Greenhouse Gas and Nitrogen Fertilizer Scenarios for U.S. Agriculture and Global Biofuels, June 2011

This analysis uses the 2011 FAPRI-CARD (Food and Agricultural Policy Research Institute–Center for Agricultural and Rural Development) baseline to evaluate the impact of four alternative scenarios on U.S. and world agricultural markets, as well as on world fertilizer use and world agricultural greenhouse gas emissions. A key assumption in the 2011 baseline is that ethanol support policies disappear in 2012. The baseline also assumes that existing biofuel mandates remain in place and are binding. Two of the scenarios are adverse supply shocks, the first being a 10% increase in the price of nitrogen fertilizer in the United States, and the second, a reversion of cropland into forestland. The third scenario examines how lower energy prices would impact world agriculture. The fourth scenario reintroduces biofuel tax credits and duties. Given that the baseline excludes these policies, the fourth scenario is an attempt to understand the impact of these policies under the market conditions that prevail in early 2011. A key to understanding the results of this fourth scenario is that in the absence of tax credits and duties, the mandate drives biofuel use. Therefore, when the tax credits and duties are reintroduced, the impacts are relatively small. In general, the results show that the entire international commodity market system is remarkably robust with respect to policy changes in one country or in one sector. The policy implication is that domestic policy changes implemented by a large agricultural producer like the United States can have fairly significant impacts on the aggregate world commodity markets. A second point that emerges from the results is that the law of unintended consequences is at work in world agriculture. For example, a U.S. nitrogen tax that might presumably be motivated for environmental benefit results in an increase in world greenhouse gas emissions. A similar situation occurs in the afforestation scenario in which crop production shifts from high-yielding land in the United States to low-yielding land and probably native vegetation in the rest of the world, resulting in an unintended increase in global greenhouse gas emissions.

Evaluation des pratiques d'irrigation, de fertilisation et d'application de pesticides dans l'agriculture périurbaine de Dakar, Sénégal

RESUMEL'agriculture urbaine et périurbalne - nommée ci-après AU - est un thème fort de recherche transversale, au vu des nombreux enjeux économiques, sociaux et environnementaux. L'objectif de cette recherche était de contribuer à une meilleure connaissance des processus de transfert de polluants et du cycle des nutriments à l'échelle locale, afin de déterminer sous quelles conditions l'AU de Dakar peut être pratiquée sans porter atteinte à la santé et à l'environnement.Une approche basée sur l'étude des processus géochimiques dans ie sol jusqu'à la nappe a été choisie, à l'échelle de la parcelle cultivée et à une échelle un peu plus large de la zone périurbaine de Dakar pour déterminer les influences du type d'occupation du sol.L'évaluation des impacts de l'irrigation avec des eaux usées brutes et des eaux de nappe saumâtres sur la qualité des sols (chapitre 2) a montré que l'alcalinité et les teneurs en calcium élevées des eaux saumâtres induisent la précipitation de CaC03 dans l'horizon superficiel du sol. Na remplace consécutivement Ca sur le complexe argilo-humique du sol et les bicarbonates diminuent dans la solution du sol. Le carbone organique dissout (COD) augmente significativement dans la solution du sol et dans la nappe sous-jacente. Malgré l'alcalinité et les teneurs très élevées en calcium des eaux usées, il y a peu de précipitation de CaC03 dans l'horizon superficiel du sol et une faible augmentation du sodium échangeable ESP. La nitrification de l'ammonium des eaux usées (moy 190mg/L à Pikine) produit des protons, qui ne sont plus tamponnés par les bicarbonates exportés hors du profil. Il y a alors une nette baisse de pH des sols irrigués par des eaux usées non traitées. Les sols irrigués par des eaux usées et saumâtres stockent moins de C et Ν que les sols de référence.L'évaluation de l'influence de l'occupation des sols en zone périurbaine sur à la nappe phréatique peu profonde (chapitre 3) a permis de déterminer les traceurs représentatifs de l'occupation du sol, à savoir Br/CI, NO3/CI et δ180-Ν03 pour l'irrigation par des eaux usées, pH et δ15Ν-Ν03 pour l'irrigation par des eaux de nappe, et Rb+Cr et Κ pour les lixiviats de fosses septiques. Ce chapitre a mis en évidence des points importants de la dynamique de l'azote en zone périurbaine sous deux occupations du sol : (1) la dénitrification est un processus important dans l'agrosystème périurbain de Dakar en bas de dune, dans les gleysols où l'on trouve des conditions temporairement réduites et un substrat organique favorables aux microorganismes de la dénitrification. Les teneurs en nitrates sont presque nulles avec irrigation d'eau de nappe. (2) en bas de pente, mais avec irrigation quotidienne par les eaux usées, l'apport continu d'ammonium inhibe probablement la dénitrification, mais favorise la volatilisation. (3) la nitrification de l'ammonium dans la nappe lors de la lixiviation des fosses septiques se distingue de la nitrification de l'ammonium dans la zone non saturée dans la zone d'agriculture périurbaine par la composition isotopique de l'oxygène de l'eau. Une comparaison des flux d'azote entre l'agrosystème et les quartiers périurbains de Dakar (chapitre 4) ont révélé que ces derniers étaient du même ordre de grandeur par unité de surface, à savoir 2-4 tonnes Ν /ha/an.L'évaluation des flux de pesticides dans l'agrosystème et des risques induits pour les eaux souterraines (chapitre 5) a révélé un fiux total de pesticides de 60kg/ha/an, totalisant 15 matières actives. Seules deux de ces matières actives sont autorisées par le comité des pesticides sahélien. Les pesticides les plus utilisés par les producteurs sont l'organochloré dicofol, les organophosphorés methamidophos, dimethoate et fenithrotion ainsi que le cabamate methomyl. Les flux les plus importants sont de 9 à 7 kg/ha/an (methomyl, methamidophos, ethoprophos et dicofol). Les pesticides qui présentent un risque élevé de contamination des eaux souterraines et qui devraient être prioritaires pour un suivi analytique sont : le carbofuran, le dimethoate, l'ethoprophos et le methomyl.En conclusion, une meilleure gestion de la fertilisation est nécessaire dans la zone d'AU de Dakar, afin de (1) réduire les pertes gazeuses qui contribuent à l'effet de serre, (2) de ralentir la minéralisation du carbone et de l'azote organiques pour créer un stock de C et Ν dans ces sols, (3) de limiter le lessivage dans la nappe et enfin, 4) d'augmenter l'efficacité d'utilisation de Ν par les plantes. Une optimisation de l'irrigation devrait limiter l'alcalinisation secondaire. Enfin, la mise en place d'une lutte intégrée ou biologique contre les ravageurs est indispensable afin de minimiser les risques pour les eaux souterraines et les mares permanentes.ABSTRACTUrban and periurban agriculture (UA) is an important issue in southern countries, because of its key role in their social and economical development and its environmental concern. The goal of this study was to contribute to a better understanding of pollutant transfer and nutrient cycling at the local scale, in order to implement the necessary improvements to guarantee the sustainability of this practice.An approach based on geochemical processes occurring in the vadose zone from the surface down to the groundwater level was chosen, at the scale of cultivated plots and at the regional scale of Dakar periurban areas, to determine the influence of land use.The assessment of irrigation with untreated domestic wastewater and brackish water on soil quality (chapter 2) showed: (1) that the high alkalinity and calcium contents of brackish water induce CaC03 precipitation in the top layer of the soil and therefore a replacement of Ca by Na on the clay- humic complexes, strongly marked during the dry season. Dissolved organic carbon (DOC) increased significantly in the soil solution and in the underlying groundwater. (2) in spite of the similarly high alkalinity and Ca contents of waste water, there is only little CaC03 precipitation and a low increase of the percentage of exchangeable sodium (ESP) in the soil top layer. The nitrification of the ammonium of wastewater (mean 190 mg/L in Pikine) produces protons, which are not any more buffered by bicarbonates exported out of the soil profile, which leads to a net decline of soil pH. Both soils irrigated with untreated wastewater and brackish water store less of C and Ν than soils irrigated with non saline groundwater.The assessment of the impact of land use on the shallow groundwater (chapter 3) allowed determining representative tracers of the land use. Low Br/CI ratio, high NO3/CI ratio and low δ1βΟ- nitrate indicated the influence of wastewater; high pH and high 515N-nitrates indicated the influence of brackish water together with high amendments of organic fertilizers; high Rb+Cr and Κ indicated the influence of poor sanitation facilities in periurban districts (septic tank leakage). This chapter also pointed out the following facts about the nitrogen dynamics : (1) denitrification is a key-process in the Dakar UA agrosystem in the gleysols irrigated with groundwater. The underlying groundwater is almost nitrate free. (2) in the Gleysols irrigated with waste water, ammonium inhibits denitrification but facilitate ammoniac volatilization. A comparison of nitrogen balance between the UA agrosystem and the periurban districts of Dakar (chapter 4) revealed similar flows per surface unit, namely 2-4 tons Ν / ha / year.The evaluation of pesticides use in the UA agrosystem and the risk assessment for the groundwater (chapter 5) revealed a total flow of pesticides of 60kg / ha / year, totalizing 15 active substances. Only two of these are authorized by the Sahelian Pesticides Committee. The most used pesticides are dicofol (organochlorinated), methamidophos, dimethoate and fenithrotion (organophosphate) as well as methomyl. (carbamate). The most important flows vary between 9 to 7 kg / ha / year. Pesticides with a high risk of groundwater contamination - according to SIRIS and EPRIP 2 indicators - are: carbofuran, dimethoate, ethoprophos and methomyl. These substances should be established as a priority for an analytical follow-up in the different environmental compartments.In conclusion, a better management of the fertilization is necessary in the Dakar UA, (1) to reduce the gaseous losses which contribute to greenhouse emissions (2) to slow down the mineralization of the organic carbon and the nitrogen, in order to enhance the C and Ν stock in these soils, (3) to limit the nitrate leaching in the groundwater and finally, 4) to increase the N-use efficiency of plants. An optimization of the irrigation scheme should limit the secondary sodisation if coupled with an increase the stable organic matter of the soil. An integrated or biologic crop pest strategy is urgently needed to minimize risks with respect to ground and surface water (ponds used for fishing).RESUME LARGE PUBLICL'agriculture mondiale connaît actuellement une crise majeure, affectée par les changements climatiques, la sécurité alimentaire et les dégradations de l'environnement. Elle n'a plus le rôle unique de produire, mais devient un élément essentiel de la protection des ressources naturelles et du paysage. Les politiques agricoles basées sur les marchés mondiaux devront se réorienter vers une agriculture locale basée sur le développement durable.La production alimentaire située dans l'enceinte des villes, nommée agriculture urbaine ou périurbaine (AU ci-après) joue un rôle important dans le contexte actuel d'accroissement de la population et de la pauvreté urbaines. L'AU concerne en effet la majorité des mégapoies du monde, fait vivre plus de 200 millions de personnes dans les pays du Sud, fournit jusqu'à 80% de la demande urbaine en certains produits frais, fait barrière à l'extension urbaine et permet un recyclage de certains déchets urbains. L'AU a pour particularité d'être à cheval entre des politiques rurales et urbaines, d'où un délaissement ce cette activité au secteur informel. Ce qui a développé de nombreuses stratégies à risques, comme à Dakar, où les petits producteurs périurbains irriguent quotidiennement avec des eaux usées domestiques par manque d'accès à une eau de bonne qualité et pour raccourcir les cycles de production. L'extrême précarité foncière des acteurs de l'AU de Dakar les empêchent d'investir à long terme et induit des pratiques inadéquates d'irrigation, d'usage de pesticides et de fertilisation de ces sols sableux.L'objectif de cette recherche était de contribuer à une meilleure connaissance des processus de transfert de polluants et du cycle des nutriments à l'échelle des parcelles cultivées par des eaux usées et des eaux saumâtres, afin de déterminer sous quelles conditions l'AU de Dakar peut être pratiquée et surtout maintenue sans porter atteinte à la santé et à l'environnement. Pour cela, une approche basée sur l'étude des processus géochimiques dans le sol jusqu'à la nappe a été choisie, à l'échelle de la parcelle cultivée et à une échelle un peu plus large de la zone périurbaine de Dakar pour déterminer les influences du type d'occupation du sol.Les résultats principaux de cette étude ont montré que (1) il y a un processus de salinisation anthropique des sols (sodisation) lors d'irrigation avec des eaux de nappe saumâtres, un processus accentué en saison sèche et lors d'années à pluviométrie déficitaire. Bien que les eaux usées soient aussi salines que les eaux de nappe, la salinisation des sols irrigués' par des eaux usées est limitée par l'ammonium présent dans les eaux usées (moy 190mg NH4/L à Pikine) qui produit de l'acidité lors de la transformation en nitrates dans le sol (nitrification). (2) les sols irrigués par des eaux usées (EU) stockent moins de C et Ν que les sois de référence, ce qui montrent bien que l'azote des eaux usées n'est pas disponible pour les plantes, mais est lessivé dans la nappe (100 à 450 mg/L N03 sous irrigation par EU, alors que la limite de OMS est de 50mg/L). (3) l'utilisation des isotopes stables des nitrates et des éléments traces, notamment le bore et le brome, ont permis de distinguer l'influence de l'irrigation par des eaux usées, de l'irrigation par des eaux de nappe et des lixiviats de fosses septiques sur les propriétés de la nappe. (4) Le processus de la dénitrification (atténuation naturelle des concentrations en nitrates de la nappe par biotransformation en azote gazeux) est important dans les zones basses de l'agrosystème périurbain de Dakar, sous irrigation par eaux naturelles (ΝΟ3 < 50mg/L). Tandis que sous habitat sans assainissement adéquat, les nitrates atteignent 300 à 700 mg/L. (5) Le flux total de pesticides dans l'AU est énorme (60kg/ha/an) totalisant 15 pesticides, dont deux seulement sont autorisés. Les pesticides les plus utilisés sont des insecticides organophosphorés et organochlorés classés extrêmement dangereux à dangereux par l'OMS, appliqués à des doses de 2 à 9 kg/ha/an. Les pesticides qui ont montré un risque élevé de contamination des eaux souterraines avec les indicateurs SIRIS et EPRIP2 sont : le carbofuran, le dimethoate, l'ethoprophos et le methomyl.En conclusion, nous recommandons la reconstitution d'un horizon superficiel des sols riche en matière organique stable et structuré par production locale de compost. Cette mesure réduira les pertes gazeuses contribuant à l'effet de serre, augmentera le stock de Ν dans ces sols, alors utilisable par les plantes et permettra de diminuer l'irrigation car la capacité de rétention de l'eau dans le sol sera accru, ce qui limitera le lessivage des nitrates dans la nappe et l'alcalinisation secondaire. Enfin, la mise en place d'une lutte intégrée ou biologique contre les ravageurs est indispensable afin de minimiser les risques pour les eaux souterraines et lesmares permanentes.

Molecular basis of leukocyte rolling on PSGL-1. Predominant role of core-2 O-glycans and of tyrosine sulfate residue 51.

Interactions between the leukocyte adhesion receptor L-selectin and P-selectin glycoprotein ligand-1 play an important role in regulating the inflammatory response by mediating leukocyte tethering and rolling on adherent leukocytes. In this study, we have examined the effect of post-translational modifications of PSGL-1 including Tyr sulfation and presentation of sialylated and fucosylated O-glycans for L-selectin binding. The functional importance of these modifications was determined by analyzing soluble L-selectin binding and leukocyte rolling on CHO cells expressing various glycoforms of PSGL-1 or mutant PSGL-1 targeted at N-terminal Thr or Tyr residues. Simultaneous expression of core-2 beta1,6-N-acetylglucosaminyltransferase and fucosyltransferase VII was required for optimal L-selectin binding to PSGL-1. Substitution of Thr-57 by Ala but not of Thr-44, strongly decreased L-selectin binding and leukocyte rolling on PSGL-1. Substitution of Tyr by Phe revealed that PSGL-1 Tyr-51 plays a predominant role in mediating L-selectin binding and leukocyte rolling whereas Tyr-48 has a minor role, an observation that contrasts with the pattern seen for the interactions between PSGL-1 and P-selectin where Tyr-48 plays a key role. Molecular modeling analysis of L-selectin and P-selectin interactions with PSGL-1 further supported these observations. Additional experiments showed that core-2 O-glycans attached to Thr-57 were also of critical importance in regulating the velocity and stability of leukocyte rolling. These observations pinpoint the structural characteristics of PSGL-1 that are required for optimal interactions with L-selectin and may be responsible for the specific kinetic and mechanical bond properties of the L-selectin-PSGL-1 adhesion receptor-counterreceptor pair.

Characterization of Ornamental Rock Residue and Potassium Liberation Via Organic Acid Application

ABSTRACT Organic acids present in organic matter and, or, exudates by microorganisms and plants can increase the liberation of potassium present in minerals. The objective of this study was to characterize the residue from ornamental rocks and evaluate the release of K from these residues after the application of organic acids. The experiment was conducted under laboratory conditions and followed a 2 × 3 × 5 factorial design with three replicates. The studied factors were: two organic acids (citric acid and malic acid), three ornamental rock residues (R1, R2 and R3) and five organic acid rates (0, 5, 10, 20 and 40 mmol L-1). After agitation, K concentrations were determined in the equilibrium solution. Successive extractions were performed (1, 5, 10, 15, 30 and 60 days after the start of the experiment). The organic acids used (citric and malic) promoted the release of up to 4.86 and 4.34 % of the total K contained in the residue, respectively, reinforcing the role of organic acids in the weathering of minerals and in providing K to the soil. The K quantities were, on average, 6.1 % higher when extracted with citric acid compared to malic acid.

Report on the Iowa Department of Agriculture and Land Stewardship for the year ended June 30, 2011

Report on the Iowa Department of Agriculture and Land Stewardship for the year ended June 30, 2011

Report on the Iowa Department of Agriculture and Land Stewardship for the year ended June 30, 2012

Report on the Iowa Department of Agriculture and Land Stewardship for the year ended June 30, 2012

The total material requirement -concept applied to agriculture : a case study from Finland

Selostus: Luonnonvarojen kokonaiskäyttö sovellettuna maatalouteen: esimerkki Suomesta

Etat des lieux et potentiel de l'agriculture urbaine en Suisse : analyse de deux projets d'agriculture urbaine sous l'angle des régimes institutionnels des ressources naturelles

Ce travail de recherche dresse un panorama de l'état du développement des pratiques d'agriculture urbaine en Suisse et analyse le potentiel que celles-ci pourraient y développer, compte tenu des particularités du contexte national. La démarche adoptée suit une logique allant du général au particulier, de la théorie à la pratique, du descriptif vers l'analytique. Dans un premier temps, l'agriculture urbaine est abordée sous un angle conceptuel, comprenant un retour historique sur la relation ville-campagne et sur l'apparition récente du terme d'agriculture urbaine, un tour d'horizon de la littérature sur le sujet, une revue de ses diverses approches scientifiques et la circonscription des enjeux de sa définition. Dans un deuxième temps, l'agriculture urbaine est envisagée sous sa forme pratique, en Suisse comme à l'étranger. En ressort un inventaire étendu de ses différents types de mises en application, auquel correspond un panel d'atouts identifiés selon les trois versants du développement durable : social, écologique et économique. En troisième lieu les spécificités du contexte helvétique sont étudiées afin de comprendre quel est le cadre dans lequel le potentiel de l'agriculture urbaine pourrait se développer. Finalement, ce sont deux cas concrets d'agriculture urbaine qui sont analysés et évalués dans les détails, selon l'approche dite des régimes institutionnels des ressources naturelles (RIRN): le « plantage » lausannois du quartier de la Bourdonnette et le Stadiongarten dans le quartier Kreis 5 à Zurich. Au fil de cette recherche, il apparaît que l'agriculture urbaine révèle toute une série d'avantages en termes de développement durable, alors même que les villes suisses sont unanimement reconnues comme présentant un déficit dans ce domaine. De même, malgré les bienfaits importants que présentent ses diverses pratiques, l'agriculture urbaine reste encore très peu répandue en Suisse, le concept lui-même n'apparaissant que très rarement dans le discours des pouvoirs publics. Le principal frein à l'agriculture en ville est identifié comme étant le manque d'espace disponible dans les agglomérations, contrainte pourtant largement surmontable en y regardant de plus près. De par sa configuration topographique, le territoire suisse est particulièrement sujet à une étroite proximité entre espaces urbains et étendues agricoles, accroissant de ce fait la problématique de l'étalement urbain et du mitage du paysage. Parmi les enjeux de la lutte contre ces phénomènes concomitants, l'agriculture urbaine aurait un rôle important à jouer. En conclusion, une série de recommandations sont proposées afin que les projets d'agriculture urbaine puissent se développer et perdurer en Suisse. Abstract : This research paper provides an overview of the state of development of urban agriculture practices in Switzerland. It analyzes their potential of expansion while taking into account the particularities of the national context. The method follows a general to particular, theory to practice and descriptive to analytical reasoning. Firstly, urban agriculture is approached through a conceptual view, including a historical overview of the relationship between town and country and of the recent appearance of the term "urban agriculture". An outline of the literature on the subject, an examination of its various scientific approaches and riding issues of its definition are elaborated as well. In a second step, urban agriculture is considered in its practical form, both in Switzerland and abroad. From this we created an extensive inventory of various types of implementations which corresponds to a panel of assets identified according to the three aspects of sustainable development: social, ecology and economics. Thirdly the specificities of Swiss context are studied in order to understand the frame in which the potential of urban agriculture could be developed. Finally, two case studies of urban agriculture are analyzed and evaluated in detail, according to the so-called institutional regimes of natural resources (RIRN) approach: the "plantage" of the Bourdonnette neighborhood in Lausanne and the "Stadiongarten" in the Kreis 5 neighborhood in Zurich. Throughout this research, urban agriculture reveals a number of advantages in terms of sustainable development, even though the Swiss cities are unanimously recognized as having a deficit in this area. As well, despite the significant benefits that are its various practices, urban agriculture is still very uncommon in Switzerland, the concept itself appearing only rarely in public debates. The main obstacle to city agriculture is identified as the lack of available space in urban areas, however this constraint can easily be surpassed. By its topographical configuration, Switzerland is particularly prone to a close proximity between urban and agricultural spaces, thereby increasing the problems of urban sprawl. Among the stakes in the struggle against these interrelated phenomena, urban agriculture could play an important role. In conclusion, a series of recommendations are proposed so that urban agriculture projects can grow and persist in Switzerland.