Assessing the influence of irrigation and fertigation on fruit composition, vine performance and wine quality in a cool, humid climate /

A study was devised to evaluate influences of irrigation and fertigation practices on Vitis vinifera and Vitis labruscana grapes in the Niagara Peninsula. A modified FAO Penman- Monteith evapotranspiration formula was used to calculate water budgets and schedule irrigations. Five deficit irrigation treatments (non-irrigated control; deficits imposed postbloom, lag phase, and veraison; fiiU season irrigation) were employed in a Chardonnay vineyard. Transpiration rate (4-7 /xg H20/cmVs) and soil moisture data demonstrated that the control and early deficit treatments were under water stress throughout the season. The fiiU season irrigation treatment showed an 18% (2001) and 19% (2002) increase in yield over control due to increased berry weight. Soluble solids and wine quality were not compromised, and the fiiU season treatment showed similar or higher °Brix than all other treatments. Berry titratable acidity andpH also fell within acceptable levels for all five treatments. Irrigation/fertigation timing trials were conducted on Concord and Niagara vines in 2001- 02. The six Concord treatments consisted of a non-irrigated control, irrigation fi^om Eichhom and Lorenz (EL) stage 12 to harvest, and four fertigation treatments which applied 70 kg/ha urea. The nine Niagara treatments included a non-irrigated control, two irrigated treatments (ceasing at veraison and harvest, respectively) and six fertigation treatments of various durations. Slight yield increases (ca. 10% in Concord; 29% in Niagara) were accompanied by small decreases in soluble solids (1.5°Brix), and methyl anthranilate concentrations. Transpiration rate and soil moisture (1 1.9-16.3%) data suggested that severe water stress was present in these Toledo clay based vineyards.

The effects of plants(Typha Latifolia)and root-bed medium on the treatment of domestic sewage within a vertical flow constructed wetland /

The effect that plants {Typha latifolia) as well as root-bed medium physical and chemical characteristics have on the treatment of primary treated domestic wastewater within a vertical flow constructed wetland system was investigated. Five sets of cells, with two cells in each set, were used. Each cell was made of concrete and measured 1 .0 m X 1 .0 m and was 1.3 m deep. Four different root-bed media were tested : Queenston Shale, Fonthill Sand, Niagara Shale and a Michigan Sand. Four of the sets contained plants and a single type of root-bed medium. The influence of plants was tested by operating a Queenston Shale set without plants. Due to budget constraints no replicates were constructed. All of the sets were operated independently and identically for twenty-eight months. Twelve months of data are presented here, collected after 16 months of continuous operation. Root-bed medium type did not influence BOD5 removal. All of the sets consistently met Ontario Ministry of Environment (MOE) requirements (<25 mg/L) for BOD5 throughout the year. The 12 month average BOD5 concentration from all sets with plants was below 2.36 mg/L. All of the sets were within MOE discharge requirements (< 25 mg/L) for suspended solids with set effluent concentrations ranging from 1.53 to 14.80 mg/L. The Queenston Shale and Fonthill Sand media removed the most suspended solids while the Niagara Shale set produced suspended solids. The set containing Fonthill Sand was the only series to meet MOE discharge requirements (< Img/L) for total phosphorus year-round with a twelve month mean effluent concentration of 0.23 mg/L. Year-round all of the root-bed media were well below MOE discharge requirements (< 20mg/L in winter and < 10 mg/L in sumnner) for ammonium. The Queenston Shale and Fonthill Sand sets removed the most total nitrogen. Plants had no effect on total nitrogen removal, but did influence how nitrogen was cycled within the system. Plants increased the removal of suspended solids by 14%, BOD5 by 10% and total phosphorus by 22%. Plants also increased the amount of dissolved oxygen that entered the system. During the plant growing season removal of total phosphorus was better in all sets with plants regardless of media type. The sets containing Queenston Shale and Fonthill Sand media achieved the best results and plants in the Queenston Shale set increased treatment efficiency for every parameter except nitrogen. Vertical flow wetland sewage treatment systems can be designed and built to consistently meet MOE discharge requirements year-round for BOD5, suspended solids, total phosphorus and ammonium. This system Is generally superior to the free water systems and sub-surface horizontal flow systems in cold climate situations.

Some ecological factors affecting the input and population level of total and faecal coliforms and salmonella in Twelve Mile Creek, Lake Ontario and sewage waters near St. Catharines, Ontario

Some Ecological Factors Affecting the Input and Population Levels of Total and Faecal Coliforms and Salmonella in Twelve Mile Creek, Lake Ontario and Sewage Waters Near St. Catharines, Ontario. Supervisor: Dr. M. Helder. The present study was undertaken to investigate the role of some ecological factors on sewage-Dorne bacteria in waters near St. Catharines, Ontario. Total and faecal coliform levels and the presence of Salmonella were monitored for a period of a year along with determination of temperature, pH, dissolved oxygen, total dissolved solids, nitrate N, total phosphate P and ammonium N. Bacteriological tests for coliform analysis were done according to APHA Standard Methods by the membrane filtration technique. The grab sampling technique was employed for all sampling. Four sample sites were chosen in the Port Dalhousie beach area to determine what bacteriological or physical relationship the sites had to each other. The sample sites chosen were the sewage inflow to and the effluent from the St. Catharines (Port Dalhousie) Pollution Control Plant, Twelve Mile Creek below the sewage outfall and Lake Ontario at the Lakeside Park beach. The sewage outfall was located in Twelve Mile Creek, approximately 80 meters from the creek junction with the beach and piers on Lake Ontario. Twelve Mile Creek normally carried a large volume of water from the WeIland Canal which was diverted through the DeCew Generating Station located on the Niagara Escarpment. An additional sample site, which was thought to be free of industrial wastes, was chosen at Twenty Mile Creek, also in the Niagara Region of Ontarioo 3 There were marked variations in bacterial numbers at each site and between each site, but trends to lower_numbers were noted from the sewage inflow to Lake Ontario. Better correlations were noted between total and faecal coliform population levels and total phosphate P and ammonium N in Twenty Mile Creek. Other correlations were observed for other sample stations, however, these results also appeared to be random in nature. Salmonella isolations occurred more frequently during the winter and spring months when water temperatures were minimal at all sample stations except the sewage inflow. The frequency of Salmonella isolations appeared to be related to increased levels of total and faecal coli forms in the sewage effluent. However, no clear relationships were established in the other sample stations. Due to the presence of Salmonella and high levels of total and faecal coliform indicator organisms, the sanitary quality of Lake Ontario and Twelve Mile Creek at the sample sites seemed to be impaired over the major portion of the study period.

Impact of different irrigation strategies on grapes and wine quality of four grapevine cultivars (Vitis sp.) in cool climate conditions. An investigation into the relationships among ABA, water status, grape cultivar and wine quality

Niagara Peninsula of Ontario is the largest viticultural area in Canada. Although it is considered to be a cool and wet region, in the last decade many water stress events occurred during the growing seasons with negative effects on grape and wine quality. This study was initiated to understand and develop the best strategies for water management in vineyards and those that might contribute to grape maturity advancement. The irrigation trials investigated the impact of time of initiation (fruit set, lag phase and veraison), water replacement level based on theoretical loss through crop evapotranspiration (ETc; 100,50 and 25%) and different irrigation strategies [partial root zone drying (PRD) versus regulated deficit irrigation (RD!)] on grape composition and wine sensory profiles. The irrigation experiments were conducted in a commercial vineyard (Lambert Vineyards Inc.) located in Niagara-on-the-Lake, Ontario, from 2005 through 2009. The two experiments that tested the combination of different water regimes and irrigation time initiation were set up in a randomized block design as follows: Baco noir - three replicates x 10 treatments [(25%, 50% and 100% of ETc) x (initiation at fruit set, lag phase and veraison) + control]; Chardonnay - three replicates x seven treatments [(25%, 50% and 100% of ETc) x (initiation at fruit set and veraison) + control]. The experiments that tested different irrigation strategies were set up on two cultivars as follows: Sauvignon blanc - four replicates x four treatments [control, fully irrigated (100% ETc), PRD (100% ETc) and RDI (25% ETc)]; Cabemet Sauvignon - four replicates x five treatments [control, fully irrigated (100% ETc), PRD (100% ETc), RDI (50% ETc) and RDI (25% ETc)]. The controls in each experiment were nonirrigated. The irrigation treatments were compared for many variables related to soil water status, vine physiology, berry composition, wine sensory profile, and hormone composition [(abscisic acid (ABA) and its catabolites]. Soil moisture profile was mostly affected by irrigation treatments between 20 and 60 em depth depending on the grapevine cultivar and the regime of water applied. Overall soil moisture was consistently higher throughout the season in 100 and 50% ETc compare to the control. Transpiration rates and leaf temperature as well as shoot growth rate were the most sensitive variables to soil water status. Drip irrigation associated with RDI treatments (50% ETc and 25% ETc) had the most beneficial effects on vine physiology, fruit composition and wine varietal typicity, mainly by maintaining a balance between vegetative and reproductive parts of the vine. Neither the control nor the 100 ETc had overall a positive effect on grape composition and wine sensory typicity. The time of irrigation initiation affected the vine physiology and grape quality, the most positive effect was found in treatments initiated at lag phase and veraison. RDI treatments were overall more consistent in their positive effect on grape composition and wine varietal typicity comparing to PRD treatment. The greatest difference between non-irrigated and irrigated vines in most of the variables studied was found in 2007, the driest and hottest season of the experimental period. Soil water status had a greater and more consistent effect on red grapevine cultivars rather than on white winegrape cultivars. To understand the relationships among soil and plant water status, plant physiology and the hormonal profiles associated with it, abscisic acid (ABA) and its catabolites [phaseic acid (PA), dihydrophaseic acid (DPA), 7-hydroxy-ABA (TOH-ABA), 8' -hydroxy-ABA, neophaseic acid and abscisic acid glucose ester (ABA-GE)] were analyzed in leaves and berries from the Baco noir and Chardonnay irrigation trials over two growing seasons. ABA and some of its catabolites accurately described the water status in the vines. Endogenous ABA and some of its catabolites were strongly affected in Baco noir and Chardonnay by both the water regime (i.e. ET level) and timing of irrigation initiation. Chardonnay grapevines produced less ABA in both leaves and berries compared to Baco noir, which indicated that ABA synthesis is also cultivar dependant. ABA-GE was the main catabolite in treatments with high water deficits, while PA and DPA were higher in treatments with high water status, suggesting that the vine produced more ABA-GE under water deficits to maintain rapid control of the stomata. These differences between irrigation treatments with respect to ABA and catabolites were particularly noticeable in the dry 2007 season. Two trials using exogenous ABA investigated the effect of different concentrations of ABA and organs targeted for spraying, on grape maturation and berry composition of Cabemet Sauvignon grapevines, in two cool and wet seasons (2008-2009). The fIrst experiment consisted of three replicates x three treatments [(150 and 300 mg/L, both applications only on clusters) + untreated control] while the second experiment consisted in three replicates x four treatments [(full canopy, only clusters, and only leaves sprayed with 300 ppm ABA) + untreated control]. Exogenous ABA was effective in hastening veraison, and improving the composition of Cabemet Sauvignon. Ability of ABA to control the timing of grape berry maturation was dependant on both solution concentration and the target organ. ABA affected not only fruit composition but also yield components. Berries treated with ABA had lower weight and higher skin dry mass, which constitutes qualitative aspects desired in the wine grapes. Temporal advancement of ripening through hormonal control can lead to earlier fruit maturation, which is a distinct advantage in cooler areas or areas with a high risk of early frost occurrence. Exogenous ABA could provide considerable benefits to wine industry in terms of grape composition, wine style and schedule activities in the winery, particularly in wet and cool years. These trials provide the ftrst comprehensive data in eastern North America on the response of important hybrid and Vitis vinifera winegrape cultivars to irrigation management. Results from this study additionally might be a forward step in understanding the ABA metabolism, and its relationship with water status. Future research should be focused on ftnding the ABA threshold required to trigger the ripening process, and how this process could be controlled in cool climates.

Reservoirs for irrigation, water-power and domestic water- supply ; with an account of various types of dams and the...

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Irrigation in the United States

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Manuel pratique d'irrigation

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Optimum growth requirements of nitrifying consortia developed from treated sewage

The optimum growth requirements of two nitrifying consortia developed from treated sewage by enrichment technique were determined by a series of experiments. There was total inhibition of nitrification at above 2.75 g r' NH/- Nand 2.5g r' N02' - N and the ammonia oxidizing consortium preferred a pH at 8.5 and the nitrite oxidizing consortium a pH of 7.5 as the optima for nitrification. Optimum temperatures were between 20° and 30°C for both the groups. As the rate of airnow was increased from I to 7 Ilmin, the build-up of N02- -N increased 10-fold and the consumption of N02- -N increased by a factor of 28.8 implying that the ammonia oxidizing consortium in a bioreactor required three times more aeration than that for nitrite oxidizers for ex pressing their full nitrifying potential. These data directly contribute for developing a fermentati on process for the mass production of nitrifiers as well as for designing bio reactors for nitrifying sewage.

Field measurements of the CO2 evolution rate under different crops during an irrigation cycle in a mountain oasis of Oman

For millennia oasis agriculture has been the backbone of rural livelihood in the desertic Sultanate of Oman. However, little is known about the functioning of these oasis systems, in particular with respect to the C turnover. The objective was to determine the effects of crop, i.e. alfalfa, wheat and bare fallow on the CO2 evolution rate during an irrigation cycle in relation to changes in soil water content and soil temperature. The gravimetric soil water content decreased from initially 24% to approximately 16% within 7 days after irrigation. The mean CO2 evolution rates increased significantly in the order fallow (27.4 mg C m^−2 h^−1) < wheat (45.5 mg C m^−2 h^−1) < alfalfa (97.5 mg C m^−2 h^−1). It can be calculated from these data that the CO2 evolution rate of the alfalfa root system was nearly four times higher than the corresponding rate in the wheat root system. The decline in CO2 evolution rate, especially during the first 4 days after irrigation, was significantly related to the decline in the gravimetric water content, with r = 0.70. CO2 evolution rate and soil temperature at 5 cm depth were negatively correlated (r = -0.56,n = 261) due to increasing soil temperature with decreasing gravimetric water content.

Plant genetic diversity, irrigation and nutrient cycling in traditional mountain oases of northern Oman

Little is known about plant biodiversity, irrigation management and nutrient fluxes as criteria to assess the sustainability of traditional irrigation agriculture in eastern Arabia. Therefore interdisciplinary studies were conducted over 4 yrs on flood-irrigated fields dominated by wheat (Triticum spp.), alfalfa (Medicago sativa L.) and date palm (Phoenix dactylifera L.) in two mountain oases of northern Oman. In both oases wheat landraces consisted of varietal mixtures comprising T. aestivum and T. durum of which at least two botanical varieties were new to science. During irrigation cycles of 6-9 days on an alfalfa-planted soil, volumetric water contents ranged from 30-13%. For cropland, partial oasis balances (comprising inputs of manure, mineral fertilizers, N2-fixation and irrigation water, and outputs of harvested products) were similar for both oases, with per hectare annual surpluses of 131 kg N, 37 kg P and 84 kg K at Balad Seet and of 136 kg N, 16 kg P and 66 kg K at Maqta. Respective palm grove surpluses, in contrast were with 303 kg N, 38 kg P, and 173 kg K ha^-1 yr^-1 much higher at Balad Seet than with 84 kg N, 14 kg P and 91 kg K ha^-1 yr^-1 at Maqta. The results show that the sustainability of these irrigated landuse systems depends on a high quality of the irrigation water with low Na but high CaCO3, intensive recycling of manure and an elaborate terrace structure with a well tailored water management system that allows adequate drainage.

Einfluß der Gewässerversauerung auf Hyporheos und Bryorheos: Untersuchungen an zwei Waldbächen im Westharz

Im Rahmen der Fallstudie Harz sollte an der Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und angewandter Forschung ein Beitrag zur Klärung der Frage geleistet werden, inwieweit zwei Zuläufe der Sösetalsperre im Westharz versauert bzw. versauerungsgefährdet sind; aus diesem Stausee wird Trinkwasser für mehrere Gemeinden in Norddeutschland gewonnen. Die Belastung des fast vollständig bewaldeten Einzugsgebiets der Sösetalsperre mit luftbürtigen Schadstoffen (Saurer Regen) zählte zu den höchsten in Mitteleuropa. An jeweils drei Untersuchungsstellen der beiden Bäche Alte Riefensbeek (R1 bis R3) und Große Söse (S1 bis S3) wurden zwischen März 1987 und November 1988 Proben aus Moospolstern und dem hyporheischen Interstitial entnommen und physikalisch, chemisch und biologisch untersucht. Ergänzend wurden Wasserproben zwischen März 1986 und Oktober 1991 sowie vom April 1998 ebenso wie qualitative Fänge von Makroinvertebraten zwischen November 1986 und Juli 1990 sowie vom April 1998 ausgewertet. Die Analyse der tierischen Besiedlung der Moos- und Interstitialproben beschränkte sich auf die taxonomischen Gruppen Turbellaria (Strudelwürmer), Mollusca (Weichtiere), Amphipoda (Flohkrebse), Ephemeroptera (Eintagsfliegen), Plecoptera (Steinfliegen), Heteroptera (Wanzen), Megaloptera (Schlammfliegen), Coleoptera (Käfer), Trichoptera (Köcherfliegen) und Diptera (Zweiflügler). Der Grundsatz, daß normalverteilte und nicht normalverteilte Daten statistisch unterschiedlich behandelt werden müssen, wurde konsequent angewandt. Am Beispiel der Choriotopstruktur wurde gezeigt, daß die Auswahl des Analyseverfahrens das Ergebnis der ökologischen Interpretation multivariater statistischer Auswertung beeinflußt. Die Daten der Korngrößen-Verteilung wurden vergleichend einer univariaten und einer multivariaten statistischen Analyse unterworfen. Mit dem univariaten Verfahren wurden die Gradienten der ökologisch relevanten Korngrößen-Parameter eher erkannt als mit dem multivariaten Verfahren. Die Auswirkungen von Gewässerversauerung sowie anderer Umweltfaktoren (insgesamt 42 Faktoren) auf die Lebensgemeinschaften wurden anhand der Parameter Artenzahl, Besiedlungsdichte, Körpergröße und Biomasse untersucht. Abundanz, Biomasse und Körpergröße sowie die Umweltfaktoren wurden auf einem horizontalen Gradienten, d.h. im Längslauf der Bäche, und auf einem vertikalen Gradienten, d.h. fließende Welle / Bryorheon / Benthon versus Hyporheon, untersucht. Es wurde ein terminologisches System für die Kompartimente in der Fließgewässer-Aue vorgeschlagen, das in sich einheitlich ist. Es wurde ein neuer Moos-Vitalitätsindex für die Moospolster vorgestellt. Es wurden Bestimmungsschlüssel für die Larven der Chloroperlidae (Steinfliegen-Familie) und der Empididae (Tanzfliegen) in den beiden Harzbächen entwickelt. Die untersuchten Bachstrecken waren frei von Abwasserbelastung. An zwei Stellen wurde Wasser für einen Forellenteich ausgeleitet. Abgesehen von zwei meterhohen Abstürzen in der Großen Söse waren wasserbauliche Veränderungen ohne große Bedeutung. Das Abfluß-Regime war insofern nicht mehr natürlich, als beide Bäche in das System der bergbaulichen Bewässerungsgräben des Oberharzes eingebunden sind. Die Söse hatte ein F-nivopluviales Abfluß-Regime, der abflußreichste Doppelmonat war der März / April, die Unregelmäßigkeit des Abfluß-Regimes war sehr hoch, die Vorhersagbarkeit sehr niedrig, die monatlichen Abfluß-Maxima wiesen eine sehr geringe Konstanz auf. Der Zeitraum der biologischen Probenahme wurde von überdurchschnittlich vielen Tagen mit mäßig erhöhten Abflüssen geprägt, sehr große Hochwasser-Wellen fehlten aber. Die Abfluß-Dynamik wurde statistisch beschrieben. Das hydraulische Regime wurde anhand der Meßgrößen Fließgeschwindigkeit, Fließkraft und FROUDE-Zahl dargestellt. Der Zusammenhang zwischen Abfluß und Fließgeschwindigkeit auf der einen Seite und der Korngrößen-Verteilung auf der anderen Seite wurde statistisch untersucht, ebenfalls zwischen dem Abfluß und dem Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel sowie dem Wasserchemismus. In den Phasen ohne Hochwasser hatte das Hyporheal die Funktion einer Senke für Feinstkörner. Das Bachbett der Alten Riefensbeek war stabiler als das der Großen Söse. Insgesamt gesehen war das hyporheische Sediment in den quellnahen Abschnitten grobkörniger und auf den quellfernen Strecken feinkörniger. Der prozentuale Anteil der Feinstkörner im Hyporheal und Benthal nahm aber im Längslauf der Bäche ab. Dies ist ungewöhnlich, konnte aber nicht plausibel mit geologischen und hydrologischen Meßgrößen erklärt werden. Beide Bäche waren sommerkalt. Der Einfluß der Wassertemperatur auf die Larvalentwicklung wurde beispielhaft an den Taxa Baetis spp. und Leuctra gr. inermis untersucht. Es gab eine Tendenz, daß der Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel vom Benthal in das Hyporheal anstieg. Dies war ein weiterer Hinweis darauf, daß das Hyporheal die Funktion einer Senke und Vorratskammer für Nährstoffe hat. Der Zusammenhang zwischen partikulärer und gelöster Kohlenstoff-Fraktion wurde diskutiert. Im Hyporheon war die Nitrifikation nicht stärker als in der fließenden Welle. Es gab Hinweise, daß die sauren pH-Werte in der Großen Söse die Nitrifikation hemmten. Die Valenzen der Moos- und Tier-Taxa bezüglich Fließgeschwindigkeit, pH-Wert, Alkalinität sowie der Gehalte von Sauerstoff, Calcium, Magnesium, Kalium und Natrium wurden zusammengestellt. Das hyporheische Sediment war sehr grob und hatte eine hohe Porosität. Der Austausch zwischen fließender Welle und hyporheischem Wasser konnte deshalb sehr schnell erfolgen, es gab keine intergranulare Sprungschicht, die physikalischen und chemischen Tiefengradienten waren in den meisten Fällen gar nicht ausgeprägt oder nur sehr flach. Die Wassertemperatur des Freiwassers unterschied sich nicht signifikant von derjenigen im hyporheischen Wasser. Es gab -- von wenigen Ausnahmen bei pH-Wert, Leitfähigkeit und Sauerstoffgehalt abgesehen -- keine signifikanten Unterschiede zwischen dem Wasserchemismus der fließenden Welle und dem des Hyporheals. Die physikalischen und chemischen Voraussetzungen für die Refugialfunktion des Hyporheons waren deshalb für versauerungsempfindliche Taxa nicht gegeben. In der Tiefenverteilung der untersuchten Tiergruppen im Hyporheal lag das Maximum der Abundanz bzw. Biomasse häufiger in 10 cm als in 30 cm Tiefe. Daraus läßt sich aber keine allgemeine Gesetzmäßigkeit ableiten. Es wurde durchgehend die Definition angewendet, daß die Gewässerversauerung durch den Verlust an Pufferkapazität charakterisiert ist. Saure Gewässer können, müssen aber nicht versauert sein; versauerte Gewässer können, müssen aber nicht saures Wasser haben. Maßstab für das Pufferungsvermögen eines Gewässers ist nicht der pH-Wert, sondern sind die Alkalinität und andere chemische Versauerungsparameter. Der pH-Wert war auch operativ nicht als Indikator für Gewässerversauerung anwendbar. Die chemische Qualität des Bachwassers der Großen Söse entsprach aufgrund der Versauerung nicht den umweltrechtlichen Vorgaben bezüglich der Parameter pH-Wert, Aluminium, Eisen und Mangan, bzgl. Zink galt dies nur an S1. In der Alten Riefensbeek genügte das Hyporheal-Wasser in 30 cm Tiefe an R2 bzgl. des Sauerstoff-Gehalts nicht den umweltrechtlichen Anforderungen. Nur im Freiwasser an R1 genügten die Ammonium-Werte den Vorgaben der EG-Fischgewässer-Richtlinie, der Grenzwert wurde an allen anderen Meßstellen und Entnahmetiefen überschritten. Das BSB-Regime in allen Entnahmetiefen an R2, im Freiwasser an R3 und S1, im Hyporheal an R1 sowie in 30 cm Tiefe an R3 genügte nicht den Anforderungen der Fischgewässer-Richtlinie. Der Grenzwert für Gesamt-Phosphor wurde an S3 überschritten. In der Großen Söse war der Aluminium-Gehalt so hoch, daß anorganisches und organisches Aluminium unterschieden werden konnten. Besonders hohe Gehalte an toxischem anorganischen Aluminium wurden an Tagen mit Spitzen-Abflüssen und Versauerungsschüben gemessen. Erst die Ermittlung verschiedener chemischer Versauerungsparameter zeigte, daß auch die alkalischen Probestellen R2 und R3 mindestens versauerungsempfindlich waren. Die Messung bzw. Berechnung von chemischen Versauerungsparametern sollte deshalb zum Routineprogramm bei der Untersuchung von Gewässerversauerung gehören. Zu Beginn des Untersuchungsprogramms war angenommen worden, daß die mittleren und unteren Abschnitte der Alten Riefensbeek unversauert sind. Dieser Ansatz des Untersuchungsprogramms, einen unversauerten Referenzbach (Alte Riefensbeek) mit einem versauerten Bach (Große Söse) zu vergleichen, mußte nach der Berechnung von chemischen Versauerungsindikatoren sowie der Analyse der Abundanz- und Biomasse-Werte modifiziert werden. Es gab einen Versauerungsgradienten entlang der Probestellen: R1 (unversauert) R2 und R3 (versauerungsempfindlich bis episodisch leicht versauert) S2 und S3 (dauerhaft versauert) S1 (dauerhaft stark versauert). An S1 war das Hydrogencarbonat-Puffersystem vollständig, an S2 und S3 zeitweise ausgefallen. Die Versauerungslage an R2 und R3 war also schlechter als vorausgesehen. Unterschiede im Versauerungsgrad zwischen den Meßstellen waren nicht so sehr in unterschiedlichen Eintragsraten von versauernden Stoffen aus der Luft begründet, sondern in unterschiedlichen Grundgesteinen mit unterschiedlichem Puffervermögen. Der Anteil der verschiedenen sauren Anionen an der Versauerung wurde untersucht, die chemischen Versauerungsmechanismen wurden mit Hilfe von Ionenbilanzen und verschiedenen Versauerungsquotienten analysiert. Die beiden untersuchten Bäche waren von anthropogener Versauerung betroffen. Dabei spielte die Schwefel-Deposition (Sulfat) eine größere Rolle als die Stickstoff-Deposition (Nitrat). Die Probestelle S1 war immer schon in unbekanntem Maß natürlich sauer. Dieser natürlich saure Zustand wurde von der hinzugekommenen anthropogenen Versauerung bei weitem überragt. Die wenigen gewässerökologischen Daten, die im Wassereinzugsgebiet der Söse vor 1986 gewonnen wurden, deuten darauf hin, daß die Versauerung in den 70er und in der ersten Hälfte der 80er Jahre vom Boden und Gestein in die Bäche durchgeschlagen war. Dieser Versauerungsprozeß begann vermutlich vor 1973 in den Quellen auf dem Acker-Bruchberg und bewegte sich im Laufe der Jahre immer weiter talwärts in Richtung Trinkwasser-Talsperre. Der Mangel an (historischen) freilandökologischen Grundlagendaten war nicht nur im Untersuchungsgebiet, sondern ist allgemein in der Versauerungsforschung ein Problem. Wenn sich das Vorkommen von nah verwandten Arten (weitgehend) ausschließt, kann dies an der Versauerung liegen, z.B. war die Alte Riefensbeek ein Gammarus-Bach, die Große Söse ein Niphargus-Bach; dieses muß aber nicht an der Versauerung liegen, z.B. fehlte Habroleptoides confusa im Hyporheos an R3, Habrophlebia lauta hatte dagegen ihr Abundanz- und Biomasse-Maximum an R3. Zugleich lag das Maximum des prozentualen Anteils von Grobsand an R3, eine mögliche Ursache für diese interspezifische Konkurrenz. Die biologische Indikation von Gewässerversauerung mit Hilfe der Säurezustandsklassen funktionierte nicht in den beiden Harzbächen. Es wurde deshalb ein biologischer Versauerungsindex vorgeschlagen; dieser wurde nicht am pH-Wert kalibriert, sondern an der chemischen Versauerungslage, gekennzeichnet durch die Alkalinität und andere chemische Meßgrößen der Versauerung. Dafür wurden aufgrund der qualitativen und quantitativen Daten die häufigeren Taxa in die vier Klassen deutlich versauerungsempfindlich, mäßig versauerungsempfindlich, mäßig versauerungstolerant und deutlich versauerungstolerant eingeteilt. Es reicht nicht aus, die biologischen Folgen von Gewässerversauerung sowie Veränderungen in der Nährstoff-Verfügbarkeit und im sonstigen Wasserchemismus nur anhand der Artenzahl oder des Artenspektrums abzuschätzen. Vielmehr müssen quantitative Methoden wie die Ermittlung der Abundanzen angewandt werden, um anthropogene und natürliche Störungen des Ökosystems zu erfassen. Es wurde eine Strategie für die behördliche Gewässergüteüberwachung von Bachoberläufen vorgeschlagen, die flächendeckend die Versauerungsgefährdung erfassen kann. Die Auswirkungen der zeitlichen Dynamik des Versauerungschemismus wurden am Beispiel des versauerungsempfindlichen Taxons Baetis spp. (Eintagsfliegen) dargestellt. An S2 und S3 kam es zu starken Versauerungsschüben. Baetis konnte sich nicht ganzjährig halten, sondern nur in versauerungsarmen Phasen im Sommer und im Herbst; es gab einen Besiedlungskreislauf aus Ausrottungs- und Wiederbesiedlungsphasen. Die temporäre Population von Baetis an S2 und S3 bestand nur aus ersten Larvenstadien. Die Probestellen wurden auf horizontalen Gradienten der Umweltfaktoren angeordnet. Bei einigen Parametern gab es keinen Gradienten (z.B. Sauerstoff-Gehalt), bei anderen Parametern waren die Meßstellen auf sehr flachen Gradienten angeordnet (z.B. C:N-Quotient der Feinstkörner), bei den restlichen Meßgrößen waren die Gradienten sehr deutlich (z.B. Alkalinität). Bei den Längsgradienten von Abundanz und Biomasse waren alle Möglichkeiten vertreten: Zunahme (z.B. Leuctra pseudosignifera), Abnahme (z.B. Gammarus pulex), Maximum an der mittleren Probestelle (z.B. Leuctra pseudocingulata) und kein signifikanter Trend (z.B. Nemoura spp.). Abundanz und Biomasse zahlreicher taxonomischer Einheiten hatten ihr Maximum im Längslauf an den quellnächsten Probestellen R1 und S1, z.B. Protonemura spp. und Plectrocnemia spp. Die Lebensgemeinschaften an R1 und S1 waren allerdings völlig unterschiedlich zusammengesetzt. Die häufig vertretene Annahme, versauerte Gewässer seien biologisch tot, ist falsch. Unter Anwendung des 3. biozönotischen Grundprinzips wurde das Maximum von Abundanz und Biomasse in den quellnahen Abschnitten mit dem eustatistischen (stabilen) Regime von Wassertemperatur, Abfluß und Protonen-Gehalt, in der Alten Riefensbeek auch von Alkalinität und ALMER-Relation erklärt. Aufgrund der natürlichen und anthropogenen Störungen war im Längslauf der untersuchten Bäche keine natürliche biozönotische Gliederung des Artenbestands erkennbar. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und der Taxazahl ergaben, daß in erster Linie versauerungsrelevante Parameter -- Gehalte saurer Anionen, basischer Kationen und von Metallen, Alkalinität usw. -- die höchsten Korrelationskoeffizienten mit der Taxa-Zahl hatten; unter den natürlichen Meßgrößen zählten nur die Gehalte von DOC und TIC sowie der Anteil der Sande zu der Gruppe mit den höchsten Korrelationskoeffizienten. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und den Abundanzen ergab dagegen, daß die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft nicht nur durch die anthropogene Gewässerversauerung, sondern mindestens genauso durch einige natürliche Meßgrößen beeinflußt wurde. Es gab in den Harzbächen keinen ökologischen Superfaktor, der die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft überwiegend bestimmte. Auch die Meßgrößen der anthropogenen Gewässerversauerung waren nicht solch ein Superfaktor. Einen ähnlich hohen Einfluß auf die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft hatten die geologisch bestimmten Umweltfaktoren Leitfähigkeit und TIC-Gehalt, der von der Landnutzung bestimmte DOC-Gehalt sowie der Chlorid-Gehalt, der geologisch, möglicherweise aber auch durch den Eintrag von Straßensalz bestimmt wird. Die Mischung von anthropogenen und natürlichen Faktoren wurde in einem Modell der Wirkung von abiotischen Faktoren auf Bryorheos und Hyporheos dargestellt. Als Beispiel für die zeitliche Nutzung ökologischer Nischen wurde die Verteilung der Larven und Adulten der Dryopidae (Hakenkäfer) im Hyporheos und Bryorheos untersucht. Die Larven wurden vorzugsweise im Hyporheon, die Adulten im Bryorheon angetroffen. Die untersuchten Taxa wurden in die Varianten bryorheobiont, bryorheophil, bryorheotolerant, bryorheoxen und bryorheophob bzw. hyporheobiont, hyporheophil, hyporheotolerant, hyporheoxen und hyporheophob eingeteilt, um ihre räumliche Nutzung ökologischer Nischen zu beschreiben. Die gängige Lehrmeinung, daß das Hyporheon die Kinderstube benthaler Makroinvertebraten ist, konnte für zahlreiche Taxa bestätigt werden (z.B. Habrophlebia lauta). Für die bryorheophilen Taxa (z.B. Gammarus pulex und Baetis spp.) trifft diese Lehrmeinung in den beiden Harzbächen nicht zu. Vielmehr übernimmt das Bryorheon die Funktion einer Kinderstube. Die Larven von Plectrocnemia conspersa / geniculata sowie von Baetis spp. und Amphinemura spp. / Protonemura spp. neben Gammarus pulex zeigten eine Habitatbindung, die erstgenannte Gattung an das Hyporheal, die letztgenannten 3 Taxa an untergetauchte Moospolster (Bryorheal). Die Idee von der Funktion des Hyporheals als Kinderstube der Larven und Jungtiere, als Schutzraum gegen die Verdriftung durch Strömung und vor Fraßdruck durch Räuber sowie als Ort hohen Nahrungsangebots mußte für die letztgenannten 3 Taxa abgelehnt werden. Für sie übernahm das Bryorheal diese Aufgaben. Zwar waren die beiden Bäche oligotroph und die Nahrungsqualität der Feinstkörner im Hyporheal war niedrig. Die Abundanz- und Biomasse-Werte im Bryorheos und Hyporheos gehörten aber zu den weltweit höchsten. Es wurde das Paradoxon diskutiert, daß im Hyporheon der beiden Bäche Diatomeen-Rasen gefunden wurden, obwohl das Hyporheon lichtlos sein soll. Das Hyporheon wurde als ein Ökoton zwischen Benthon / Rheon und Stygon angesehen. Es wurden vier Haupttypen des Hyporheons beschrieben. Wegen des sehr unterschiedlichen Charakters des Hyporheons in verschiedenen Fließgewässern gibt es keinen einheitlichen Satz von abiotischen und biotischen Faktoren, mit denen das Hyporheon vom Benthon und Stygon abgegrenzt werden kann. In den beiden Harzbächen ähnelte das Hyporheon mehr dem Benthon als dem Stygon. Es konnte nicht anhand der chemischen Meßgrößen vom Benthon abgegrenzt werden, sondern anhand der physikalischen Meßgrößen Trübung und der Anteile von Feinsand und Schluffe/Tone sowie anhand der biologischen Parameter Summen-Abundanz und Summen-Biomasse. Aus der Typologie des Hyporheons folgt, daß ein bestimmtes Hyporheon nicht alle in der Literatur beschriebenen Funktionen innerhalb der Fließgewässer-Aue übernehmen kann. Es wurde ein Schema entwickelt, mit dem sich die optimale Liste der Parameter für die Untersuchung eines bestimmten Hyporheons auswählen läßt. Der Tendenz in der Fließgewässer-Ökologie, immer neue Konzepte zu entwickeln, die allgemeingültig sein sollen, wurde das Konzept vom individuellen Charakter von Fließgewässer-Ökosystemen entgegengestellt.

Clay pot irrigation for tomato (Lycopersicon esculentum Mill) production in the north east semiarid region of Ethiopia

Water shortage is one of the major constraints for production of horticultural crops in arid and semiarid regions. A field experiment was conducted to determine irrigation water and fertilizer use efficiency, growth and yield of tomato under clay pot irrigation at the experimental site of Sekota Dryland Agricultural Research Center, Lalibela, Ethiopia in 2009/10. The experiment comprised of five treatments including furrow irrigated control and clay pot irrigation with different plant population and fertilization methods, which were arranged in Randomized Complete Block Design with three replications. The highest total and marketable fruit yields were obtained from clay pot irrigation combined with application of nitrogen fertilizer with irrigation water irrespective of difference in plant population. The clay pot irrigation had seasonal water use of up to 143.71 mm, which resulted in significantly higher water use efficiency (33.62 kg m^-3) as compared to the furrow irrigation, which had a seasonal water use of 485.50 mm, and a water use efficiency of 6.67 kg m^-3. Application of nitrogen fertilizer with irrigation water in clay pots improved fertilizer use efficiency of tomato by up to 52% than band application with furrow or clay pot irrigation. Thus, clay pot irrigation with 33,333 plants ha^-1 and nitrogen fertilizer application with irrigation water in clay pots was the best method for increasing the yield of tomato while economizing the use of water and nitrogen fertilizer in a semiarid environment.

Evaluating partial root-zone irrigation and mulching in okra (Abelmoschus esculentus L.) under a sub-humid tropical climate

The field experiments were conducted to compare the alternate partial root-zone irrigation (APRI) with and without black plastic mulch (BPM) with full root-zone irrigation (FRI) in furrow-irrigated okra (Abelmoschus esculentus L. Moench) at Bhubaneswar, India. APRI means that one of the two neighbouring furrows was alternately irrigated during consecutive watering. FRI was the conventional method where every furrow was irrigated during each watering. The used irrigation levels were 25% available soil moisture depletion (ASMD), 50% ASMD, and 75% ASMD. The plant growth and yield parameters were observed to be significantly (p < 0.05) higher with frequent irrigation (at 25% ASMD) under all irrigation strategies. However, APRI + BPM produced the maximum plant growth and yield using 22% and 56% less water over APRI without BPM and FRI, respectively. The highest pod yield (10025 kg ha^-1) was produced under APRI at 25% ASMD + BPM, which was statistically at par with the pod yield under APRI at 50% ASMD + BPM. Irrigation water use efficiency (IWUE), which indicates the pod yield per unit quantity of irrigation water, was estimated to be highest (12.3 kg m^-3) under APRI at 50% ASMD + BPM, followed by APRI at 25% ASMD + BPM. Moreover, the treatment APRI at 50% ASMD + BPM was found economically superior to other treatments, generating more net return (US $ 952 ha^-1) with higher benefit–cost ratio (1.70).