Are there indications of climate change induced increases in variability of major field crops in the northernmost European conditions?

As the northern hemisphere will experience the greatest increases in temperature and indications of climatic change are already visible in the north (in the 2000s average temperatures exceeded the long-term mean), we sought to establish if there are already signs of increased variability in yield and quality of the major field crops grown under the northernmost European growing conditions: spring and winter cereals (barley Hordeum vulgare L., oat Avena sativa L., wheat Triticum aestivum L., rye Secale cereale L.), spring rapeseed (turnip rape Brassica rapa L., oilseed rape B. napus L.), pea (Pisum sativum L.) and potato (Solanum tuberosum L.). We used long-term yield datasets of FAO for Finland (1960s to date) and MTT Agrifood Research Finland (MTT) Official Variety Trial datasets on yield and quality of major field crops in Finland since the 1970s. Yield variability was exceptionally high in the 1980s and 1990s, but previously and subsequently national yields were clearly more stable. No progressive increase in yield variability was recorded. No marked and systematic changes in variability of quality traits were recorded, except for rapeseed, which exhibited reduced variability in seed chlorophyll content. This may at least partly attribute to the differences in intensity of input use and thereby responsiveness of the crops before and after 1980 and 1990 decades. We also noted that in the 2000s average temperatures were higher than in earlier decades and this was the case for all months of the growing season except June, which represents, however, the most critical phase for yield determination in most of the field crops in Finland. Also in the 2000s precipitation increased in the first three months of the growing season and thereafter decreased, but without signs of significantly increased numbers of heavy showers (extreme rain events). Hence, in general constant, increased average temperatures during the growing seasons of the 2000s were identified, but with reduced yield variability, which was partly attributable to the diminished use of inputs, especially fertilisers

Hyvä apilalajike kestää talvea

Puna-apilalajikkeista eestiläiset Varte ja Ilte sekä ruotsalainen Betty tuottavat Etelä-Suomessa parhaiten satoa. Tämä selviää uusimmista lajikekokeiden tuloksista. Siemenkaupasta pitäisikin saada enemmän myös muiden apilalajikkeiden siemeniä kuin tämänhetkisen valtalajike Bjurselen. Viljelijän kannattaisi valita pelloilleen erityyppisiä lajikkeita sen mukaan, minkälaisia lohkoja viljelyyn on käytettävissä.vokKV

Lajikevalinta ja viljelytoimet avaimina apilanviljelyn menestykseen

Apilalajikkeet poikkeavat toisistaan sadontuotossa ja talvenkestävyydessä. Ne eroavat myös siinä, mitentehokkaasti ne pystyvät käyttämään hyväkseen suotuisia kasvuoloja. MTTn lajikekokeiden pohjalta tehtiintilastollinen analyysi apilalajikkeiden eroista em. tekijöiden suhteen. Tutkituista lajikkeista tetraploiditBetty ja Ilte tuottivat suurimmat sadot. Lajikkeet Tepa, Varte, Jesper ja Björn tuottivat huonommat sadotkuin Betty ja Ilte keskinkertaisissa tai huonoissa oloissa, mutta hyvissä oloissa ne kirivät samallesatotasolle. Bjursele, Jokioinen, Hankkijan Venla ja Isomäki sen sijaan eivät yltäneet samoihinsatomääriin hyvissäkään oloissa. Jos maatilalta löytyy lohkoja, jotka ovat erityisen hyvin apilanviljelyynsoveltuvia, niillä kannattaa viljellä hyvissä oloissa hyvän sadon tuottavia lajikkeita Betty, Ilte, Tepa,Varte, Jesper ja Björn. Betty- ja Ilte -lajikkeita kannattaisi myös käyttää nykyistä yleisemminkaikentyyppisissä oloissa. Betty-lajikkeella oli lisäksi paras talvenkestävyys nyt tutkituista lajikkeista.Apilalajikkeiden Jokioinen (paikallislajike, diploidi), Betty ja Ilte sadontuotto- ja kilpailukykyäluomuviljelyssä testattiin Jokioisilla peltokokeessa, jossa käsittelyinä olivat karjanlannalla lannoitetut(KL) ja väkilannoitteella lannoitetut (VL) lohkot. Apila kylvettiin joko yksin tai timotein, ruokonadan tainiiden seoksen kanssa. Ensimmäisenä satovuonna nurmi oli hyvin apilavaltaista. VL-aloillaapilavaltaisuus oli kuitenkin alusta asti pienempää kuin KL-aloilla. Heinän kasvu vahvistui tultaessatoiseen satovuoteen. Tämä oli erityisen selvää VL-ruuduilla, joilla liukoista typpeä oli väkilannoituksenmyötä helposti saatavilla. Toisen satovuoden aikana apilan osuus sadosta alkoi vähentyä johuolestuttavasti VL-aloilla. KL-aloilla oli apilaa vielä toisena satovuonna noin 50% tai enemmän.Betty-apilan kokonaissato ja apilan osuus sadosta oli peltokokeen ensimmäisenä satovuonnapienempi kuin kahdella muulla testatulla lajikkeella, mutta toisena satovuonna se kilpaili heinän kanssahuomattavasti ansiokkaammin kuin muut kaksi lajiketta. Peltokokeen rinnalla tehdyn astiakokeenperusteella Betty-lajikkeen ajan myötä paraneva tulos voi olla seurausta biomassan allokoinnista juuriinsuhteellisesti enemmän kuin muilla lajikkeilla varsinkin kasvun alkuvaiheessa. Tässä voi olla avain myössen hyvään talvenkestävyyteen. Se, että KL-ruuduilla yleisestikin ottaen oli suurempi apilapitoisuus,saattaa johtua monista syistä. Ensinnäkin, kylvövuonna KL-ruutujen suojaviljakasvusto oli heikompaa,mikä johti apilan parempaan alkukasvuun pienemmästä kilpailusta ja suuremmasta valomäärästä johtuen.Heinän suurempaan osuuteen VL-ruuduilla on todennäköisesti vaikuttanut myös parempi typen saatavuus.Toisaalta apilan runsaampi alkukasvu KL-ruuduilla ensimmäisenä satovuonna on saattanut tukahduttaaniin heinän kuin rikkojenkin kasvua, ja tämän vaikutus voidaan nähdä vielä toisena satovuonnakin.Apilanviljelyn menestyksen avaimet saattavatkin löytyä kasvin kasvustrategiasta ja sitenlajikevalinnasta, mutta myös viljelytoimista jo kasvun alkuvaiheessa. Alkukasvun antamat edellytyksetluovat pohjaa tulevien satovuosien menestykselle. Luomuviljelyssä apilalla näyttäisi olevan paremmatkasvuedellytykset kuin tavanomaisessa viljelyssä pienemmän heinien ja rikkakasvien kilpailun takia.Tämä tutkimus on osa MMM:n luomuohjelman projektia ”Puna-apila tehokkaasti luomumaidoksi”

Climate change and prolongation of growing season: changes in regional potential for field crop production in Finland

Climate change offers new opportunities for Finnish field crop production, which is currently limited by the short growing season. A warmer climate will extend the thermal growing season and the physiologically effective part of it. Winters will also become milder, enabling introduction of winter-sown crops to a greater extent than is possible today. With this study we aim to characterise the likely regional differences in capacity to grow different seed producing crops. Prolongation of the Finnish growing season was estimated using a 0.5º latitude × 0.5º longitude gridded dataset from the Finnish Meteorological Institute. The dataset comprised an average estimate from 19 global climate models of the response of Finnish climate to low (B1) and high (A2) scenarios of greenhouse gas and aerosol emissions for 30-year periods centred on 2025, 2055 and 2085 (Intergovernmental Panel on Climate Change). Growing season temperature sums that suit crop growth and are agronomically feasible in Finland are anticipated to increase by some 140 °Cd by 2025, 300 °Cd by 2055 and 470 °Cd by 2085 in scenario A2, when averaged over regions, and earlier sowing is expected to take place, but not later harvests. Accordingly, the extent of cultivable areas for the commonly grown major and minor crops will increase considerably. Due to the higher base temperature requirement for maize (Zea mays L.) growth than for temperate crops, we estimate that silage maize could become a Finnish field crop for the most favourable growing regions only at the end of this century. Winters are getting milder, but it will take almost the whole century until winters such as those that are typical for southern Sweden and Denmark are experienced on a wide scale in Finland. It is possible that introduction of winter-sown crops (cereals and rapeseed) will represent major risks due to fluctuating winter conditions, and this could delay their adaptation for many decades. Such risks need to be studied in more detail to estimate timing of introduction. Prolonged physiologically effective growing seasons would increase yielding capacities of major field crops. Of the current minor crops, oilseed rape (Brassica napus L.), winter wheat (Triticum aestivum L.), triticale (X Triticosecale Wittmack), pea (Pisum sativum L.) and faba bean (Vicia faba L.) are particularly strong candidates to become major crops. Moreover, they have good potential for industrial processing and are currently being bred. Realisation of increased yield potential requires adaptation to 1) elevated daily mean temperatures that interfere with development rate of seed crops under long days, 2) relative reductions in water availability at critical phases of yield determination, 3) greater pest and disease pressure, 4) other uncertainties caused by weather extremes and 5) generally greater need for inputs such as nitrogen fertilisers for non-nitrogen fixing crops

Increase in perennial forage yields driven by climate change, at Apukka Research Station, Rovaniemi, 1980-2017

The official variety trials at Rovaniemi, Finland (66.58°N, 26.01°E) in 1980–2017 show a substantial increase in dry matter yields (DMY) of timothy (Phleum pratense), meadow fescue (Festuca pratensis) and tall fescue (Festuca arundinacea), coinciding with a 156 °Cd increase in the average growing season Tsum and a 461 °Cd decrease in the average winter frost sum for the same period. The annual DMY of timothy was 3128, 4668, 8385 and 9352 kg ha-1 in the periods (P) 1980–1989 (P1), 1990–1999 (P2), 2000–2009 (P3), and 2010–2017 (P4). The first cut yielded 1792, 2166, 4008 and 4473, and the second cut 1337, 2503, 4378 and 4879 kg ha-1, respectively. Yields of meadow fescue followed a similar pattern. The first cut was about ten days and the second cut about one week earlier on P4 than on P1. Shorter snow cover period, milder winters, higher live ground cover of timothy in spring, and higher temperature sum during the growing season were most likely responsible for the yield increase. The results indicate a strong impact of climate change on DMY of perennial forage crops in the north

The Impact of the Use of Neonicotinoid Insecticides on Honey Bees in the Cultivation of Spring Oilseed Crops in Finland in 2013–2015

The Neomehi project studied how neonicotinoid-based plant protection products affected honey bee colonies in oilseed rape and turnip rape cultivations in Finland. The final report combines the results of the growing seasons of 2013 and 2014. The experimental protocol included four trial fields where spring turnip rape was cultivated. Each trial field was treated in a different manner with neonicotinoid insecticides: without neonicotinoids, foliar spraying with neonicotinoids (thiacloprid) against pollen beetles, and/or seed treatment with neonicotinoids (thiametoxam) against flea beetles. The plant density and crop growth were determined in the trial fields. Additionally, the number of honey bees and other pollinators was assessed with the applied line transect method during the growing season. Five test bee colonies were located at the edge of each trial field. The performance of the bee hives was examined and the amount of bees and brood was counted 4-5 times during the summer season. A census was also done in autumn and in spring in order to acquire overwintering data. The bees and bee hive products from the test bee colonies were analysed for residues of neonicotinoids. Moreover, in the epidemiological pilot study (also called survey study in the text) of 2013-2014, residues were also analysed from samples collected as a survey from bee hives from five different geographical areas in Finland. In 2013, the sampling was optimized so that half of the bee hives were located close to oilseed cultivation and the other half far from oilseed cultivation. The crop growth was normal in three of the trial fields during the growing season of 2013. In one trial field (seed treatment with neonicotinoids), the crop growth probably suffered because of the variation in drilling depth. In 2014, both trial fields with uncoated seed had to be redrilled after flea beetles severely attacked the young plants in the fields. Therefore, the blossoming of turnip rape in those trial fields was delayed from late July to the beginning of August. The yield was low as well. The number of honey bees in the trial fields was higher when crop growth was good and lower when crop growth was poor. In three of the four fields that were treated with foliar spraying with a neonicotinoid (thiacloprid), the number of honey bees decreased after the treatment. The number of honey bees did, however, clearly increase 2-3 days after the foliar treatment. Both the adult and brood population dynamic curves of the test bee colonies were compared between trial sites. The adult bee population curves illustrated possible minor damages caused to the bee colonies in the sprayed test sites. The test bee colonies recovered from these casualties in two weeks. The average range of food consumption for the bees during overwintering and the overwintering index (the relation of the number of adult bees in spring compared to the number of adult bees in the beginning of overwintering) demonstrated typical levels compared to normal bee colonies in South-West Finland and there were no difference between the trial fields. Two of the test bee colonies lost their queen during winter 2013-2014. In 2014, one of the test colonies died due to suffocation because the pollen collector at the flight entrance was blocked by drones. The second test colony was lost because of robbing by other bee colonies after harvesting. A third test colony lost its queen during winter 2014-2015 and a fourth became a drone layer in the early spring of 2015. The winter losses of the test bee colonies did not differ from the average winter losses (7% in 2014 and 10% in 2015) in the South-West of Finland. The results of the first and second growing season did not indicate that seed coating with neonicotinoids affected the success of the bee colonies, but spraying the flowering field can be detrimental to the bee colonies that are located at the edges of the trial fields. The results of the residue studies indicated, however, that residues of neonicotinoids migrate into bee hives with pollen and nectar and are very common residues in honey bee hives around Finland. In this case, interest is focused on the seed treatment neonicotinoids thiametoxam and clothianidin, which are the most toxic pesticides to bees. The total residue levels of thiametoxam and chlothianide, especially in nectar, resulted in an estimated exposure, which is close to the chronic and acute sublethal risk limits presented in literature. Therefore, such a risk cannot be fully excluded on the basis of these residue studies.ABSTRAKTI Neomehi-hankkeen tärkein tavoite oli selvittää vaikuttavatko neonikotinoideja sisältävät torjunta-aineet pölytyspalvelussa käytettyjen mehiläispesien menestykseen ja talvehtimiskykyyn. Hankkeessa tutkittiin kahden kasvukauden ajan minkälaisia vaikutuksia rypsinviljelyssä käytettävillä, neonikotinoideja sisältävillä torjunta-aineilla on mehiläisiin suomalaisessa öljykasvin viljelyssä. Nyt julkaistava hankeraportti kokoaa yhteen kaksivuotisen Neomehi-hankkeen keskeisimmät tulokset. Koejärjestely sisälsi neljä kenttäkoetta kumpanakin kasvukautena 2013–2014, joissa viljeltiin rypsiä. Neonikotinoideja sisältäviä insektisidejä käytettiin eri tavoin kullakin pellolla. Koepellolla joko ei käytetty neonikotinoideja tai ruiskutettiin neonikotinoidilla (tiaklopridi) kirppoja vastaan ja/tai käytettiin neonikotinoidilla peitattua (tiametoksaami) siementä rapsikuoriaisia vastaan. Kasvien kasvua ja kasvutiheyttä seurattiin, ja pelloilla vierailevien mehiläisten ja muiden pölyttäjäryhmien esiintyminen laskettiin kasvukauden aikana. Kunkin pellon laidalla pidettiin viittä mehiläispesää. Mehiläispesien kuntoa seurattiin ja mehiläisten ja niiden jälkeläisten lukumäärä laskettiin vähintään neljällä eri tarkastuskäynnillä kesän aikana. Vahvuuslaskentoja tehtiin myös syksyjen 2013 ja 2014 aikana sekä keväällä 2014 ja 2015. Tällöin saatiin tarkempaa tietoa molempien hoitovuosien talvehtimisesta. Mehiläisiin ja mehiläispesän tuotteisiin kerääntyviä neonikotinoidien jäämiä analysoitiin kaikista kenttäkokeen pesistä. Kenttäkokeen lisäksi molempina kesinä 2013–2014 kerättiin näytteitä mehiläispesistä otantana viideltä eri alueelta Suomessa (epidemiologinen pilottihanke, otantatutkimus). Vuonna 2013 otantatutkimuksen näytteet valittiin siten, että puolet pesistä sijaitsi lähellä rypsinviljelyä ja puolet kaukana. Kasvien kasvu ja kukintojen tiheys oli normaalia kolmella koepellolla vuonna 2013. Yhdellä pellolla kasvu ei ollut niin hyvää johtuen todennäköisesti väärästä kylvösyvyydestä. Vuonna 2014 peittaamattomalla rypsin siemenellä kylvetyt kentät jouduttiin kirppojen vioitusten takia kylvämään uudestaan, jonka seurauksena niiden kukinta oli vasta heinä-elokuun vaihteessa. Pölyttäjälaskennat osoittivat, että pääsääntöisesti mehiläisten lukumäärä pellolla oli korkea, kun kasvin kasvu oli hyvä ja kukintoja runsaasti ja toisaalta taas mehiläisten lukumäärä alhainen kun kasvin kasvu heikkoa. Tällöin esimerkiksi ympäristössä olevat luonnonkasvit houkuttelivat mehiläisiä merkittävästi puoleensa. Koekentillä, jotka käsiteltiin neonikotinoidi-ruiskutuksella, ei mehiläisiä juuri havaittu heti ruiskutuksen jälkeen. Muutama päivä käsittelystä mehiläisten lukumäärä pellolla oli kuitenkin palautunut ruiskutusta edeltäneeseen tilaan. Ensimmäisen ja toisen kauden tulosten perusteella havaittiin, että neonikotinoideilla kukkivaan kasvuston tehdyt ruiskutukset saattoivat alentaa hieman koepesien aikuisten mehiläisten määrää. Mehiläispesät kuitenkin toipuivat menetyksistä kahden viikon kuluessa. Myös talvenaikainen ruoankulutus sekä talvehtimisindeksi (mehiläisten lukumäärän suhde syksyllä ja keväällä) asettuvat tyypillisiin arvoihin, joita mehiläisyhdyskunnille on mitattu Lounais-Suomessa, eivätkä eri koekenttien mehiläispesät poikenneet toisistaan tässä suhteessa. Talven 2013–2014 aikana kaksi pesää menetti kuningattaren. Toinen pesä oli koekentällä, jota ei käsitelty neonikotinoideilla ja toinen kentällä, jossa neonikotinoideja oli käytetty siementen peittaukseen. Hoitokaudella 2014 yksi pesistä tukehtui, kun kuhnurit tukkivat siitepölykeräimen. Toinen pesistä menetettiin koekentällä 3, kun muiden pesien mehiläiset ryöstivät sen tyhjäksi sadonkorjuun jälkeen. Talvella 2014–2015 yksi pesä menetti emonsa ja yhden pesän emo alkoi munia kuhnureita aikaisin keväällä 2015. Talvehtimistappiot eivät eroa koko Suomen keskiarvosta (7% 2014 ja 10% 2015). Jäämätutkimusten perusteella neonikotinoidien jäämiä siirtyy siitepölyn ja meden mukana mehiläispesiin. Peittausaineiden jäämät (tiametoksaamin, klotianidiinin) ovat erittäin yleisiä mehiläispesissä ympäri Suomen. Mitatut jäämäpitoisuudet etenkin medessä johtavat arvioon altistumistasosta, joka on lähellä kirjallisuudessa esitettyjä kroonisia ja akuutteja subletaaleja riskirajoja. Jäämätulosten perusteella ei voida siis täysin pois sulkea tämäntyyppistä riskiä.201

Cultivating resilience by empirically revealing response diversity

201