksi Tulameen-lajikkeella samalla käsittelyllä. Myös käsittely ProCa 200 vähensi pääverson pituutta 6 % kontrolliin verrattuna Tulameen-lajikkeella. ProCa-käsittely lisäsi versojen ja silmujen hiilihydraattipitoisuuksia, mutta tuloksissa oli paljon hajontaa. Glen Ample -lajikkeella kaksinkertaiset käsittelyt vähensivät puhjenneiden silmujen osuutta 8 15 päivän kuluttua hyödön aloittamisesta 24 29 %, mutta käsittelyiden väliset erot tasoittuivat hyödön loppuun mennessä. Lisäksi kaksinkertaiset ProCa-käsittelyt vähensivät kukkien määrää 29 44 % 33 65 päivää hyödön alusta, mutta erot tasoittuivat hyödön loppuun mennessä. Käsittelyt eivät vaikuttaneet Tulameen-lajikkeen silmujen puhkeamiseen ja kukintaan. Satopotentiaalissa ei ollut eroa ProCa-käsittelyiden välillä kummallakaan lajikkeella. Glen Ample -lajikkeella hankaversojen kokonaismäärä väheni 27 32 % kasveilla, joita oli käsitelty kaksi kertaa ProCa:lla. Hankaversot olivat kuitenkin vastaavasti 29 43 % pidempiä. Tulameen-lajikkeella ProCa 100 -käsittely vähensi hankaversojen määrää 15 %, mutta hankaversojen pituuteen käsittelyillä ei ollut vaikutusta. Käsittelyillä ei ollut vaikutusta hankaversojen nivelvälien pituuteen kummallakaan lajikkeella. Tutkimuksen perusteella kesällä annetulla ProCa-käsittelyllä voidaan lyhentää pääverson pituutta, mutta satopotentiaaliin käsittelyllä ei ole vaikutusta. Käsittelyajankohta on kriittinen, koska kukkasilmujen kehitys näyttäisi häiriintyvän, jos ruiskutus tehdään loppukesällä.

Nitrous oxide emissions from selected natural and managed northern ecosystems

Microbial activity in soils is the main source of nitrous oxide (N2O) to the atmosphere. Nitrous oxide is a strong greenhouse gas in the troposphere and participates in ozone destructive reactions in the stratosphere. The constant increase in the atmospheric concentration, as well as uncertainties in the known sources and sinks of N2O underline the need to better understand the processes and pathways of N2O in terrestrial ecosystems. This study aimed at quantifying N2O emissions from soils in northern Europe and at investigating the processes and pathways of N2O from agricultural and forest ecosystems. Emissions were measured in forest ecosystems, agricultural soils and a landfill, using the soil gradient, chamber and eddy covariance methods. Processes responsible for N2O production, and the pathways of N2O from the soil to the atmosphere, were studied in the laboratory and in the field. These ecosystems were chosen for their potential importance to the national and global budget of N2O. Laboratory experiments with boreal agricultural soils revealed that N2O production increases drastically with soil moisture content, and that the contribution of the nitrification and denitrification processes to N2O emissions depends on soil type. Laboratory study with beech (Fagus sylvatica) seedlings demonstrated that trees can serve as conduits for N2O from the soil to the atmosphere. If this mechanism is important in forest ecosystems, the current emission estimates from forest soils may underestimate the total N2O emissions from forest ecosystems. Further field and laboratory studies are needed to evaluate the importance of this mechanism in forest ecosystems. The emissions of N2O from northern forest ecosystems and a municipal landfill were highly variable in time and space. The emissions of N2O from boreal upland forest soil were among the smallest reported in the world. Despite the low emission rates, the soil gradient method revealed a clear seasonal variation in N2O production. The organic topsoil was responsible for most of the N2O production and consumption in this forest soil. Emissions from the municipal landfill were one to two orders of magnitude higher than those from agricultural soils, which are the most important source of N2O to the atmosphere. Due to their small areal coverage, landfills only contribute minimally to national N2O emissions in Finland. The eddy covariance technique was demonstrated to be useful for measuring ecosystem-scale emissions of N2O in forest and landfill ecosystems. Overall, more measurements and integration between different measurement techniques are needed to capture the large variability in N2O emissions from natural and managed northern ecosystems.

Modelling initial survival and growth of radiata pine in New Zealand.

A sensitive framework has been developed for modelling young radiata pine survival, its growth and its size class distribution, from time of planting to age 5 or 6 years. The data and analysis refer to the Central North Island region of New Zealand. The survival function is derived from a Weibull probability density function, to reflect diminishing mortality with the passage of time in young stands. An anamorphic family of trends was used, as very little between-tree competition can be expected in young stands. An exponential height function was found to fit best the lower portion of its sigmoid form. The most appropriate basal area/ha exponential function included an allometric adjustment which resulted in compatible mean height and basal area/ha models. Each of these equations successfully represented the effects of several establishment practices by making coefficients linear functions of site factors, management activities and their interactions. Height and diameter distribution modelling techniques that ensured compatibility with stand values were employed to represent the effects of management practices on crop variation. Model parameters for this research were estimated using data from site preparation experiments in the region and were tested with some independent data sets.