Relative contributions of light interception and radiation use efficiency to the reduction of maize productivity under cold temperatures

Maize (Zea mays L.) is a chill-susceptible crop cultivated in northern latitude environments. The detrimental effects of cold on growth and photosynthetic activity have long been established. However, a general overview of how important these processes are with respect to the reduction of productivity reported in the field is still lacking. In this study, a model-assisted approach was used to dissect variations in productivity under suboptimal temperatures and quantify the relative contributions of light interception (PARc) and radiation use efficiency (RUE) from emergence to flowering. A combination of architectural and light transfer models was used to calculate light interception in three field experiments with two cold-tolerant lines and at two sowing dates. Model assessment confirmed that the approach was suitable to infer light interception. Biomass production was strongly affected by early sowings. RUE was identified as the main cause of biomass reduction during cold events. Furthermore, PARc explained most of the variability observed at flowering, its relative contributions being more or less important according to the climate experienced. Cold temperatures resulted in lower PARc, mainly because final leaf length and width were significantly reduced for all leaves emerging after the first cold occurrence. These results confirm that virtual plants can be useful as fine phenotyping tools. A scheme of action of cold on leaf expansion, light interception and radiation use efficiency is discussed with a view towards helping breeders define relevant selection criteria. This paper originates from a presentation at the 5th International Workshop on Functional–Structural Plant Models, Napier, New Zealand, November 2007.

Resultados da avaliação dos recursos de carapau e cavala nos bancos de Sofala e Boa Paz no período 1986-1989

Catch evolution, fish yield and specific composition of commercial catches as well as biomass reduction of the main species exploited were analysed and the stock assessments of horse and chub mackerels in the Sofala and Boa-Paz Banks were examined for the period 1986 to the first half of 1989.

Ecotoxicidade aguda, crônica e genotoxicidade de solo contaminado por óleo lubrificante usado e biorremediado para Eisenia andrei.

O objetivo do presente deste trabalho foi avaliar a toxicidade aguda, crônica e a genotoxicidade sobre E. andrei causadas por solo recém-contaminado com óleo lubrificante usado e após biorremediação por diferentes estratégias, após 22 meses, e paralelamente ao estudo de ecotoxicidade, foi conduzida uma investigação comparativa de três métodos de extração de HTP e HPA de solos para análise cromatográfica. A comparação das técnicas de extração evidenciou que para HTP, a técnica de extração acelerada por solvente-ASE foi a que melhor recuperou n-alcanos; já para as frações HRP e MCNR as técnicas soxhlet e micro-ondas-MARS não apresentaram diferenças significativas e foram melhores que ASE. Para HPA, a técnica de extração por soxhlet foi a que apresentou melhor recuperação em todos os solos. O teste de mortalidade apresentou, aos 14 dias, taxas crescentes de mortalidade de 10 6%, 20 0%, 73 25%, 93 12% e 100 0% para amostras de CONT (solo controle, sem contaminação artificial), BIOS (solo contaminado com 5% de OLU e biorremediado por bioestimulo), BIOA1 (solo contaminado com 5% de OLU e biorremediado por bioestimulo + bioaumento com adição de 10% de RSU maturado), e BIOA2 (solo contaminado com 5% de OLU e biorremediado por bioestimulo + bioaumento com adição de 10% de RSU semi-maturado) e OLU (solo contaminado com 5% de OLU), respectivamente. Aos 28 dias, entretanto, BIOS e OLU apresentaram taxas de mortalidade de 97 % 6 % e de 100 % 0 % respectivamente, valores estes significativamente superiores ao CONT. Foram observadas deformações anatômicas nos indivíduos mantidos em BIOS e OLU, assim como diminuição da biomassa em todas as amostras, evidenciando efeitos crônicos. O teste de reprodução, aos 28 dias, foram observadas grandes quantidades de indivíduos jovens nos solos biorremediados e recém-contaminado. No entanto, aos 56 dias houve uma diminuição dessas formas e o controle (CONT) exibiu uma quantidade maior de formas juvenis. O teste de densidade e viabilidade celular mostrou ser indicador sensível para toxicidade crônica apresentando queda nos solos BIOS e OLU em relação ao CONT com diferenças significativas (p <0.05). Não foram observados micronúcleos nos solos em estudo. Tal observação reforça a necessidade de testes de ecotoxicidade para avaliar a real eficácia de tecnologias de tratamento.

Ecotoxicidade aguda, crônica e genotoxicidade de solo contaminado por óleo lubrificante usado e biorremediado para Eisenia andrei.

O objetivo do presente deste trabalho foi avaliar a toxicidade aguda, crônica e a genotoxicidade sobre E. andrei causadas por solo recém-contaminado com óleo lubrificante usado e após biorremediação por diferentes estratégias, após 22 meses, e paralelamente ao estudo de ecotoxicidade, foi conduzida uma investigação comparativa de três métodos de extração de HTP e HPA de solos para análise cromatográfica. A comparação das técnicas de extração evidenciou que para HTP, a técnica de extração acelerada por solvente-ASE foi a que melhor recuperou n-alcanos; já para as frações HRP e MCNR as técnicas soxhlet e micro-ondas-MARS não apresentaram diferenças significativas e foram melhores que ASE. Para HPA, a técnica de extração por soxhlet foi a que apresentou melhor recuperação em todos os solos. O teste de mortalidade apresentou, aos 14 dias, taxas crescentes de mortalidade de 10 6%, 20 0%, 73 25%, 93 12% e 100 0% para amostras de CONT (solo controle, sem contaminação artificial), BIOS (solo contaminado com 5% de OLU e biorremediado por bioestimulo), BIOA1 (solo contaminado com 5% de OLU e biorremediado por bioestimulo + bioaumento com adição de 10% de RSU maturado), e BIOA2 (solo contaminado com 5% de OLU e biorremediado por bioestimulo + bioaumento com adição de 10% de RSU semi-maturado) e OLU (solo contaminado com 5% de OLU), respectivamente. Aos 28 dias, entretanto, BIOS e OLU apresentaram taxas de mortalidade de 97 % 6 % e de 100 % 0 % respectivamente, valores estes significativamente superiores ao CONT. Foram observadas deformações anatômicas nos indivíduos mantidos em BIOS e OLU, assim como diminuição da biomassa em todas as amostras, evidenciando efeitos crônicos. O teste de reprodução, aos 28 dias, foram observadas grandes quantidades de indivíduos jovens nos solos biorremediados e recém-contaminado. No entanto, aos 56 dias houve uma diminuição dessas formas e o controle (CONT) exibiu uma quantidade maior de formas juvenis. O teste de densidade e viabilidade celular mostrou ser indicador sensível para toxicidade crônica apresentando queda nos solos BIOS e OLU em relação ao CONT com diferenças significativas (p <0.05). Não foram observados micronúcleos nos solos em estudo. Tal observação reforça a necessidade de testes de ecotoxicidade para avaliar a real eficácia de tecnologias de tratamento.

Distribution spatiale des racines fines, disponibilité de la lumière et rendement dans un système de culture intercalaire avec arbres feuillus en zone tempérée

Les distributions spatiales des racines fines de Quercus rubra L. (CHR), Populus deltoides x nigra (DN3570) (PEH) et d’une culture fourragère (FOUR) ont été étudiées dans un système agroforestier de culture intercalaire (SCI) du sud du Québec (Canada). L’étude ne révèle pas d’enracinement plus profond des arbres en SCI, mais des profils superficiels à l’instar de nombreuses espèces d’arbres en plantations ou en milieu naturel. Une séparation spatiale existe entre les systèmes racinaires du FOUR et des CHR dont la densité relative selon la profondeur est plus faible que celle de la culture de 0 à 10 cm, mais plus élevée de 10 à 30 cm. Les PEH ne présentent pas d’adaptation racinaire et les hautes valeurs de densités de longueur racinaires (FRLD) de surface près du tronc entraînent une diminution de 45 % de la densité racinaire de surface du fourrage, suggérant une forte compétition pour les ressources du sol. L’étude du rendement agricole a d’ailleurs révélé des réductions de biomasse fourragère particulièrement près des PEH. Cependant, les résultats d’une analyse à composantes principales suggèrent un impact secondaire de la compétition racinaire sur le rendement agricole, et une plus grande importance de la compétition pour la lumière. L’impact des PEH à croissance rapide sur la culture est plus grand que celui du CHR. Cependant, ils seront récoltés plus rapidement et l’espace libéré favorisera la croissance de la culture intercalaire. Cet aspect dynamique des SCI les rapproche des écosystèmes naturels et devrait être réfléchi et approfondi pour leur succès futur.

Utilização de chama para controle de plantas daninhas emersas em ambiente aquático

Dois estudos foram conduzidos com o objetivo de avaliar os efeitos da aplicação de chama no controle de Eichhornia crassipes, Brachiaria subquadripara, Pistia stratiotes e Salvinia auriculata. No primeiro estudo foram utilizadas diferentes doses de chama, representadas pela quantidade de gás consumida durante a aplicação, e, no segundo, usaramse duas aplicações de chama em intervalo de 14 dias, uma aplicação seqüencial (intervalo de sete dias) e aplicação única. As diferentes doses, tanto no primeiro quanto no segundo, foram comparadas com plantas que não receberam nenhum tratamento térmico. Avaliações de injúria foram realizadas aos 1, 3, 7, 10, 14, 17, 21 e 30 após a aplicação dos tratamentos, sendo realizadas também avaliações das biomassas secas das plantas aquáticas remanescentes em cada tratamento, ao final dos ensaios. No primeiro estudo foram observadas reduções significativas na produção da biomassa seca das espécies E. crassipes, B. subquadripara e P. stratiotes tratadas com as maiores doses referentes aos consumos de gás. Doses menores não diferiram estatisticamente da testemunha quanto à produção de biomassa seca, exceção feita para a espécie P. stratiotes. Todas as aplicações seqüenciais proporcionaram redução acima de 90% na produção da biomassa seca de E. crassipes e B. subquadripara. As aplicações seqüenciais e únicas proporcionaram reduções abaixo de 37% na produção da biomassa seca de S. auriculata. Os resultados demonstraram que existe a possibilidade de se utilizar o controle físico através da aplicação de chama como alternativa no manejo de plantas daninhas em ambientes aquáticos.

Crescimento de Pistia stratiotes em diferentes condições de temperatura e fotoperíodo

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Comportamento silvicultural e dinâmica de serapilheira em plantios de duas espécies florestais na Amazônia oriental brasileira

O desmatamento na Amazônia brasileira já alterou cerca de 750 milhões de hectares e desse total, 20% encontra-se com algum nível de degradação. A reincorporação ao processo produtivo das áreas alteradas com o reflorestamento de espécies tropicais, de valor comercial, é uma alternativa para minimizar os impactos ambientais, com benefícios ecológicos, aumento da oferta de madeira e diminuição da pressão sobre as florestas naturais remanescentes. No entanto, um dos grandes empecilhos para o reflorestamento é a falta de conhecimentos científicos sobre o crescimento de espécies nativas e exóticas. Diante disto, este trabalho teve como objetivo avaliar a eficiência de diferentes sistemas de plantios com espécies florestais nativa e exótica para recuperação de áreas alteradas. O trabalho foi realizado no município de Dom Eliseu, estado do Pará, em três sistemas de uso da terra: plantio puro (Schizolobium parahyba var. amazonicum e Khaya ivorensis), consórcio de espécies florestais (S. parahyba var. amazonicum e Khaya ivorensis), sistema agroflorestal (S. parahyba var. amazonicum e Musa sp). Aos 40 meses de idade, em plantio homogêneo, Schizolobium parahyba var. amazonicum mostrou maior crescimento silvicultural (altura e diâmetro) no espaçamento 4 m x 3 m e Khaya ivorensis no espaçamento 4 m x 4 m. No entanto, o paricá apresentou melhor desempenho em sistema de consórcio e sistema agroflorestal. O melhor desempenho de K. ivorensis foi no consórcio de espécies. Entre os sistemas de plantio estudados (SAF e misto de espécies), a deposição de biomassa foi maior no sistema de consórcio de espécies com 3.737,5 kg ha^-1, sendo que, a maior contribuição de material vegetal foi do paricá. Foi evidenciada correlação negativa entre a deposição de serapilheira e a precipitação pluviométrica para o paricá, e positiva para K. ivorensis. Os resultados obtidos mostraram que o modelo florestal de consórcio de espécies mostrou-se promissor e pode ser uma alternativa para recuperação de áreas alteradas, de modo a oferecer diferentes opções de madeira e ao mesmo tempo, agregar fatores positivos em relação a produção de biomassa e aspectos físico-químicos do solo.

Phytotoxicity associated to microcystins: a review

Microcystins (MC) are the most studied toxins of cyanobacteria since they are widely distributed and account for several cases of human and animal poisoning, being potent inhibitors of the serine/threonine protein phosphatases 1 (PP1) and 2A (PP2A). The phosphatases PP1 and PP2A are also present in plants, which may also suffer adverse effects due to the inhibition of these enzymes. In aquatic plants, biomass reduction is usually observed after absorption of cyanotoxins, which can bioaccumulate in its tissues. In terrestrial plants, the effects caused by microcystins vary from inhibition to stimulation as the individuals develop from seedling to adult, and include reduction of protein phosphatases 1 and 2A, oxidative stress, decreased photosynthetic activity and even cell apoptosis, as well as bioaccumulation in plant tissues. Thus, the irrigation of crop plants by water contaminated with microcystins is not only an economic problem but becomes a public health issue because of the possibility of food contamination, and this route of exposure requires careful monitoring by the responsible authorities.

A Latex Metabolite Benefits Plant Fitness under Root Herbivore Attack

Plants produce large amounts of secondary metabolites in their shoots and roots and store them in specialized secretory structures. Although secondary metabolites and their secretory structures are commonly assumed to have a defensive function, evidence that they benefit plant fitness under herbivore attack is scarce, especially below ground. Here, we tested whether latex secondary metabolites produced by the common dandelion (Taraxacum officinale agg.) decrease the performance of its major native insect root herbivore, the larvae of the common cockchafer (Melolontha melolontha), and benefit plant vegetative and reproductive fitness under M. melolontha attack. Across 17 T. officinale genotypes screened by gas and liquid chromatography, latex concentrations of the sesquiterpene lactone taraxinic acid β-D-glucopyranosyl ester (TA-G) were negatively associated with M. melolontha larval growth. Adding purified TA-G to artificial diet at ecologically relevant concentrations reduced larval feeding. Silencing the germacrene A synthase ToGAS1, an enzyme that was identified to catalyze the first committed step of TA-G biosynthesis, resulted in a 90% reduction of TA-G levels and a pronounced increase in M. melolontha feeding. Transgenic, TA-G-deficient lines were preferred by M. melolontha and suffered three times more root biomass reduction than control lines. In a common garden experiment involving over 2,000 T. officinale individuals belonging to 17 different genotypes, high TA-G concentrations were associated with the maintenance of high vegetative and reproductive fitness under M. melolontha attack. Taken together, our study demonstrates that a latex secondary metabolite benefits plants under herbivore attack, a result that provides a mechanistic framework for root herbivore driven natural selection and evolution of plant defenses below ground.

Tar reduction in downdraft biomass gasifier using a primary method

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Biomethanation of herbaceous biomass residues using 3-zone plug flow like digesters - A case study from India

Biomethanation of herbaceous biomass feedstock has the potential to provide clean energy source for cooking and other activities in areas where such biomass availability predominates. A biomethanation concept that involves fermentation of biomass residues in three steps, occurring in three zones of the fermentor is described. This approach while attempting take advantage of multistage reactors simplifies the reactor operation and obviates the need for a high degree of process control or complex reactor design. Typical herbaceous biomass decompose with a rapid VFA flux initially (with a tendency to float) followed by a slower decomposition showing balanced process of VFA generation and its utilization by methanogens that colonize biomass slowly. The tendency to float at the initial stages is suppressed by allowing previous days feed to hold it below digester liquid which permits VFA to disperse into the digester liquid without causing process inhibition. This approach has been used to build and operate simple biomass digesters to provide cooking gas in rural areas with weed and agro-residues. With appropriate modifications, the same concept has been used for digesting municipal solid wastes in small towns where large fermentors are not viable. With further modifications this concept has been used for solid-liquid feed fermentors. Methanogen colonized leaf biomass has been used as biofilm support to treat coffee processing wastewater as well as crop litter alternately in a year. During summer it functions as a biomass based biogas plants operating in the three-zone mode while in winter, feeding biomass is suspended and high strength coffee processing wastewater is let into the fermentor achieving over 90% BOD reduction. The early field experience of these fermentors is presented.

More fertile florets and grains per spike can be achieved at higher temperature in wheat lines with high spike biomass and sugar content at booting

An understanding of processes regulating wheat floret and grain number at higher temperatures is required to better exploit genetic variation. In this study we tested the hypothesis that at higher temperatures, a reduction in floret fertility is associated with a decrease in soluble sugars and this response is exacerbated in genotypes low in water soluble carbohydrates (WSC). Four recombinant inbred lines contrasting for stem WSC were grown at 20/10 degrees C and 11 h photoperiod until terminal spikelet, and then continued in a factorial combination of 20/10 degrees C or 28/14 degrees C with 11 h or 16 h photoperiod until anthesis. Across environments, High WSC lines had more grains per spike associated with more florets per spike. The number of fertile florets was associated with spike biomass at booting and, by extension, with glucose amount, both higher in High WSC lines. At booting, High WSC lines had higher fixed C-13 and higher levels of expression of genes involved in photosynthesis and sucrose transport and lower in sucrose degradation compared with Low WSC lines. At higher temperature, the intrinsic rate of floret development rate before booting was slower in High WSC lines. Grain set declined with the intrinsic rate of floret development before booting, with an advantage for High WSC lines at 28/14 degrees C and 16 h. Genotypic and environmental action on floret fertility and grain set was summarised in a model.

Biomass gasification: Environmentally sound technology for decentralized power generation, a case study from India

This study aims at understanding the need for decentralized power generation systems and to explore the potential, feasibility and environmental implications of biomass gasifier-based electricity generation systems for village electrification. Electricity needs of villages are in the range of 5–20 kW depending on the size of the village. Decentralized power generation systems are desirable for low load village situations as the cost of power transmission lines is reduced and transmission and distribution losses are minimised. A biomass gasifier-based electricity generation system is one of the feasible options; the technology is readily available and has already been field tested. To meet the lighting and stationary power needs of 500,000 villages in India the land required is only 16 Mha compared to over 100 Mha of degraded land available for tree planting. In fact all the 95 Mt of woody biomass required for gasification could be obtained through biomass conservation programmes such as biogas and improved cook stoves. Thus dedication of land for energy plantations may not be required. A shift to a biomass gasifier-based power generation system leads to local benefits such as village self reliance, local employment and skill generation and promotion of in situ plant diversity plus global benefits like no net CO2 emission (as sustainable biomass harvests are possible) and a reduction in CO2 emissions (when used to substitute thermal power and diesel in irrigation pump sets).

Universal flame propagation behavior in packed bed of biomass

This article aims at seeking the universal behavior of propagation rate variation with air superficial velocity (V-s) in a packed bed of a range of biomass particles in reverse downdraft mode while also resolving the differing and conflicting explanations in the literature. Toward this, measurements are made of exit gas composition, gas phase and condensed phase surface temperature (T-g and T-s), and reaction zone thickness for a number of biomass with a range of properties. Based on these data, two regimes are identified: gasificationvolatile oxidation accompanied by char reduction reactions up to 16 +/- 1cm/s of V-s and above this, and char oxidationsimultaneous char oxidation and gas phase combustion. In the gasification regime, the measured T-s is less than T-g; a surface heat balance incorporating a diffusion controlled model for flaming combustion gives and matches with the experimental results to within 5%. In the char oxidation regime, T-g and T-s are nearly equal and match with the equilibrium temperature at that equivalence ratio. Drawing from a recent study of the authors, the ash layer over the oxidizing char particle is shown to play a critical role in regulating the radiation heat transfer to fresh biomass in this regime and is shown to be crucial in explaining the observed propagation behavior. A simple model based on radiation-convection balance that tracks the temperature-time evolution of a fresh biomass particle is shown to support the universal behavior of the experimental data on reaction front propagation rate from earlier literature and the present work for biomass with ash content up to 10% and moisture fraction up to 10%. Upstream radiant heat transfer from the ash-laden hot char modulated by the air flow is shown to be the dominant feature of this model.