Comparative lifecycle assessment on organic and conventional carrots – case: Carrots from South-Savo and imported carrots from Italy

Organic farming is perceived to be an environmental friendly method of food production, thus assumed to be an alternative means of minimizing food-based environmental footprints. However, lower yield and unproductive years in organic crop rotation raise questions of whether it is really an environmentally friendly farming practice. Thus, the aim of this thesis was to examine the carbon footprint and energy demands of organic carrots cultivated and sold in South-Savo, Finland and compare them with those of local and imported conventional carrots using lifecycle assessment (LCA) as a method. From the investigation, it was found that organic carrots produced in South-Savo have the lowest GHG emissions and energy demand. The GHG emissions of local organic, local conventional and imported conventional carrots were found to be 4g CO2 eq. kgcarrots-1, 142g CO2 eq. kgcarrots-1 and 280 g CO2 eq. kgcarrots-1, respectively. On the other hand, energy demand for those carrots was found to be 1,33 MJ, 1,88 MJ and 3,68 MJ kgcarrots-1. Furthermore, it was also found that local organic carrots would have approximately similar GHG emissions as conventional counterpart if soil carbon stock change was excluded from the study.

Évaluation du potentiel de séquestration de carbone dans le sol de cultures intensives sur courtes rotations de saules dans le sud du Québec

Dans la dernière décennie, plusieurs hectares de terre agricole ont été convertis à la culture intensive sur courtes rotations (CICR) de saules dans le sud du Québec (Canada). Peu d’études ont été réalisées afin de déterminer comment se comporte la dynamique du carbone organique (Corg) dans le sol suivant cette conversion. Nous avons donc comparé la quantité du Corg et de deux pools labiles de carbone (carbone extractible à l’eau chaude et les sucres aminés) entre des CICR en phase initiale d’établissement (1-2 ans) et des parcelles appariées représentant le système de culture qui prévalait avant la transformation en culture de saules (culture fourragère) et d’autres cultures d’intérêt. La même chose a été faite pour une CICR en exploitation (depuis 9 ans) à un autre site. La quantité de Corg du sol n’était pas différente entre les CICR et les parcelles sous culture fourragère. Une plus haute concentration de sucres aminés dans le Corg total des CICR en établissement, par rapport aux autres parcelles sur le même site, permet de soupçonner que les perturbations liées à l’établissement ne mènent pas à une minéralisation accrue du Corg à court terme. La proportion de sucres aminés fongiques, qui diminue théoriquement lors de perturbations, était aussi plus élevée sous la plus jeune culture. Sous la CICR de neuf ans, le Corg était redistribué dans le profil vertical et les pools labiles étaient de plus petite taille (à une profondeur de 20-40 cm) comparativement à une parcelle témoin. La conversion d’une culture fourragère en plantation de saules en CICR n’a pas mené à la formation d’un puits de carbone. L’étude laisse entrevoir qu’un tel puits pourrait être créé si la conversion se faisait à partir d’un aménagement impliquant la culture en rotation de plantes annuelles et des labours.

Développement d'un indice de vulnérabilité à l'érosion éolienne à partir d'images satellitales, dans le Bassin arachidier du Sénégal : cas de la région de Thiès.

L’érosion éolienne est un problème environnemental parmi les plus sévères dans les régions arides, semi-arides et les régions sèches sub-humides de la planète. L’érosion des sols accélérée par le vent provoque des dommages à la fois localement et régionalement. Sur le plan local, elle cause la baisse des nutriments par la mobilisation des particules les plus fines et de la matière organique. Cette mobilisation est une des causes de perte de fertilité des sols avec comme conséquence, une chute de la productivité agricole et une réduction de la profondeur de la partie arable. Sur le plan régional, les tempêtes de poussières soulevées par le vent ont un impact non négligeable sur la santé des populations, et la déposition des particules affecte les équipements hydrauliques tels que les canaux à ciel ouvert ainsi que les infrastructures notamment de transport. Dans les régions où les sols sont fréquemment soumis à l’érosion éolienne, les besoins pour des études qui visent à caractériser spatialement les sols selon leur degré de vulnérabilité sont grands. On n’a qu’à penser aux autorités administratives qui doivent décider des mesures à prendre pour préserver et conserver les potentialités agropédologiques des sols, souvent avec des ressources financières modestes mises à leur disposition. Or, dans certaines de ces régions, comme notre territoire d’étude, la région de Thiès au Sénégal, ces études font défaut. En effet, les quelques études effectuées dans cette région ou dans des contextes géographiques similaires ont un caractère plutôt local et les approches suivies (modèles de pertes des sols) nécessitent un nombre substantiel de données pour saisir la variabilité spatiale de la dynamique des facteurs qui interviennent dans le processus de l’érosion éolienne. La disponibilité de ces données est particulièrement problématique dans les pays en voie de développement, à cause de la pauvreté en infrastructures et des problèmes de ressources pour le monitoring continu des variables environnementales. L’approche mise de l’avant dans cette recherche vise à combler cette lacune en recourant principalement à l’imagerie satellitale, et plus particulièrement celle provenant des satellites Landsat-5 et Landsat-7. Les images Landsat couvrent la presque totalité de la zone optique du spectre exploitable par télédétection (visible, proche infrarouge, infrarouge moyen et thermique) à des résolutions relativement fines (quelques dizaines de mètres). Elles permettant ainsi d’étudier la distribution spatiale des niveaux de vulnérabilité des sols avec un niveau de détails beaucoup plus fin que celui obtenu avec des images souvent utilisées dans des études environnementales telles que AVHRR de la série de satellites NOAA (résolution kilométrique). De plus, l’archive complet des images Landsat-5 et Landsat-7 couvrant une période de plus de 20 ans est aujourd’hui facilement accessible. Parmi les paramètres utilisés dans les modèles d’érosion éolienne, nous avons identifiés ceux qui sont estimables par l’imagerie satellitale soit directement (exemple, fraction du couvert végétal) soit indirectement (exemple, caractérisation des sols par leur niveau d’érodabilité). En exploitant aussi le peu de données disponibles dans la région (données climatiques, carte morphopédologique) nous avons élaboré une base de données décrivant l’état des lieux dans la période de 1988 à 2002 et ce, selon les deux saisons caractéristiques de la région : la saison des pluies et la saison sèche. Ces données par date d’acquisition des images Landsat utilisées ont été considérées comme des intrants (critères) dans un modèle empirique que nous avons élaboré en modulant l’impact de chacun des critères (poids et scores). À l’aide de ce modèle, nous avons créé des cartes montrant les degrés de vulnérabilité dans la région à l’étude, et ce par date d’acquisition des images Landsat. Suite à une série de tests pour valider la cohérence interne du modèle, nous avons analysé nos cartes afin de conclure sur la dynamique du processus pendant la période d’étude. Nos principales conclusions sont les suivantes : 1) le modèle élaboré montre une bonne cohérence interne et est sensible aux variations spatiotemporelles des facteurs pris en considération 2); tel qu’attendu, parmi les facteurs utilisés pour expliquer la vulnérabilité des sols, la végétation vivante et l’érodabilité sont les plus importants ; 3) ces deux facteurs présentent une variation importante intra et inter-saisonnière de sorte qu’il est difficile de dégager des tendances à long terme bien que certaines parties du territoire (Nord et Est) aient des indices de vulnérabilité forts, peu importe la saison ; 4) l’analyse diachronique des cartes des indices de vulnérabilité confirme le caractère saisonnier des niveaux de vulnérabilité dans la mesure où les superficies occupées par les faibles niveaux de vulnérabilité augmentent en saison des pluies, donc lorsque l’humidité surfacique et la végétation active notamment sont importantes, et décroissent en saison sèche ; 5) la susceptibilité, c’est-à-dire l’impact du vent sur la vulnérabilité est d’autant plus forte que la vitesse du vent est élevée et que la vulnérabilité est forte. Sur les zones où la vulnérabilité est faible, les vitesses de vent élevées ont moins d’impact. Dans notre étude, nous avons aussi inclus une analyse comparative entre les facteurs extraits des images Landsat et celles des images hyperspectrales du satellite expérimental HYPERION. Bien que la résolution spatiale de ces images soit similaire à celle de Landsat, les résultats obtenus à partir des images HYPERION révèlent un niveau de détail supérieur grâce à la résolution spectrale de ce capteur permettant de mieux choisir les bandes spectrales qui réagissent le plus avec le facteur étudié. Cette étude comparative démontre que dans un futur rapproché, l’amélioration de l’accessibilité à ce type d’images permettra de raffiner davantage le calcul de l’indice de vulnérabilité par notre modèle. En attendant cette possibilité, on peut de contenter de l’imagerie Landsat qui offre un support d’informations permettant tout de même d’évaluer le niveau de fragilisation des sols par l’action du vent et par la dynamique des caractéristiques des facteurs telles que la couverture végétale aussi bien vivante que sénescente.

Evaluating the century C model using long-term fertilizer trials in the Indo-Gangetic Plains, India

The GEFSOC Project developed a system for estimating soil carbon (C) stocks and changes at the national and sub-national scale. As part of the development of the system, the Century ecosystem model was evaluated for its ability to simulate soil organic C (SOC) changes in environmental conditions in the Indo-Gangetic Plains, India (IGP). Two long-term fertilizer trials (LTFT), with all necessary parameters needed to run Century, were used for this purpose: a jute (Corchorus capsularis L.), rice (Oryza sativa L.) and wheat (Triticum aestivum L.) trial at Barrackpore, West Bengal, and a rice-wheat trial at Ludhiana, Punjab. The trials represent two contrasting climates of the IGP, viz. semi-arid, dry with mean annual rainfall (MAR) of < 800 mm and humid with > 1600 turn. Both trials involved several different treatments with different organic and inorganic fertilizer inputs. In general, the model tended to overestimate treatment effects by approximately 15%. At the semi-arid site, modelled data simulated actual data reasonably well for all treatments, with the control and chemical N + farm yard manure showing the best agreement (RMSE = 7). At the humid site, Century performed less well. This could have been due to a range of factors including site history. During the study, Century was calibrated to simulate crop yields for the two sites considered using data from across the Indian IGP. However, further adjustments may improve model performance at these sites and others in the IGP. The availability of more longterm experimental data sets (especially those involving flooded lowland rice and triple cropping systems from the IGP) for testing and validation is critical to the application of the model's predictive capabilities for this area of the Indian sub-continent. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Earthworms produce granules of intricately zoned calcite

Earthworms of the family Lumbricidae, which includes many common species, produce and secrete up to millimeter-sized calcite granules, and the intricate fine-scale zoning of their constituent crystals is unique for a biomineral. Granule calcite is produced by crystallization of amorphous calcium carbonate (ACC) that initially precipitates within the earthworm calciferous glands, then forms protogranules by accretion on quartz grain cores. Crystallization of ACC is mediated by migrating fluid films and is largely complete within 24 11 of ACC production and before granules leave the earthworm. Variations in the density of defects formed as a byproduct of trace element incorporation during calcite crystall growth have generated zoning that can be resolved by cathodoluminescence imaging at ultraviolet to blue wavelengths and using the novel technique of scanning electron microscope charge contrast imaging. Mapping of calcite crystal orientations by electron backscatter diffraction reveals an approximate radial fabric to the granules that reflects crystal growth from internal nucleation sites toward their margins. The survival within granules of ACC inclusions for months after they enter soils indicates that they crystallize only within the earthworm and in the presence of fluids containing biochemical catalysts. The earthworm probably promotes crystallization of ACC in order to prevent remobilization of the calcium carbonate by dissolution. Calcite granules vividly illustrate the role of transient precursors in biomineralization, but the underlying question of why earth-worms produce granules in volumes sufficient to have a measurable impact on soil carbon cycling remains to be answered.

Assessment of projected changes in upland environments using simple climatic indices

Climate controls upland habitats, soils and their associated ecosystem services; therefore, understanding possible changes in upland climatic conditions can provide a rapid assessment of climatic vulnerability over the next century. We used 3 different climatic indices that were optimised to fit the upland area classified by the EU as a Severely Disadvantaged Area (SDA) 1961–1990. Upland areas within the SDA covered all altitudinal ranges, whereas the maximum altitude of lowland areas outside of the SDA was ca. 300 m. In general, the climatic index based on the ratio between annual accumulated temperature (as a measure of growing season length) and annual precipitation predicted 96% of the SDA mapped area, which was slightly better than those indices based on annual or seasonal water deficit. Overall, all climatic indices showed that upland environments were exposed to some degree of change by 2071–2100 under UKCIP02 climate projections for high and low emissions scenarios. The projected area declined by 13 to 51% across 3 indices for the low emissions scenario and by 24 to 84% for the high emissions scenario. Mean altitude of the upland area increased by +11 to +86 m for the low scenario and +21 to +178 m for the high scenario. Low altitude areas in eastern and southern Great Britain were most vulnerable to change. These projected climatic changes are likely to affect upland habitat composition, long-term soil carbon storage and wider ecosystem service provision, although it is not yet possible to determine the rate at which this might occur.

Human versus animal: contrasting decomposition dynamics of mammalian analogues in experimental taphonomy

Taphonomic studies regularly employ animal analogues for human decomposition due to ethical restrictions relating to the use of human tissue. However, the validity of using animal analogues in soil decomposition studies is still questioned. This study compared the decomposition of skeletal muscle tissues (SMTs) from human (Homo sapiens), pork (Sus scrofa), beef (Bos taurus), and lamb (Ovis aries) interred in soil microcosms. Fixed interval samples were collected from the SMT for microbial activity and mass tissue loss determination; samples were also taken from the underlying soil for pH, electrical conductivity, and nutrient (potassium, phosphate, ammonium, and nitrate) analysis. The overall patterns of nutrient fluxes and chemical changes in nonhuman SMT and the underlying soil followed that of human SMT. Ovine tissue was the most similar to human tissue in many of the measured parameters. Although no single analogue was a precise predictor of human decomposition in soil, all models offered close approximations in decomposition dynamics.

Análise dinâmica de solos submetidos à ação simultânea das três componentes da excitação na base rochosa

Durante a análise sísmica de estruturas complexas, o modelo matemático empregado deveria incluir não só as distribuicões irregulares de massas e de rigidezes senão também à natureza tridimensional da ecitação sísmica. Na prática, o elevado número de graus de liberdade involucrado limita este tipo de análise à disponibilidade de grandes computadoras. Este trabalho apresenta um procedimento simplificado, para avaliar a amplificação do movimento sísmico em camadas de solos. Sua aplicação permitiria estabelecer critérios a partir dos quais avalia-se a necessidade de utilizar modelos de interação solo-estrutura mais complexos que os utilizados habitualmente. O procedimento proposto possui as seguientes características : A- Movimento rígido da rocha definido em termos de três componentes ortagonais. Direção de propagação vertical. B- A ecuação constitutiva do solo inclui as características de não linearidade, plasticidade, dependência da história da carga, dissipação de energia e variação de volume. C- O perfil de solos é dicretizado mediante um sistema de massas concentradas. Utiliza-se uma formulação incremental das equações de movimento com integração directa no domínio do tempo. As propriedades pseudo-elásticas do solo são avaliadas em cada intervalo de integração, em função do estado de tensões resultante da acção simultânea das três componentes da excitação. O correcto funcionamento do procedimento proposto é verificado mediante análises unidimensionais (excitação horizontal) incluindo estudos comparativos com as soluções apresentadas por diversos autores. Similarmente apresentam-se análises tridimensionais (acção simultânea das três componentes da excitação considerando registros sísmicos reais. Analisa-se a influência que possui a dimensão da análise (uma análise tridimensional frente a três análises unidimensionais) na resposta de camadas de solos submetidos a diferentes níveis de exçitação; isto é, a limitação do Princípio de Superposisão de Efeitos.

Plastificação de um solo cimentado curado sob tensão

A fim de avaliar a contribuição das ligações cimentantes no comportamento tensão-deformação dos solos cimentados, bem como quantificar a variação das tensões de início de plastificação e incremento de tensão de plastificação em função do índice de vazios de cura, foram realizados dezoito ensaios de compressão isotrópica em amostras artificialmente cimentadas curadas com diferentes tensões confinantes, índices de vazios e teores de cimento. As amostras foram inicialmente adensadas a várias tensões confinantes ao longo da linha de compressão normal do solo sem cimentação, simulando a formação de elementos de solos em diferentes profundidades de um depósito sedimentar cimentado. Após o adensamento, as amostras eram curadas para posterior aplicação de incrementos de tensão isotrópica. Complementarmente, dezenove ensaios triaxiais drenados foram realizados em amostras artificialmente cimentadas curadas sob diferentes tensões confinantes e índices de vazios de forma a analisar as modificações dos parâmetros de resistência, deformabilidade e plastificação em função do índice de vazios e tensão de cura. Por final, um novo modelo matemático foi proposto para simular os ensaios isotrópicos das amostras curadas com diferentes índices de vazios e teores de cura, descrevendo o comportamento teórico dos elementos de solo situados nas diferentes profundidades do depósito fictício de solo cimentado. A capacidade do modelo de simular os resultados dos ensaios isotrópicos para uma gama ampla de índice de vazios de cura e teores de cimento também foi apresentada. Comentários acerca das respostas obtidas com simulações de amostras curadas a altos e baixos índices de vazios, e solicitadas a elevadas tensões isotrópicas, também são apresentadas juntamente com uma análise dos três parâmetros adicionais requeridos pelo modelo em relação ao modelo Cam Clay: um parâmetro de medida de nível de cimentação, um parâmetro definidor do tipo de comportamento da estrutura cimentante (rígido, rígido-plástico, linear, etc.), e um parâmetro que relaciona a magnitude das tensões da estrutura cimentante com o nível de cimentação da amostra.

Rotina computacional e equação simplificada para modelar o transporte de sedimentos num Latossolo Vermelho Distrófico

Os objetivos do presente trabalho foram desenvolver rotina computacional para a solução da equação de Yalin e do diagrama de Shields e avaliar uma equação simplificada para modelar a capacidade de transporte de sedimento num Latossolo Vermelho Distrófico que possa ser utilizada no Water Erosion Prediction Project - WEPP, assim como em outros modelos de predição da erosão do solo. A capacidade de transporte de sedimento para o fluxo superficial foi representada como função-potência da tensão cisalhante, a qual revelou ser aproximação da equação de Yalin. Essa equação simplificada pôde ser aplicada em resultados experimentais oriundos de topografia complexa. A equação simplificada demonstrou acuracidade em relação à equação de Yalin, quando calibrada utilizando-se da tensão média cisalhante. Testes de validação com dados independentes demonstraram que a equação simplificada foi eficiente para estimar a capacidade de transporte de sedimento.

Avaliação da compressibilidade de um Nitossolo Vermelho distroférrico sob sistema plantio direto, preparo convencional e mata nativa

Os efeitos do tráfego de máquinas nos atributos do solo de acordo com o tempo de adoção do sistema plantio direto são ainda pouco pesquisados em ambientes tropicais, e muitas dúvidas ainda persistem sobre a variação dinâmica da estrutura do solo e a sua interação com máquinas e equipamentos. Objetivou-se com este estudo avaliar o efeito do tempo de adoção do sistema plantio direto, comparativamente com área de mata nativa e de preparo convencional, usando os modelos de compressibilidade do solo. O estudo foi realizado em um Nitossolo Vermelho distroférrico, sob mata nativa (MN), preparo convencional (PC), plantio direto com um ano (PD1), plantio direto com quatro anos (PD4), plantio direto com cinco anos (PD5) e plantio direto com 12 anos (PD12). Amostras indeformadas e deformadas foram coletadas em duas profundidades (0-5 e 10-15 cm). O tempo de adoção do sistema plantio direto alterou o comportamento compressivo dos solos em ambas as profundidades, por meio das mudanças na pressão de preconsolidação. A profundidade de 0-5 cm apresentou menor capacidade de suporte de carga do que a profundidade de 10-15 cm. A profundidade de 0-5 cm, em todos os sistemas de manejo, mostrou-se mais susceptível à compactação em relação à profundidade de 10-15 cm. Os sistemas de plantio direto e convencional apresentaram a capacidade de suporte de carga crescente na seguinte ordem: PD5 < PD12 < PD1 < PD4 @ PC, para a profundidade de 0-5 cm e para a profundidade de 10-15 cm: MN @ PD12 < PC @ PD4 < PD5, enquanto o sistema PD1 apresentou comportamento diferenciado.

Fontes e doses de adubação nitrogenada na atividade microbiana e fertilidade do solo cultivado com Brachiaria brizantha

As pastagens geralmente perdem seu potencial produtivo e vigor de rebrota nos primeiros anos, frequentemente associada à falta de adubação nitrogenada. O objetivo deste foi verificar o efeito de fontes e doses de adubação nitrogenada na atividade microbiana (carbono da biomassa microbiana e carbono do CO2 liberado) e na fertilidade do solo cultivado com Brachiaria brizantha cv. Xaraés. O delineamento experimental foi em blocos casualizados, em arranjo fatorial 3 x 4, envolvendo três fontes de nitrogênio (uréia, sulfato de amônio e Ajifer-L40) e quatro doses de nitrogênio (0, 100, 200 e 400 kg ha-1), nas profundidades 0 - 0,10 e 0,10 - 0,20 m, com três repetições. O aumento nas doses de nitrogênio, na camada 0,0 a 0,10 m de profundidade, reduziu os valores de pH, MO, K+, Ca2+, Mg2+, SB e V%. O Ajifer e a uréia elevaram os valores de Ca2+ na camada 0,10 - 0,20 m, e as doses de 100 e 200 kg ha-1 aumentaram os valores de Mg2+ e SB. em doses elevadas o sulfato de amônio acidificou o solo. A perda de carbono pela elevada atividade microbiana pode estar relacionado ao estresse metabólico devido à acidificação do solo. A aplicação de 100 kg ha-1 de nitrogênio acarretou as menores perdas de carbono pela atividade microbiana.

Influência do preparo inicial sobre a estrutura do solo quando da adoção do sistema plantio direto, avaliada por meio da pressão de preconsolidação

Os efeitos do tráfego e do tipo de preparo sobre a estrutura dos solos agrícolas, quando da adoção do sistema plantio direto na região dos Cerrados, têm sido pouco pesquisados. Os estudos desenvolvidos são apenas qualitativos e utilizam-se, geralmente, de propriedades, tais como: a densidade do solo e a resistência do solo à penetração, as quais não possibilitam predizer quanto de pressão o solo pode receber de forma que, em manejos futuros, a compactação possa ser evitada. Este trabalho teve como objetivo avaliar a influência do preparo inicial do solo quando da adoção do sistema plantio direto sobre a estrutura de um Latossolo Vermelho distrófico por meio da pressão de preconsolidação (sigmap). Os valores de sigmap foram obtidos a partir da elaboração de modelos de compressibilidade, os quais consideraram a influência dos seguintes fatores: (1) preparo inicial do solo: arado de aivecas (AA), arado de discos (AD), grade aradora (GA) e vibrosubsolador (VS); (2) manejo: sistema plantio convencional (PC), o qual foi utilizado como testemunha para avaliar a influência dos preparos e (3) profundidade: superficial (SP - 0,00 a 0,05 m) e profundidade média de trabalho dos implementos (PMT- 0,24 a 0,27 m). Os resultados evidenciaram que a sigmap mostrou-se eficiente na avaliação da influência do preparo inicial sobre a estrutura do solo quando da instalação do sistema plantio direto no Latossolo Vermelho distrófico, tendo o seu valor variado entre preparos e profundidades estudados. A sigmap evidenciou maior resistência mecânica e, portanto, maior consolidação da estrutura do solo na profundidade SP dos tratamentos da área sob plantio direto. Verificou-se, também, que os preparos iniciais avaliados reduziram a resistência mecânica do solo na profundidade PMT, quando comparados à do sistema plantio convencional. Todavia, são o vibrosubsolador e o arado de discos os implementos recomendados para alívio dessa resistência, isto é, para a melhoria da estrutura do solo nas profundidades SP e PMT, respectivamente, quando da adoção do sistema plantio direto.

Estoques e frações de carbono orgânico em Latossolo Amarelo submetido a diferentes sistemas de manejo

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Greenhouse gas balance due to the conversion of sugarcane areas from burned to green harvest in Brazil

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)