Taimien talveentumiskehitys nykyisessä
ja tulevaisuuden ilmastossa; erilaisia
reaktioita eri puulajeilla ja alkuperillä
Pertti Pulkkinen
Luonnonvarakeskus, Haapastensyrjä
Suonenjoki 3.6.2015
© Natural Resources Institute Finland
Puiden sopeutuminen muuttuvissa
ilmastolosuhteissa
Vuosittaisten keskilämpötilojen muutos Suomessa kolmen
eri skenaarion mukaan (Jylhä ym. 2009)
© Natural Resources Institute Finland
Lämpötilat nyt ja tulevaisuudessa
© Natural Resources Institute Finland
Perusmenetelmänä on luoda erilaisia ”tulevaisuuden”
olosuhteita kasvihuoneisiin…
…ja testata miten eri olosuhteissa kasvaneet taimet talveutuvat, miten
syvää on talvilepo ja kuinka suveentuminen sujuu
Frost hardiness,
Vernalization,
Deep dormancy
Winter hardening
•
dehardening
dormancy breakdown
•
shorter days
•
longer days
•
lower temperatures
•
higher temperatures
•
disorders in winter
hardening
development
•
autumn frost
damages
•
Growth season
spring frost
damages
Männyntaimien talveutumiskehitys – lämpimät kasvuolosuhteet
hidastavat talveutumiskehitystä (Pulkkinen ym. 2014, tarjottu
julkaistavaksi)
Freezing tests -10°C →
Survival of one-year-old pines
Survival of seedlings (%)
100
80
60
Growth conditions during previous summer
40
year2008, uncontrolled
year2030, dry
year2030, wet
year2100, dry
year2100, wet
20
0
243
250
257
264
271
278
285
Testing day (days from January first)
Männyntaimien talveutumiskehitys – tulevaisuudessa eteläiset
alkuperät saattavat pärjätä jopa huonommin kuin
nykyolosuhteissa
80
60
Growth conditions
40
year2008, uncontrolled
year2030, dry
year2030, wet
year2100, dry
year2100, wet
20
la
n
-F d
in
la
n
4E d
s
5S ton
- S ia
w
ed
en
6L
a
7L tvia
ith
ue
8D nia
en
m
9N ar
-P k
ol
an
d
in
3S
-F
2C
-F
in
la
nd
0
1N
Survival of seedlings (%)
100
Tested pine origins
100
A
B
**
*
***
***
***
***
***
***
20
***
***
***
40
***
***
*
*
60
***
***
**
Ref.
Ref.
Survival, %
80
*
**
Haavan talveutuminen viivästyy voimakkaasti ja on heikompaa
lämpötilan noustessa (Zeps ym. käsikirjoitus)
+1 oC,
w et
+4 oC,
dry
+4 oC,
w et
Ambient
+1 oC
Factors: temperature, moisture
9
249
256
263
270
277
284
291
298
305
312
319
326
333
+1 oC,
dry
249
256
263
270
277
284
291
298
305
312
319
326
333
Control
249
256
263
270
277
284
291
298
305
312
319
326
333
0
+4 oC
Factors: freezing date (DOY), temperature
24.6.2015
Tammella (Q. robur) kasvatusolosuhteet vaikuttavat voimakkaasti yksivuotisten
tammen taimien talveentumiseen (Pulkkinen ym., käsikirj.)
Kotimaiset lajit eivät aina ole sopeutuneimpia – haapa ja haavan hybridit
(Pulkkinen ym. 2013)
Pun = tremula
Sin = tremula * hybridi
Vihr = hybridi * tremula
Vpun= hybridi * hybridi
Hybridi = P. tremula * P.
tremuloides
Lisääntymiskyky on keskeinen sopeutumisen mittari
(Koivuranta et al. 2009)
600
Number of seeds per flower
• haapa ja hybridihaapa
• introgressio?
• nykyolosuhteissa haapa tuottaa
enemmän siemeniä kuin
hybridihaapa
• Korkeammat lämpötilat
pölytyshetkellä (TF) ja siemenen
kypsymisen aikaan (T2)
tasoittavat siementuotantoeroja
Mother tremula
Mother hybrid
400
200
0
TF 11.9
TM 13.1
TF 13.7
TM 15.7
TF 11.9
TM 17.1
TF 13.7
TM 17.4
Käytännön sovelluksia: alustava yksilövalinta (Pulkkinen, JAL505)
Käytännön sovelluksia: Kasvihuonekasvatukset ja
pakastustestaus käyttöaluemäärityksessä
• testejä tehty 1995 - 2014
• yhteistyökumppanit, Siemen-Forelia ja Metsähallitus
• testattu varsinkin P-siemenviljelysten (Etelä-Suomeen
pohjoisilla pluspuilla on perustettu siemenviljelys)
siemensatoja
• pakastustesti, tulosta verrataan kontrolleihin, antaa arvion
käyttöalueesta, jonka Evira vahvistaa
Joitain tuloksia P–siemenviljelysten käyttöalueista
Siemenviljelykset
1100
Arvio käyttöalueesta, lämpösumma
1050
1000
950
sv23
sv25
sv27
sv68
sv141
sv146
sv148
sv158
sv227
sv228
sv237
sv238
sv239
sv240
sv241
sv242
sv272
sv276
sv293
sv297
sv300
sv311
sv312
sv322
sv369
sv409
900
850
800
750
700
650
Siemenvuosi
Hankkeen tutkijat
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Mäkipää, Raisa, FT, erikoistutkija
Pulkkinen, Pertti, FT, MMT, erikoistutkija, vastaava tutkija
Rousi, Matti, MMT, erikoistutkija
Vaario, Lu-Min, PhD, vanhempi tutkija
Lehtinen, Markku, FM, väitöskirjatyöntekijä, Helsingin yliopisto
Raisio, Juha, MMM, väitöskirjatyöntekijä, Helsingin yliopisto
Mir, Salam, MSc, väitöskirjastyöntekijä, Itä-Suomen yliopisto
Wu, Dong-xia, väitöskirjatyöntekijä, Hebein maatalousyliopisto
Levkojev, Eino, MSc, väitöskirjatyöntekijä, Itä-Suomen yliopisto
Rybalova, Anna, MSc, väitöskirjatyöntekijä, Itä-Suomen yliopisto
Hankkeen 3610 julkaisut (mukana myös tarjotut ja raportit), 2013 - 2015
Scientific refereed journals
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Anttila, Perttu., Lu-Min Vaario, Pertti Pulkkinen, Antti Asikainen & Juha Laitila.Forest energy in northern China – challenges and possibilities. Submitted
(Biomass & Bioenergy)
Elshibli, S., Raisio, J., Varis, S., Vakkari, P. & Pulkkinen, P. 2015. Genetic variation of Pedunculate oak (Quercus robur) in seminatural evironment in
Southern Finland. Scan. J. For. Press, in press.
Hautsalo, J., Mathieu, G., Elshibli, S., Vakkari, P., Raisio, J. & Pulkkinen, P. 2015. Height and survival variation and adaptation possibilities of
northernmost Pedunclulate oak (Quercus robur L.) stands. Silva Fennica, in press.
Heimonen, K., Anu Valtonen, Sari Kontunen-Soppela, Sarita Keski-Saari, Matti Rousi, Elina Oksanen, Heikki Roininen. Colonization of a host tree by
herbivorous insects under a changing climate. Oikos, submitted.
Heimonen, K., Anu Valtonen, Sari Kontunen-Soppela, Sarita Keski-Saari, Matti Rousi, Elina Oksanen, Heikki Roininen. Insect herbivore damage on
latitudinally translocated silver birch (Betula pendula) - predicting the effects of climate change. Climatic Change, submitted.
Kaasalainen, S., Krooks, A., Liski, J., Raumonen, P., Kaartinen, H., Kaasalainen, M., Puttonen, E., Anttila, K. & Mäkipää, R. 2014. Change Detection of
Tree Biomass with Terrestrial Laser Scanning and Quantitative Structure Modelling. Remote Sensing 6, 3906-3922.
Niskanen, A-M. 2013. Clonal variation of Scots pine (Pinus sylvestris) and transgenic Silver Birch (Betula pendula). Dissertationes Forestales 157, 62p.
Li, Q., Wang, J. and Pulkkinen, P. Metabolite response to 6-BAP treatments of Picea balfouriana embryogenic cultures. Submitted.
Linkosalo, T, Heikkinen, J., Pulkkinen, P. and Mäkipää, R.2014. Fluorescence measurements show stronger cold inhibition of photosynthetic light
reactions in Scots pine compared to Norway spruce as well as during spring compared to autumn. Frontiers in Plant Science, vol. 5, article 264.
Linkosalo, Tapio, Hanna el-Khouri, Raisa Mäkipää, Pertti Pulkkinen and Eija Juurola. Increased Atmospheric CO2 Concentration Enhances the
Development of Photosynthetic Capacity beyond the Temperature Effect for Silver Birch in Simulated Future Climate. Tree phys., submitted
Mikola J, Paaso U, Silfver T, Autelo M, Koikkalainen K, Ruotsalainen, S & Rousi, M. 2014. Growth and genotype x environment interactions in Betula
pendula: can tree genetic variation be maintained by small-scale forest ground heterogeneity? Evolutionary Ecology 28, 811-828.
Mukherjee, S., Heinonen, M., Dequvire, M., Sipilä, T., Pulkkinen, P. & Yrjälä, K. 2013. Secondary succession of bacterial communities and cooccurrence of phylotypes in oil-polluted Populus rhizosphere. Soil Biology & Biochemistry 58, 188-197.
Mukherjee, S., Juottonen, H., Siivonen, P., Lloret Quesada, C., Tuomi, P., Pulkkinen, P. and Yrjälä, K. 2014. Spatial patterns of microbial diversity and
activity in an aged creosote contaminated site. ISME 8, 2131–2142.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Mukherjee, S., Sipilä, T., Pulkkinen, P. & Yrjälä, K. 2015. Secondary successional trajectories of structural and catabolic bacterial communities in
oil-polluted soil planted with hybrid poplar. Molecular Ecology, DOI: 10.1111/mec.13053.
Mäkipää, R., Linkosalo, T., Komarov, A. and Mäkelä, A. Mitigation of climate change with biomass harvesting in Norway spruce stands: are
harvesting practices carbon neutral? Can J For Res, submitted.
Nevalainen, O., Hakala, T., Suomalainen, J., Mäkipää, R., Peltoniemi, M., Krooks, A. & Kaasalainen, S. 2014. Fast and nondestructive method for
leaf level chlorophyll estimation using hyperspectral LiDAR. Agricultural and Forest Meteorology, 198–199: 250–258.
OuYang, F. Wang, J., Li, Y. and Pulkkinen, P. Interaction of Light Source and Provenance on Seedling Growth of Nine Provenances of Black
Spruce (Picea mariana). Submitted.
Pohjanmies, T., Tack, A., Elshibli, S., Pulkkinen, P., Vakkari, P. & Roslin, T. 2015. Genetic diversity and connectivity explain variation in herbivore
load within an oak population at its range limit. Ecospere, in press.
Possen, B.J.H.M., Anttonen, M.J., Oksanen, E., Rousi, M., Heinonen, J., Kostiainen, K., Kontunen-Soppela, S., Heiskanen, J. Vapaavuori, E.M.
2014. Variation in 13 leaf morphological and physiological traits within a silver birch (Betula pendula) stand and their relation to growth. Can. J.
For. Res. 44, 657-665.
Possen, Boy J.H.M. , Matti Rousi, Tarja Silfver, Mikko Anttonen, Seppo Ruotsalainen, Elina Oksanen, Elina Vapaavuori. 2015. Within-stand
variation in silver birch (Betula pendula Roth) phenology. Trees – structure and function, in press.
Puentes Rodríguez, Y., Morales, L., Willför, S., Pulkkinen, P., Peltola, H. and Pappinen, A. 2013. Wood decay caused by Heterobasidion
parviporum in juvenile wood specimens from normal- and narrow-crowned Norway spruce. Scan. J. For. Res., 28, 331-339.
Pulkkinen, P., Vaario, L-M., Koivuranta, L. and Stenvall, N. 2013. Elevated temperature effects on germination and early growth of European
aspen (Populus tremula), hybrid aspen (P. tremula× P. tremuloides) and their F2-hybrids. E. J. For. Res., 132, 791-800.
Pulkkinen, P., Wang, J. Stenvall, N. & Varis, S., Effect of risen temperatures and CO2 levels on to the hardening and dehardening of young
Norway spruce seedlings with different origins. Submitted.
Routa, J., Kellomäki, S., Strandman, H., Bergh, J., Pulkkinen, P. and Peltola, H. 2013. Sensitivity of the production of timber and energy biomass
on use of cloned trees and intensive management in Norway spruce. Global Change Biology Bioenergy 5, 43-52.
Shanin, V., Mäkipää, R., Shashkov, M., Ivanova, N., Moskalenko, S., Rocheva, L., Grabarnik, P., Bobkova, K., Manov, A., Osipov, A.,
Burnasheva, E. & Komarov, A. New procedure for simulation of belowground competition can improve the performance of simulation models.
submitted.
Shanin, V., Komarov, A. & Mäkipää, R. 2014. Tree species composition affects productivity and carbon dynamics on different site types in boreal
forests. European Journal of Forest Research 133(2): 273-286.
•
•
•
•
•
Silfver, T., Matti Rousi, Elina Oksanen, Heikki Roininen 2014. Genetic and environmental determinants of insect herbivore community structure in a
Betula pendula population. F1000Research.
Silfver, T., Aki Sinkkonen, Elina Oksanen, and Matti Rousi 2014. Early shoot growth termination in Betula pendula is associated with the number of
overwintering aphid eggs on boreal birches. Evolutionary Ecology, October 2014.
Wang, J., Zhang, H., Lei, M.,Hu, H. and Pulkkinen, P. 2014. Effects of Tree Age and Bole Section on Pulpwood of Korean Spruce (Picea koraiensis
Nakai). BioResources 9, 1445-1455.
Ťupek, B., Mäkipää, R., Heikkinen, J., Peltoniemi, M., Ukonmaanaho, L., Hokkanen, T., Nöjd, P., Nevalainen, S., Lingren, M. and Lehtonen, A.,
2014. Foliar turnover rates in Finland - comparing estimates from needle-cohort and litterfall-biomass methods. Boreal Environment Research, in
press.
Vaario, Lu-Min, Eira-Maija Savonen, Mikko Peltoniemi, Toyohiro Miyazawa, Pertti Pulkkinen, Tytti Sarjala, 2015. Fruiting pattern of Tricholoma
matsutake in southern Finland. Scan. J. For., DOI: 10.1080/02827581.2015.1006246
Other scientific publications or reports (inc. student works)
•
•
•
•
•
•
•
•
Aalto, M. 2013. Hybridihaavan kasvu ja menestyminen metsänviljelyssä. HAMK. Ammattikorkeakoulun opinnäytetyö, 38 + 1 s.
Anttila, P., Vaario, L-M., Xue-Pykäläinen, M., Pulkkinen, P. & Asikainen, A. 2014. Forest biomass energy management and utilization plan at
provincial level in China P.R. Final report for the Ministry of Agriculture and Forestry. 29p.
Barton, I. 2014. Report of the Scots pine (Pinus sylvestris L.) measurements in Suomussalmi area. Report. Finnish Forest Research Institute, 9 pp.
Costas González, I. 2013. Growth and sprouting of Populus tremula x tremuloides in two soils: clean soil and
contaminated soil from sawmill. Report. University of Eastern Finland.
Clavel, M. 2013. Use of Aspens trees for cleaning a polluted soil at Luumäki. A follow-up report 2013. Agrocampus Ouest and Finnish Forest
Research Institute.
Desurmot, T. & Walinen, C. 2013. Monitoring of Pines infected by Melampsora pinitorqua in Somerharju area. University of Lorraine, Enstip &
METLA. Report.
Díez Alonso, María 2013. Effect of years and origins into the seed production of Scots Pine (Pinus sylvestris) in Finland E.T.S. de Ingenierías
Agrarias, University of Valladolid, University of Helsinki. MSc-thesis, 44 p
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Guendehou, G. H. Sabin & Mäkipää, Raisa 2014. Approach to data collection for soil carbon modelling in Benin. Metlan työraportteja / Working
Papers of the Finnish Forest Research Institute 290, 1-10.
Ibañez Salinas, E. 2014. Clonal differences in volume productivity of the Narrow crowned Norway spruce, and the relation with the Nectria
fuckeliana fungus Universitat de Lleida, MSc-thesis. Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Agrària.
Irastorza Santori, R. 2015. Global climate warming effects and variations in Aspen hybrids development for environmental predicted conditions
for the years 2030 and 2100 in Finland. MSc-thesis. University of Helsinki and Universidad Politécnica de Madrid – E. T. S. I. Montes.
Le Dantec, T. 2013. Effect of PAH on the growth of European (Populus tremula L.) and Hybrid Aspen clones (Populus tremula L. x Populus
tremuloides Michx.) depending on stand density. Report. INP-ENSAT & Finnish Forest Research Institute, Haapastensyrjä unit.
Richard, Y. 2013. Silver Birch Adaptation to Climate Change. Report. Finnish Forest Research Institute and ENSAT, 34 p.
Reiniharju, J. 2013. Männyn (Pinus sylvestris L.) siitepölykilpailu ja sen merkitys siitepölyvälitteisessä geenivirrassa. Pro gradu – tutkielma.
Turun yliopisto, Biologian laitos, 51p.
Salmi, A. 2014. Onko Suomessa menestyvien puulajien käyttö biopuhdistuksessa mahdollista? Kandidaatin tutkielma. Helsingin yliopisto,
metsätieteiden laitos, 23s.
Tatzelt, J. 2013. Phytoremediation with hybrid aspen. Report. Brandenburg University of Technology (BTU) and Metla, 15 p.
Tatzelt, J. 2013.The influence of oil and salt pollution on the growth of hybrid aspen. Branderburg University of technology.Bachelor thesis, 55p.
Watier, L. Rebollo Perez, J. 2014. Use of aspens for cleaning polluted soil at Luumäki – A progress report. Finnish Forest Research Institute.
Vaario, L-M., Raimo Jaatinen, Susanna Huhtiniemi ja Pertti Pulkkinen 2015. Impacts of soil salinity on aspen tree growth and its soil fungal
community in nursery. VIII Maaperätieteen päivät Maaperä-Maapallon Elävä Iho, Pro Terra No.67:41-42.
Yrjälä, K., Siivonen, P., Quesada, C.L., Pulkkinen, P. & Mukherjee, S. 2013. Microbes as proxies for PAH pollution: case study of an old creosote
polluted site in Southeastern Finland. In: Leppälammi-Kujansuu, J., Soinne, H., Merilä, P., Rankinen, K., Salo, T. & Hänninen, P. (eds.).
Maankäytön kestävyys. VII Maaperätieteiden päivien abstraktit. Pro Terra 61: 36-37.