内蒙古岱海DH99a岩芯沉积物碳含量变化与湖区全新世气候变迁

Daihai Lake, a graben-type closed lake, lies ca. 10 km east of Liangcheng County, Inner Mongolia, north-central China. For its location at the transition of semi-humid and semi-arid areas, and in the north edge of the East Asian monsoon, the lake is sensitive to changes in climate and environment. Based on analyses of total inorganic carbon (TIC), total organic carbon (TOC) and the ratio of total organic carbon to total nitrogen (C/N ratio) of DH99a core sediments recovered in the central part of Daihai Lake, the data suggest Holocene climatic history of the lake region is reconstructed. In this paper, the TIC and TOC contents of the lake sediments are closely related to climate changes. 1) Changes in TIC content of the lake sediments is closely related to climate, which directly reflect changes of temperature in the lake region, i.e., higher TIC content is linked with warmer temperature and stronger evaporation; 2) Changes in TOC and C/N ratio reflect the regional precipitation, i.e., relatively higher TOC content and C/N ratio indicate higher rainfall which results in stronger river flow and more organic matter entering into the lake. Data of the TIC content, TOC content and C/N ratio of DH99a core sediments suggest that climatic history of the Daihai Lake region is characterized by 4 stages. During the interval of ca. 11200-7500 a BP, higher TIC content, relatively lower TOC content and C/N ratio value indicate a warmer and slight dry condition over the lake area. From ca. 7500 to 4500 a BP, high values of TIC content, with an increase in TOC content and C/N ratio suggest the climate was warm and humid. Changes of TIC content, TOC content show that both temperature and precipitation displayed obvious fluctuations during the period, i.e., slightly cool and humid ca. 7500-6700 a BP, warm and moist ca. 6700-5300a BP, mild and comparatively humid ca. 5300-4500a BP. Between ca. 4500 and 2900 a BP, TIC content and TOC content decreased gradually while fluctuating, C/N ratio displayed a decreasing trend. These data imply that the climate generally became cooler and drier than the preceding period. The lowest values of TIC content, TOC content and C/N ratio during the interval of ca. 2900-0 a BP, demonstrate that the climate was severe, and became cool and dry. However the relative higher values of TIC content, TOC content and C/N ratio between ca. 1700 and 1300 a BP may denote an increase both in temperature and in precipitation. Data of TIC content, TOC content and C/N ratio in Daihai DH99a core sediments indicate that the warm period was asynchronous with the humid time, the warm interval began in ca. 11200 a BP, and ended in ca. 2900 a BP. The humid period was ca. 7500-2900 a BP. During ca. 7500^500 a BP, the climate was warm and humid, which was the climatic optimum of the Holocene Epoch in the Daihai Lake region. Data of TIC content, TOC content and C/N ratio in Daihai DH99a core sediments imply that the Holocene climate was unstable, the fluctuating events happened occasionally. Such as the cold and dry climate in ca. 4400-4200a BP, the warm and humid climatic condition in the period between ca.1700 and 1300a BP.

浑善达克沙地的光释光测年研究

Eolian deposits are important for paleoclimatic and paleoenvironmental reconstructions in arid and semi-arid regions. In China active sand dunes mainly occur in the northwest inland basins ,whereas deserts dominated by semi-stabilized sand dunes are mainly distributed in the northeastern semi-arid and sub-humid regions. Recent studies indicate that prompt desertification in northeastern China has been serious.Thus northeastern China is one of the key sites on which to study the history of past environmental changes. However, previous studies focused mainly on big scale environmental changes, whereas changes in the environment during the Holocene have not been well studied. This research uses optically stimulated luminescence to date fossil sand dunes in Hunshandake desert in order to offer the accurate time scale to reconstruct the history of eolian activity in the region. Furthermore,we compare this region with other deserts in northern China.The main conclusions is following: Active dune formation in northeastern China lasted from the Last Glacial Maximum to about 10 000aB.P. It has also been shown that the warm climate of the Holocene was interrupted by a cold/dry dune-forming episode at about 2 800-1 800aB.R. The Holocene Optimum occurred between 10 000-2 800aB.R, and a later warm/humid dune stabilization phase lasted from at least 1 900-1 500aB.R. The youngest age on the uppermost soil unit in Hunshandake desert yielded an age of 90aB.P.,on which the younger sand deposits,and the youngest age on the sand in Hulun Buir desert is 40aB.R. The mean annual precipitation of these regions is up to 450 mm. But these deserts locate in middle latitudes regions, where the climate is sub-humid, semi-arid continental monsoon.Under present climatic conditions, there should be no active sand dunes in northeastern China. So the appearance of active sand in northeastern China is not due to natural factors,but to extensive land reclamation and cultivation.

Interactions spatiales et auto-organisation des végétations semi-arides

Les recherches récapitulées dans cette thèse de doctorat ont porté sur les causes de l’organisation spatiale des végétations périodiques. Ces structures paysagères aux motifs réguliers, tachetés, tigrés ou labyrinthiques, d’échelle décamétrique à hectométrique, couvrant des étendues considérables sur au moins trois continents, constituent un cas d’école dans l’étude des processus endogènes présidant à l’hétérogénéité du couvert végétal. Ces structures prennent place sur un substrat homogène, mis à part la rétroaction du couvert lui-même, et sont marquées par des écotones abrupts et la persistance d’une proportion considérable de sol nu. Plusieurs modèles ont mis en avant l’existence possible d’un phénomène d’auto-organisation du couvert, qui verrait une structure d’ensemble émerger des interactions locales entre individus. Ces modèles se basent sur le jeu simultané de la consommation de la ressource (compétition) et de l’amélioration de l’un ou l’autre des éléments du bilan de la même ressource par le couvert (facilitation). La condition à l’existence d’une structure d’ensemble spatialement périodique et stable réside dans une différence entre la portée de la compétition (plus grande) et celle de la facilitation. L’apparition de ces structures est modulée par le taux de croissance biologique, qui est le reflet des contraintes extérieures telles que l’aridité, le pâturage ou la coupe de bois. Le modus operandi des interactions spatiales supposées entre individus reste largement à préciser.

Nos recherches ont été menées au sud-ouest de la République du Niger, à l’intérieur et dans les environs du parc Régional du W. Trois axes ont été explorés :(i) Une étude de la dépendance spatiale entre la structure de la végétation (biovolumes cartographiés) et les paramètres du milieu abiotique (relief, sol), sur base d’analyses spectrales et cross-spectrales par transformée de Fourier (1D et 2D). (ii) Une étude diachronique (1956, 1975 et 1996) à large échelle (3000 km²) de l’influence de l’aridité et des pressions d’origine anthropique sur l’auto-organisation des végétations périodiques, basée sur la caractérisation de la structure spatiale des paysages sur photos aériennes via la transformée de Fourier en 2D. (iii) Trois études portant sur les interactions spatiales entre individus :En premier lieu, via l’excavation des systèmes racinaires (air pulsé) ;Ensuite, par un suivi spatio-temporel du bilan hydrique du sol (blocs de gypse) ;Enfin, via le marquage de la ressource par du deutérium.

Nous avons ainsi pu établir que les végétations périodiques constituent bien un mode d’auto-organisation pouvant survenir sur substrat homogène et modulé par les contraintes climatiques et anthropiques. Un ajustement rapide entre l’organisation des végétations périodiques et le climat a pu être montrée en zone protégée. La superficie et l’organisation des végétations périodiques y ont tour à tour progressé et régressé en fonction d’épisodes secs ou humides. Par contre, en dehors de l’aire protégée, la possibilité d’une restauration du couvert semble fortement liée au taux d’exploitation des ressources végétales. Ces résultats ont d’importantes implications quant à la compréhension des interactions entre climat et écosystèmes et à l’évaluation de leurs capacités de charge. La caractérisation de la structure spatiale des végétations arides, notamment par la transformée de Fourier d’images HR, devrait être généralisée comme outil de monitoring de l’état de ces écosystèmes. Nos études portant sur les modes d’interactions spatiales ont permis de confirmer l’existence d’une facilitation à courte portée du couvert végétal sur la ressource. Cependant, cette facilitation ne semble pas s’exercer sur le terme du bilan hydrique traditionnellement avancé, à savoir l’infiltration, mais plutôt sur le taux d’évaporation (deux fois moindre à l’ombre des canopées). Ce mécanisme exclut l’existence de transferts diffusifs souterrains entre sols nu et fourrés. Des transferts inverses semblent d’ailleurs montrés par le marquage isotopique. L’étude du bilan hydrique et la cartographie du micro-relief, ainsi que la profondeur fortement réduite de la zone d’exploitation racinaire, jettent de sérieux doutes quant au rôle communément admis des transferts d’eau par ruissellement/diffusion de surface en tant que processus clé dans la compétition à distance entre les plantes. L’alternative réside dans l’existence d’une compétition racinaire de portée supérieure aux canopées. Cette hypothèse trouve une confirmation tant par les rhizosphères excavées, superficielles et étendues, que dans le marquage isotopique, montrant des contaminations d’arbustes situés à plus de 15 m de la zone d’apport. De même, l’étude du bilan hydrique met en évidence les influences simultanées et contradictoires (facilitation/compétition) des ligneux sur l’évapotranspiration.

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This PhD thesis gathers results of a research dealing with the causes of the spatial organisation of periodic vegetations. These landscape structures, featuring regular spotted, labyrinthine or banded patterns of decametric to hectometric scale, and extending over considerable areas on at least three continents, constitute a perfect study case to approach endogenous processes leading to vegetation heterogeneities. These patterns occur over homogeneous substratum, except for vegetation’s own feedbacks, and are marked by sharp ecotones and the persistence of a considerable amount of bare soil. A number of models suggested a possible case of self-organized patterning, in which the general structure would emerge from local interactions between individuals. Those models rest on the interplay of competitive and facilitative effects, relating to soil water consumption and to soil water budget enhancement by vegetation. A general necessary condition for pattern formation to occur is that negative interactions (competition) have a larger range than positive interactions (facilitation). Moreover, all models agree with the idea that patterning occurs when vegetation growth decreases, for instance as a result of reduced water availability, domestic grazing or wood cutting, therefore viewing patterns as a self-organised response to environmental constraints. However the modus operandi of the spatial interactions between individual plants remains largely to be specified.

We carried out a field research in South-West Niger, within and around the W Regional Park. Three research lines were explored: (i) The study of the spatial dependency between the vegetation pattern (mapped biovolumes) and the factors of the abiotic environment (soil, relief), on the basis of spectral and cross-spectral analyses with Fourier transform (1D and 2D). (ii) A broad scale diachronic study (1956, 1975, 1996) of the influence of aridity and human induced pressures on the vegetation self-patterning, based on the characterisation of patterns on high resolution remote sensing data via 2D Fourier transform. (iii) Three different approaches of the spatial interactions between individuals: via root systems excavation with pulsed air; via the monitoring in space and time of the soil water budget (gypsum blocks method); and via water resource labelling with deuterated water.

We could establish that periodic vegetations are indeed the result of a self-organisation process, occurring in homogeneous substratum conditions and modulated by climate and human constraints. A rapid adjustment between vegetation patterning and climate could be observed in protected zones. The area and patterning of the periodic vegetations successively progressed and regressed, following drier or wetter climate conditions. On the other hand, outside protected areas, the restoration ability of vegetation appeared to depend on the degree of vegetation resource exploitation. These results have important implications regarding the study of vegetation-climate interactions and the evaluation of ecosystems’ carrying capacities. Spatial pattern characterisation in arid vegetations using Fourier transform of HR remote sensing data should be generalised for the monitoring of those ecosystems. Our studies dealing with spatial interaction mechanisms confirmed the existence of a short range facilitation of the cover on water resource. However, this facilitation does not seem to act through the commonly accepted infiltration component, but rather on the evaporative rate (twice less within thickets). This mechanism excludes underground diffusive transfers between bare ground and vegetation. Inverse transfers were even shown by deuterium labelling. Water budget study and micro-elevation mapping, along with consistent soil shallowness, together cast serious doubts on the traditional mechanism of run-off/diffusion of surface water as a key process of the long range competition between plants. An alternative explanation lies in long range root competition. This hypothesis find support as well in the excavated root systems, shallow and wide, as in isotopic labelling, showing contaminations of shrubs located up to 15 m of the irrigated area. Water budget study also evidenced simultaneous contradictory effects (facilitation/competition) of shrubs on evapotranspiration.

The Tamaricetea arceuthoidis: a new class for the continental riparian thickets of the Middle East, Central Asia and the subarid regions of the Lower Volga valley

The new class, the Tamaricetea arceuthoidis, is described covering riparian and intermittent shrubby vegetation of the Irano-Turanian Region in the southwestern and Central Asia and the Lower Volga valley. The dominating species are species of the genus Tamarix that refer high water table in arid and semi-arid habitats with high to moderate salinity. This new class is an ecological analogon of the Nerio-Tamaricetea occurring in the Mediterranean Basin.

Differential energy costs of winter acclimatized common spiny mice Acomys cahirinus from two adjacent habitats

The common spiny mouse Acomys cahirinus, of Ethiopian origin, has a widespread distribution across arid, semi-arid and Mediterranean parts of the Arabian sub-region. We compared the daily energy expenditure (DEE), water turnover NTTO) and sustained metabolic scope (SusMS = DEE/resting metabolic rate) of two adjacent populations during the winter. Mice were captured from North- and South- facing slopes (NFS and SFS) of the same valley, comprising mesic and xeric habitats, respectively. Both DEE and SusMS winter values were greater in NFS than SFS mice and were significantly greater than values previously measured in the summer for these two populations in the same environments. However, WTO values were consistent with previously established values and were not significantly different from allometric predictions for desert eutherians. We suggest that physiological plasticity in energy expenditure, which exists both temporally and spatially, combined with stable WTO, perhaps reflecting a xeric ancestry, has enabled A. cahirinus to invade a wide range of habitats. (C) 2003 Elsevier Inc. All rights reserved.

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.

Contribution des légumineuses, des champignons endophytes et mycorhiziens dans la nutrition azotée des prairies indigènes semi-arides

Les prairies indigènes présentent une source importante d'alimentation pour le pâturage du bétail dans les prairies Canadiennes semi-arides. L'addition de légumineuses fixatrices d'azote et de phosphore dans les prairies indigènes peut améliorer la productivité et la valeur nutritive de fourrage. Ces pratiques peuvent induire des modifications de la structure et de la diversité des communautés fongiques du sol, ce qui peut en retour avoir un impact sur la production et le contenu nutritionnel du fourrage. L’objectif de cette étude était de développer un système de pâturage à bas niveau d’intrants, productif, autonome et durable. À court terme, nous voulions 1) déterminer l'effet des légumineuses (Medicago sativa, une légumineuse cultivée ou Dalea purpurea, une légumineuse indigène) et la fertilité en phosphore du sol sur la productivité et la valeur nutritive des graminées indigènes, comparées avec celles de la graminée introduite Bromus biebersteinii en mélange avec le M. sativa, 2) identifier l'effet de ces pratiques sur la diversité et la structure des communautés des champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) et des champignons totaux, 3) identifier l'effet des légumineuses et des CMA sur les interactions compétitives entre les graminées de saison fraîche et les graminées de saison chaude. Les expériences menées au champ ont montré que M. sativa améliorait les teneurs en azote et en phosphore des graminées indigènes au début de l'été, ainsi que la teneur en azote de la graminée de saison chaude Bouteloua gracilis à la fin de l'été de l'année sèche 2009. Par contre, la fertilité en phosphore du sol n'ait pas affecté la productivité des plantes. D'autre part, l'inclusion des légumineuses augmentait la diversité des CMA dans le mélange de graminées indigènes. Cette modification présentait des corrélations positives avec la productivité et la quantité totale d'azote chez le M. sativa et avec la teneur en phosphore des graminées indigènes, au début de l'été. La structure des communautés de champignons totaux était influencée par l'interaction entre le mélange des espèces et la fertilité en phosphore du sol seulement en 2008 (année humide). Cet effet pourrait être lié en partie avec la productivité des plantes et l'humidité du sol. Les expériences menées en chambre de culture ont montré que les CMA peuvent favoriser la productivité des graminées de saison chaude au détriment des graminées de saison fraîche. En effet, Glomus cubense augmentait la productivité de la graminée de saison chaude B. gracilis, en présence de M. sativa. Cet effet pourrait être associé à l’effet négatif du G. cubense sur la fixation de l’azote par le M. sativa et à la diminution de l’efficacité d’utilisation de l'azote de certaines graminées de saison fraîche résultant en une augmentation de la disponibilité de l'azote pour B. gracilis. Par contre, le Glomus sp. augmentait la biomasse de Schizachyrium scoparium, autre graminée de saison chaude, en absence de légumineuse. Ce phénomène pourrait être attribuable à une amélioration de l’efficacité d’utilisation du P de cette graminée. En conclusion, mes travaux de recherche ont montré que la légumineuse cultivée M. sativa peut améliorer la valeur nutritive des graminées indigènes au début de l'été ainsi que celle de la graminée de saison chaude B. gracilis, dans des conditions de sécheresse sévère de la fin de l'été. De plus, l'addition de M. sativa dans le mélange de graminées indigènes peut contribuer à augmenter le nombre des espèces bénéfiques des CMA pour la production et la nutrition du fourrage au début de l'été.

Rainfall Climatology over Middle East Region and its Variability

A better understanding of the rainfall climatology of the Middle East region identifying the mechanisms responsible for the rain producing systems is essential for effective utilization of the water resources over the arid region. A comprehensive analysis on the rainfall climatology of the Middle East region is carried out to bring out the spatial and temporal variation of rainfall and mechanisms responsible for the rain events. The study was carried out utilizing rainfall, OLR, wind and humidity data sets procured from TRMM, NOAA and NCEP-NCAR. Climatology of annual rainfall brings out two areas of alarmingly low rainfall in the Middle East region: one in Egypt, Jordan and adjoining areas and the other in the southern part of Saudi Arabia. Daily rainfall analysis indicates that northern region gets rainfall mainly during winter and spring associated with the passage of Mediterranean low pressure systems whereas rain over the southern region is caused mainly by the monsoon organized convection, cross equatorial flow and remnants of low pressure systems associated with the monsoon during the summer season. Thermodynamic structure of the atmosphere reveals that the region does not have frequent local convection due to insufficient moisture content. The sinking motion associated with the sub tropic high pressure system and subsidence associated with the Walker circulation are responsible for maintaining warm and dry air over the region.

Developing a desertification indicator system for a small Mediterranean catchment: a case study from the Serra de Rodes, Alt Empordà, Catalunya, NE Spain

La desertificació és un problema de degradació de sòls de gran importància en regions àrides, semi-àrides i sub-humides, amb serioses conseqüències ambientals, socials i econòmiques com a resultat de l'impacte d'activitats humanes en combinació amb condicions físiques i medi ambientals desfavorables (UNEP, 1994). L'objectiu principal d'aquesta tesi va ser el desenvolupament d'una metodologia simple per tal de poder avaluar de forma precisa l'estat i l'evolució de la desertificació a escala local, a través de la creació d'un model anomenat sistema d'indicators de desertificació (DIS). En aquest mateix context, un dels dos objectius específics d'aquesta recerca es va centrar en l'estudi dels factors més importants de degradació de sòls a escala de parcel.la, comportant un extens treball de camp, analisi de laboratori i la corresponent interpretació i discussió dels resultats obtinguts. El segon objectiu específic es va basar en el desenvolupament i aplicació del DIS. L'àrea d'estudi seleccionada va ser la conca de la Serra de Rodes, un ambient típic Mediterràni inclòs en el Parc Natural del Cap de Creus, NE Espanya, el qual ha estat progressivament abandonat pels agricultors durant el segle passat. Actualment, els incendis forestals així com el canvi d'ús del sòl i especialment l'abandonament de terres són considerats els problemes ambientals més importants a l'àrea d'estudi (Dunjó et al., 2003). En primer lloc, es va realitzar l'estudi dels processos i causes de la degradació dels sòls a l'àrea d'interés. En base a aquest coneixement, es va dur a terme la identificació i selecció dels indicadors de desertificació més rellevants. Finalment, els indicadors de desertificació seleccionats a escala de conca, incloent l'erosió del sòl i l'escolament superficial, es van integrar en un model espaial de procés. Ja que el sòl és considerat el principal indicador dels processos d'erosió, segons la FAO/UNEP/UNESCO (1979), tant el paisatge original així com els dos escenaris d'ús del sòl desenvolupats, un centrat en el cas hipotétic del pas d'un incendi forestal, i l'altre un paisatge completament cultivat, poden ser ambients classificats sota baixa o moderada degradació. En comparació amb l'escenari original, els dos escenaris creats van revelar uns valors més elevats d'erosió i escolament superficial, i en particular l'escenari cultivat. Per tant, aquests dos hipotètic escenaris no semblen ser una alternativa sostenible vàlida als processos de degradació que es donen a l'àrea d'estudi. No obstant, un ampli ventall d'escenaris alternatius poden ser desenvolupats amb el DIS, tinguent en compte les polítiques d'especial interés per la regió de manera que puguin contribuir a determinar les conseqüències potencials de desertificació derivades d'aquestes polítiques aplicades en aquest escenari tan complexe espaialment. En conclusió, el model desenvolupat sembla ser un sistema força acurat per la identificació de riscs presents i futurs, així com per programar efectivament mesures per combatre la desertificació a escala de conca. No obstant, aquesta primera versió del model presenta varies limitacions i la necessitat de realitzar més recerca en cas de voler desenvolupar una versió futura i millor del DIS.

Catchment phosphorous losses: an export coefficient modelling approach with scenario analysis for water management

This paper presents the development of an export coefficient model to characterise the rates and sources of P export from land to water in four reservoir systems located in a semi-arid rural region in southern of Portugal. The model was developed to enable effective management of these important water resource systems under the EU Water Framework Directive. This is the first time such an approach has been fully adapted for the semi-arid systems typical of Mediterranean Europe. The sources of P loading delivered to each reservoir from its catchment were determined and scenario analysis was undertaken to predict the likely impact of catchment management strategies on the scale of rate of P loading delivered to each water body from its catchment. The results indicate the importance of farming and sewage treatment works/collective septic tanks discharges as the main contributors to the total diffuse and point source P loading delivered to the reservoirs, respectively. A reduction in the total P loading for all study areas would require control of farming practices and more efficient removal of P from human wastes prior to discharge to surface waters. The scenario analysis indicates a strategy based solely on reducing the agricultural P surplus may result in only a slow improvement in water quality, which would be unlikely to support the generation of good ecological status in reservoirs. The model application indicates that a reduction of P-inputs to the reservoirs should first focus on reducing P loading from sewage effluent discharges through the introduction of tertiary treatment (P-stripping) in all major residential areas. The fully calibrated export coefficient modelling approach transferred well to semi-arid regions, with the only significant limitation being the availability of suitable input data to drive the model. Further studies using this approach in semi-arid catchments are now needed to increase the knowledge of nutrient export behaviours in semi-arid regions.

Arid rangeland production systems of Southern Africa

This paper analyses and describes the semi-arid rangelands of southern Africa. These rangelands are found in the grassland, savanna and thicket biomes and comprise all the remaining land which does not support commercial rainfed agriculture, in extent some 778221 km2 (66% of South Africa). Although production is primarily driven by rainfall, rangeland management systems have been developed to cope with the uncertain climate and to ameliorate the impact of inter-annual variation in production. We describe the rangeland types that occur, provide an insight into their management and examine some constraints on livestock production which the socio-economic environment presents. We describe the grazing management systems which apply under the two land tenure systems, namely freehold and leasehold tenure, and discuss how each of these systems effects livestock production, management and resource condition.

Interacting controls on innate sources of CO2 efflux from a calcareous arid zone soil under experimental acidification and wetting

More than half of global soil carbon is stored as carbonates, primarily in arid and semi-arid zones. Climate change models predict more frequent and severe rainfall events in some parts of the globe, many of which are dominated by calcareous soils. Such events trigger substantial increases in soil CO2 efflux. We hypothesised that the primary source of CO2 emissions from calcareous, arid zone soil during a single wetting event is abiotic and that soil acidification and wetting have a positive, potentially interacting, effect. We manipulated soil pH, soil moisture, and controlled soil respiration by gamma irradiating half of an 11 day incubation experiment. All manipulated experimental treatments had a rapid and enormous effect on CO2 emission. Respiration contributed ca. 5% of total CO2 efflux; the major source (carbonate buffering) varied depending on the extent of acidification and wetting. Maximum CO2 efflux occurred when pH was lowest and at intermediate matric potential. CO2 efflux was lowest at native pH when soil was air dry. Our data suggest that there may be an underestimate of soil-atmosphere carbon fluxes in arid ecosystems with calcareous soils. There is also a clear potential that these soils may become net carbon sources depending on changes in rainfall patterns, rainfall acidity, and future land management. Our findings have major implications for carbon cycling in arid zone soil and further study of carbon dynamics in these terrestrial systems at a landscape level will be required if we are to improve global climate and carbon cycling models.

Viabilidade econômica do cultivo de cacaueiro e bananeira irrigados no Maranhão

Este trabalho teve por objetivo estudar a viabilidade econômica da produção consorciada de cacau e banana na região do Perímetro Irrigado Tabuleiro de São Bernardo nos municípios de Magalhães de Almeida e Araioses, estado do Maranhão (MA), tendo em vista a ampla disponibilidade de recursos naturais para o cultivo e a potencialidade de ser uma região de escape das principais doenças que afetam as culturas de cacau e banana. O trabalho verifica a oportunidade de negócio de produção de cacau e banana na região do rio Parnaíba. O estudo utiliza projeções de fluxo de caixa e os desconta para o Valor Presente Líquido (VPL) para aferir a viabilidade econômica do negócio de produção de cacaueiro e bananeira nesta região do Brasil. Foram realizadas pesquisas bibliográficas para analisar as características edafoclimáticas da microrregião, as características fisiológicas do cacaueiro e seu consórcio com a bananeira para o sombreamento temporário necessário durante a fase de crescimento do cacaueiro. Foi sugerido o pacote de alta tecnologia para a produção de cacaueiro, dada a necessidade de irrigação para o seu cultivo. Diferentes produtividades e preços de cacau e banana foram utilizados para analisar a sensibilidade económica deste negócio. Ao projetar um fluxo de caixa, foi possível fazer uma análise sobre o negócio, viabilidade e riscos. Deve-se notar que não há grandes áreas produtoras de cacau na região do rio Parnaíba. Porém, há pequenas áreas de cacau em regiões semiáridas (ou de cerrado). Assim, a produção vegetal carece de comprovação de produção em larga escala para atestar de modo prático algumas das premissas econômico-financeiras adotadas para analisar a viabilidade da produção de cacau e banana no Perímetro Irrigado Tabuleiro de São Bernardo.

Estado nutricional de escolares do semi-árido do nordeste brasileiro

SILVA, João B. da et al. Estado Nutricional de Escolares do Semi-Árido do Nordeste Brasileiro. Revista de Salud Pública, v. 11, n. 1, p. 62-71, 2009.

Eutrofização do reservatório Engenheiro Armando Ribeiro Gonçalves, no Rio Grande do Norte: implicações para o abastecimento público e para a piscicultura intensiva em tanques-rede

This study aimed to describe the spatial and temporal patterns of variation in trophic state and its relation with the structure and dynamics of planktonic community of a large reservoir located in semi-arid tropical region of Northeast Brazil. The reservoir Armando Ribeiro Gonçalves is the biggest reservoir of the Rio Grande do Norte State and is responsible for about 53% of all surface water accumulated in the State. The samples of water and plankton were taken monthly in 10 points distributed throughout the longitudinal axis of the reservoir and over a full hydrological cycle. The samples were collected to determine concentrations of total phosphorus, total nitrogen, chlorophyll a and suspended solids (fixed and volatile) and for determining the composition and abundance of phytoplanktonic and zooplanktonic species. During the study period, the reservoir was characterized as eutrophic and there was no trend of increasing the trophic state of the reservoir in the period of drought. The concentrations of total phosphorus and suspended fixed solids decreased towards the dam while the N:P ratios increased in the same direction due to the reduction in the phosphorus concentrations and relative constancy in the nitrogen concentrations. The N:P ratios observed were indicative of greater limitation by phosphorus than by nitrogen. However, as concentrations of both nutrients were high and the water transparency was very low, with secchi depth usually lower than one meter, it seems likely that the planktonic primary production of the reservoir is more limited by the availability of light than the availability of nutrients. High nutrient concentrations coupled with low availability of light may explain the continuing dominance of filamentous cyanobacteria such as Cylindrospermopsis raciborskii in the plankton of the reservoir.These cyanobacteria are potentially toxic and pose a serious environmental problem because it compromises the water quality for public supply, recreation and fishing when present in high densities as in this study. The mesozooplankton of the reservoir was dominated by the calanoid Notodiaptomus cearensis and the cladoceran Diaphanosoma spinulosum. In general, the structure of zooplankton community seems to be particularly influenced by the spatial variation of cyanobacteria. The results of the regression analyses show that both the chlorophyll a concentrations and the cyanobacteria biovolume were more strongly correlated with the nitrogen than with phosphorus and that the water transparency was more strongly correlated with algal biomass than with other sources of turbidity. The maximum load of phosphorus to attain the maximum permissible concentration of total P in the reservoir was estimated in 63.2 tonnes P/ year. The current external P load to the reservoir is estimated in 324 tonnes P / year and must be severely reduced to improve the water quality for water supply and allow the implementation of aquaculture projects that could contribute to the socio-economic development of the region