The effect of different concentrations of pre-harvest gibberellic acid on the quality and durability of ‘Obilnaja’ and ‘Black Star’ plum varieties

Abstract The research work aimed at investigating the effect of pre-harvest gibberellic acid (GA3) treatment on the quality of ‘Obilnaja’ and ‘Black Star’ Japanese plum varieties. GA3 was sprayed onto the trees during the fruit color break at 0, 25, 50, 75, and 100 ppm concentrations. After pre-cooling, the plums were placed in modified atmosphere packages and exposed to the following conditions as follows: short storage-transportation (ST) [20 days at 2 °C and 90% relative humidity (RH)]; distribution center (DC) (5 days at 6 °C and 80% RH), and shelf life conditions (SL) (2 days at 20 °C and 70% RH). Pre-harvest GA3 treatments increased the fruit weight and size. Treatment of GA3 at 50, 75, and 100 ppm increased the fruit flesh firmness and total soluble substances (TSS) values in both the plum varieties during storage, transport, and marketing; it also limited the weight loss during the marketing process. Treatment of GA3 had no significant effects on the color, titratable acidity (TA), and the total phenolic and antioxidant activity values of plums. Pre-harvest GA3 treatment at 50 ppm GA3 can be thus recommended for both the plum varieties due to its effect on the fruit quality.

The development of automated methods for the determination of trace concentrations of carbomate pesticides in water using solid sorbent pre-concentration methods and high performance liquid chromatography /

Several automated reversed-phase HPLC methods have been developed to determine trace concentrations of carbamate pesticides (which are of concern in Ontario environmental samples) in water by utilizing two solid sorbent extraction techniques. One of the methods is known as on-line pre-concentration'. This technique involves passing 100 milliliters of sample water through a 3 cm pre-column, packed with 5 micron ODS sorbent, at flow rates varying from 5-10 mUmin. By the use of a valve apparatus, the HPLC system is then switched to a gradient mobile phase program consisting of acetonitrile and water. The analytes, Propoxur, Carbofuran, Carbaryl, Propham, Captan, Chloropropham, Barban, and Butylate, which are pre-concentrated on the pre-column, are eluted and separated on a 25 cm C-8 analytical column and determined by UV absorption at 220 nm. The total analytical time is 60 minutes, and the pre-column can be used repeatedly for the analysis of as many as thirty samples. The method is highly sensitive as 100 percent of the analytes present in the sample can be injected into the HPLC. No breakthrough of any of the analytes was observed and the minimum detectable concentrations range from 10 to 480 ng/L. The developed method is totally automated for the analysis of one sample. When the above mobile phase is modified with a buffer solution, Aminocarb, Benomyl, and its degradation product, MBC, can also be detected along with the above pesticides with baseline resolution for all of the analytes. The method can also be easily modified to determine Benomyl and MBC both as solute and as particulate matter. By using a commercially available solid phase extraction cartridge, in lieu of a pre-column, for the extraction and concentration of analytes, a completely automated method has been developed with the aid of the Waters Millilab Workstation. Sample water is loaded at 10 mL/min through a cartridge and the concentrated analytes are eluted from the sorbent with acetonitrile. The resulting eluate is blown-down under nitrogen, made up to volume with water, and injected into the HPLC. The total analytical time is 90 minutes. Fifty percent of the analytes present in the sample can be injected into the HPLC, and recoveries for the above eight pesticides ranged from 84 to 93 percent. The minimum detectable concentrations range from 20 to 960 ng/L. The developed method is totally automated for the analysis of up to thirty consecutive samples. The method has proven to be applicable to both purer water samples as well as untreated lake water samples.

Environmental assessment and biomonitoring of the Twelve Mile Creek watershed, Niagara Peninsula, Ontario

In light of the heavy reliance of the people of the Niagara Peninsula on the T\\'elve Mile Creek (TMC) watershed for recreational activities and for municipal and industrial uses ( e.g., drinking water, shipping and discharge of effluents), it was deemed prudent to assess the envirol1tnental health of the system by analysing the sediments total and exchangeable metal, and TPH contents. The MOEE has set guidelines with limits for the protection and management of aquatic sediments, and the sediments from the headwaters of the TMC have total metal and TPH (subset of O&G) contents well below the lower provincial limits. Areas of environmental concern where total metal contents in sediments, either individually or collectively, exceed the guideline, are the south side of Lake Gibson, the Old WeIland Canal, a segment of TMC just south of the QEW and Martindale Pond. The total metal content of sediments does not in all instances identify areas of biological concern. Instead, it has been found that the exchangeable metal fraction of sediments is a better indicator of metal availability and thus potential accumulation in organisms. In some instances, the exchangeable metal fraction agrees with the total metal fraction defining areas of environmental concern, but it does vary from site to site reflecting the natural variability of the ambient environment. Overall, the exchangeable metal fraction of sediments appears to be a better indicator of anthropogenic pollution and ecosystem impact. A histochemical study of Anodon.ta sp., Elliptio sp. and zebra mussels (Dreissena polyn'101pha) was done in conjunction with passive biomonitoring of zebra and quagga mussels (Dreissena bugensis) from the Twelve Mile Creek watershed and Lake 51. Clair (Jeanette's Creek, Chatham, Ontario). The highest concentrations of divalent metals such as Cu, Ni, Cd, and Zn, and trivalent Al appear to accumulate in gill and kidney tissues. Metal contents of organ tissues in Anodonta sp. vary with size class. Organ metal content varies among size classes, thus requiring consideration of size in biomonitoring studies. Shucked zebra and quagga mussel tissues, exhibited similar size class to Al content trends. In addition they reflected the Al content trends of top (approximately 10 cm) most sediments in the Twelve Mile Creek watershed. Quagga mussels appear to have higher Al concentrations than zebra mussels, thus suggesting that quagga mussels may be better passive biomonitors of AI. Cd content in zebra mussel tissues, seemed to increase with size class trends. This was not demonstrated in the quagga mussel tissues. This suggests that Cd may be regulated by quagga mussels and not by zebra mussels, and that zebra mussels may be better passivebiomonitors of Cd than are quagga mussels. Zebra mussel, quagga mussel, Anodonta sp., and Elliptio sp. were used in a two part, active (translocated) biomonitoring study of the Twelve Mile Creek watershed. There was no statistical difference in death rates between zebra and quagga mussels after 65 days of biomonitoring. However there does appear to be a difference of death rates between sites. Unfortunately the data base did not permit us to differentiate between sites. Relative to Port Colborne Harbour (Port Colborne, Ontario), the Twelve Mile Creek watershed appears to be elevated in bioavailable AI. An area near the terminus of the Twelve Mile Creek appears to be an area of environmental concern since mussels seemed to have accumulated relatively large concentrations of Cd, Zn, and Pb. In addition to possible metal loading from a nearby outfalls, or possible upstream outfalls, road salt runoff from storm sewers may have contributed to metal accumulation through cation exchanges processes. Similar trends in cumulative quagga mussel metal concentrations during the two time periods (65 and 159 days), suggest that quagga mussels may reach equilibrium within 65 days of translocation. Differences in bioaccumulated metal concentrations of the two dreissenid species demonstrate that active biomonitoring studies must use a variety of organisms to adequately assess the environmental situation of specific waterways and/or bodies.

Concentrations et flux d'azote dans les sédiments hypoxiques de l'Estuaire Maritime du St-Laurent.

Les sédiments sont des sites importants d’élimination d’azote (N) puisqu’ils possèdent des gradients d’oxydoréduction leur conférant les conditions idéales pour les réactions microbiennes de transformation de N. L’eutrophisation des régions côtières peut altérer ces gradients, par des changements dans la concentration d’oxygène (O2) de l’eau interstitielle, et modifier l’importance relative des processus transformant le N. Afin de mieux comprendre comment l’O2 pourrait influencer les transformations de N, nous avons mesuré les flux diffusifs de diazote (N2), nitrate (NO3-), oxygène et ammonium (NH4+) dans les sédiments de l’Estuaire Maritime du St-Laurent (EMSL), et nous avons estimé les taux de dénitrification. L’importance du couple nitrification-dénitrification en fonction d’un gradient de concentrations d’O2 dans la zone d’hypoxie de l’EMSL fut aussi évaluée. La concentration des gaz dissous fut mesurée en utilisant une nouvelle approche développée dans cette étude. Les flux diffusifs de N2, O2, NO3- et NH4+ variaient de 5.5 à 8.8, de -37.1 à -84.8, de -4.0 à -5.8 et de 0.6 à 0.8 μmol N m-2 h-1 respectivement. Les concentrations de N2 et NO3- dans l’eau porale et les flux de NO3- et de N2 des sédiments, suggèrent que la diffusion de NO3- provenant de l’eau à la surface des sédiments ne peut pas expliquer par elle-même la production de N2 observée. En utilisant une approche stoichiométrique, les taux de nitrification potentielle estimés comptent pour 0.01 à 52% du flux total de NO3 nécessaire pour aboutir aux flux de N2 observés et diminuent avec l’augmentation de l’hypoxie.

Mesure de la concentration en métaux traces dans la solution de sol par microlysimétrie

La présente étude porte sur l’évaluation d’une méthode d’acquisition de la solution de sol présente à l’interface sol-racine, dans la rhizosphère. Cette interface constitue le lieu privilégié de prise en charge par les plantes des contaminants, tels que les métaux traces. Comme les plantes acquièrent ces éléments à partir de la phase liquide, la solution de sol de la rhizosphère est une composante clé pour déterminer la fraction de métaux traces biodisponibles. La microlysimétrie est la méthode in situ la plus appropriée pour aborder les difficultés liées à l’échelle microscopique de la rhizosphère. Ainsi, dans les études sur la biodisponibilité des métaux traces au niveau de la rhizosphère, les microlysimètres (Rhizon©) gagnent en popularité sans, toutefois, avoir fait l’objet d’études exhaustives. L’objectif de cette étude est donc d’évaluer la capacité de ces microlysimètres à préserver l’intégrité chimique de la solution, tout en optimisant leur utilisation. Pour ce faire, les microlysimètres ont été soumis à une série d’expériences en présence de solutions et de sols, où la quantité de solution prélevée et le comportement des métaux traces (Cd, Cu, Ni, Pb, Zn) ont été étudiés. Les résultats montrent que les microlysimètres fonctionnent de façon optimale lorsque le contenu en eau du sol est au-dessus de la capacité au champ et lorsqu’il y a peu de matière organique et d’argile. Les sols sableux ayant un faible contenu en C organique reproduisent mieux le volume prélevé et la solution sous la capacité au champ peut être récoltée. L’utilisation des microlysimètres dans ces sols est donc optimale. Dans les essais en solution, les microlysimètres ont atteint un équilibre avec la solution après 10 h de prélèvement. En respectant ce délai et les conditions optimales préalablement établies (pH acide et COD élevé), les microlysimètres préservent la composition chimique de la solution. Dans les essais en sol, cet équilibre n’a pas été atteint après dix jours et huit prélèvements. Le contenu en matière organique et l’activité microbienne semblent responsables de la modification des concentrations en métaux au cours de ces prélèvements, notamment, dans l’horizon FH où les microlysimètres performent très mal. En revanche, dans l’horizon B, les concentrations tendent à se stabiliser vers la fin de la série de prélèvements en se rapprochant des valeurs de référence. Bien que des valeurs plus élevées s’observent pour les microlysimètres, leurs concentrations en métaux sont comparables à celles des méthodes de référence (extrait à l’eau, lysimètres de terrain avec et sans tension). En somme, les microlysimètres se comportent généralement mieux dans l’horizon B. Même si leur utilisation est plus optimale dans un sol sableux, cet horizon est privilégié pour de futures études sur le terrain avec les microlysimètres.

Développement d’un système de spectroscopie infrarouge résolue temporellement pour la quantification des concentrations d’hémoglobine cérébrale

L’étude du cerveau humain est un domaine en plein essor et les techniques non-invasives de l’étudier sont très prometteuses. Afin de l’étudier de manière non-invasive, notre laboratoire utilise principalement l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) et l’imagerie optique diffuse (IOD) continue pour mesurer et localiser l’activité cérébrale induite par une tâche visuelle, cognitive ou motrice. Le signal de ces deux techniques repose, entre autres, sur les concentrations d’hémoglobine cérébrale à cause du couplage qui existe entre l’activité neuronale et le flux sanguin local dans le cerveau. Pour être en mesure de comparer les deux signaux (et éventuellement calibrer le signal d’IRMf par l’IOD), où chaque signal est relatif à son propre niveau de base physiologique inconnu, une nouvelle technique ayant la capacité de mesurer le niveau de base physiologique est nécessaire. Cette nouvelle technique est l’IOD résolue temporellement qui permet d’estimer les concentrations d’hémoglobine cérébrale. Ce nouveau système permet donc de quantifier le niveau de base physiologique en termes de concentrations d’hémoglobine cérébrale absolue. L’objectif général de ma maîtrise était de développer un tel système afin de l’utiliser dans une large étude portant sur la condition cardiovasculaire, le vieillissement, la neuroimagerie ainsi que les performances cognitives. Il a fallu tout d’abord construire le système, le caractériser puis valider les résultats avant de pouvoir l’utiliser sur les sujets de recherche. La validation s’est premièrement réalisée sur des fantômes homogènes ainsi qu’hétérogènes (deux couches) qui ont été développés. La validation des concentrations d’hémoglobine cérébrale a été réalisée via une tâche cognitive et appuyée par les tests sanguins des sujets de recherche. Finalement, on présente les résultats obtenus dans une large étude employant le système d’IOD résolue temporellement en se concentrant sur les différences reliées au vieillissement.

Impact des barrages de castors sur la variabilité spatiale et saisonnière des concentrations en mercure et en nutriments dans les ruisseaux des Laurentides

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Spéciation chimique des nanoparticules d'argent dans les sols

À cause de leurs propriétés antibactériennes, les nanoparticules d’argent sont couramment utilisées dans un grand nombre de produits tels les tissus, les savons et les produits médicaux. Dans cette industrie en pleine croissance, ces nanoparticules sont produites en grandes quantités et s’accumuleront éventuellement dans l’environnement. Pour comprendre le destin, le transport et la biodisponibilité des nanomatériaux, il est essentiel de comprendre leurs propriétés physicochimiques. Entre autres, il est particulièrement important de quantifier la dissolution des nanoparticules à l’aide de mesures de spéciation chimique. En effet, l’objectif de cette recherche est de déterminer la spéciation chimique des nanoparticules d’argent dans différents sols. Pour y parvenir, différentes concentrations de nanoparticules d’argent ont été incorporées dans un sol et après un certain laps de temps, la forme ionique a été mesurée à l’aide d’une électrode sélective d’argent tandis que l’argent total est mesuré par absorption atomique ou par ICP-MS. L’analyse de la spéciation dans trois sols différents révèle que les caractéristiques des sols influencent grandement la spéciation chimique, plus particulièrement la quantité de matière organique ainsi que le pH du sol. Ainsi, la tendance des résultats semble indiquer que plus un sol est acide, il y aura plus d’ions argent libres tandis que la matière organique adsorbe fortement les ions argent les rendant ainsi moins disponibles en solution. L’observation de la spéciation chimique à long terme indique aussi que les nanoparticules tendent à éventuellement se dissocier et ainsi émettre un plus grand nombre d’ions dans l’environnement. Ces résultats ont des implications importantes dans la détermination des risques environnementaux des nanoparticules métalliques.

Contribution de modèle demande-contrôle-soutien à la variation des concentrations de cortisol salivaire

L’objectif principal de ce mémoire est d’approfondir les connaissances à propos de l’impact des stresseurs organisationnels sur la concentration du cortisol salivaire. Plus précisément, nous étudierons la contribution des modèles demande-contrôle de Karasek (1979) et demande-contrôle-soutien de Karasek et Theorell (1990) à la variation du cortisol salivaire chez les individus. Les associations entre les composantes principales de chacun des modèles (demandes psychologiques, latitude décisionnelle et soutien social), mais également les effets d’interaction inclus dans ces modèles, c’est-à-dire de l’effet modérateur de la latitude décisionnelle et du soutien social, seront étudiés. L’axe HPS a été associé aux symptômes de la santé mentale (Abelson et al., 2007; Havermans et al., 2011; Vreeburg et al., 2009b, 2010, 2013; Staufenbiel, 2013) ainsi qu’aux stresseurs en milieu de travail (Chida et Steptoe, 2009). À l’heure actuelle, le cortisol salivaire serait un indicateur de l’axe hypothalamo-pituito-surrénalien (HPS) le plus prometteur pour mesurer la réponse physiologique face à un événement stressant ou à un stress chronique (Maïna et al., 2009). Les données proviennent de l’étude SALVEO, menée par l’Équipe de recherche sur le travail et la santé mentale de l’Université de Montréal. Les résultats des analyses multiniveaux ne soutiennent pas l’implication du modèle demande-contrôle-soutien sur la concentration de cortisol. En effet, elles ne permettent pas de conclure que les effets, autant principaux que d’interaction, du modèle demande-contrôle-soutien expliquent la variation dans les concentrations de cortisol. La consommation de tabac est significativement reliée à la concentration de cortisol salivaire et doit être prise en considération dans les études futures. Par conséquent, ces résultats suggèrent que d’autres recherches sont nécessaires pour comprendre comment les stresseurs du travail s’incorporent à l’individu au niveau physiologique. Des connaissances approfondies de ces associations permettraient de mieux comprendre les associations entre le stress à long terme et les effets sur la santé, c’est-à-dire, comment les tensions au travail affectent la santé mentale à long terme (Karhula et al., 2015).

La texture et la granulométrie de la moulée influencent les concentrations d’acide propionique et butyrique de même que la prévalence d’Escherichia coli dans le tractus gastro-intestinal du porc d’engraissement

Certaines stratégies alimentaires sont actuellement considérées pour remplacer l’usage des antimicrobiens dans les fermes porcines. Les objectifs de cette étude étaient d'évaluer l'effet de la granulométrie et de la texture des aliments sur les concentrations d'acides gras volatils intestinaux, la composition des populations pathogènes et commensales d’E. coli et sur les performances de croissance des porcs. Des porcs d'engraissement (n= 840) ont reçu l'une des six diètes suivantes: moulée texturée 500, 750 et 1250 µm et moulée cubée 500, 750 et 1250 µm. Le gain de poids a été mesuré à chaque changement de formulation de moulée. À l'abattoir, les contenus du caecum et du côlon de 165 porcs ont été échantillonnés pour le dénombrement des E. coli par PCR quantitatif (qPCR) et pour la quantification des AGV. Le gène yccT a été utilisé pour dénombrer les E. coli totaux. Une diminution du taux de conversion alimentaire a été associée avec la moulée cubée et/ou la moulée de 500 µm. Les concentrations d’acide propionique et butyrique, et ce tant au niveau du caecum que du côlon, étaient plus élevées chez les porcs recevant de la moulée texturée que chez ceux recevant de la moulée cubée. Du point de vue de la granulométrie, les concentrations caecales et du côlon d’acide butyrique étaient plus élevées chez les porcs alimentés avec de la moulée de 1250 µm que chez ceux recevant de la moulée de 500 µm. D'autre part, les niveaux intestinaux d’E. coli totaux étaient plus élevés pour les porcs nourris avec de la moulée cubée que pour ceux ayant reçu de la moulée texturée. Les résultats ont montré que la moulée texturée est associée à des performances de croissance plus faibles mais à des changements intestinaux favorables.

Effects of diverse plant species on the bioavailability of contaminants in soil

La phytoremédiation constitue une technologie alternative pour le traitement de sols contaminés en métaux. Toutefois, la biodisponibilité des métaux dans le sol peut limiter l’efficacité de cette approche. Nous émettons l’hypothèse que diverses espèces de plante, caractérisées par systèmes racinaires différents, peuvent affecter différemment la biodisponibilité des éléments traces (ET) dans le sol. Une étude utilisant un dispositif expérimental en bloc aléatoire complet avec cinq réplicats a été conduite entre le 6 juin et le 3 septembre 2014, sur le site du Jardin botanique de Montréal. Dans ce contexte, l’impact de la présence de huit espèces de plantes, herbacées ou ligneuses, sur le pool labile de six métaux (Ag, Cu, Pd, Zn, Ni et Se) dans la rhizosphère de celles-ci a été étudié. Après trois mois de culture, la biomasse aérienne et souterraine de chaque espèce a été mesurée et la concentration en ET dans les tissus des plantes a été analysée. La fraction labile de ces ET dans la rhizosphère (potentiellement celle qui serait biodisponible) de même que d’autres paramètres édaphiques (le pH, la conductivité, le pourcentage de matière organique et le carbone organique dissous (COD)) ont aussi été mesurés et comparés en fonction de la présence d’une ou l’autre des espèces utilisées. Les résultats montrent que pour la plupart des plantes testées, les plus fortes concentrations en ET ont été trouvées dans les racines alors que les plus faibles niveaux s’observaient dans les parties aériennes, sauf pour le Ni dans le Salix nigra. Ceci suggère que le Ni peut être extrait du sol par des récoltes régulières des tiges et des feuilles de cette espèce de saule. Les pools labiles de l’Ag, Ni et du Cu dans la rhizosphère étaient significativement et différemment affectés par la présence des plantes. Toutefois, la présence des plantes testées n’a pas affecté certains paramètres clés de la rhizosphère (ex. le pH, conductivité, et le pourcentage de matière organique). À l’opposé, les niveaux de COD dans la rhizosphère de toutes les plantes testées se sont révélés supérieurs en comparaison des témoins (sols non plantés). De plus, une corrélation positive a pu être établie entre la concentration disponible du Ni et la concentration en COD. Une relation similaire a été déterminée pour le Cu. Ceci suggère que certains systèmes racinaires pourraient modifier les niveaux de COD et avoir un impact indirect sur les pools labiles des ET dans le sol.

Nitrification in a packed bed bioreactor integrated into amarine recirculating maturation system under different substrate concentrations and flow rates

BACKGROUND: A packed bed bioreactor (PBBR) activated with an indigenous nitrifying bacterial consortia was developed and commercialized for rapid establishment of nitrification in brackish water and marine hatchery systems in the tropics. The present study evaluated nitrification in PBBR integrated into a Penaeus monodon recirculating maturation system under different substrate concentrations and flow rates. RESULTS:Instantnitrificationwasobservedafter integration ofPBBRinto thematuration system.TANandNO2-Nconcentrations were always maintained below0.5 mg L−1 during operation. The TANandNO2-N removalwas significant (P < 0.001) in all the six reactor compartments of the PBBR having the substrates at initial concentrations of 2, 5 and 10 mg L−1. The average volumetric TAN removal rates increased with flow rates from 43.51 (250 L h−1) to 130.44 (2500 L h−1) gTAN m−3 day−1 (P < 0.05). FISH analysis of the biofilms after 70 days of operation gave positive results with probes NSO 190 ((β ammonia oxidizers), NsV 443 (Nitrosospira spp.) NEU (halophilic Nitrosomonas), Ntspa 712 (Phylum Nitrospira) indicating stability of the consortia. CONCLUSION: The PBBR integrated into the P. monodon maturation system exhibited significant nitrification upon operation for 70 days as well as at different substrate concentrations and flow rates. This system can easily be integrated into marine and brackish water aquaculture systems, to establish instantaneous nitrification

Effects of grassland renovation on carbon concentrations and aggregate distribution in temperate grassland soils

The effects of continuous tillage on the distribution of soil organic matter (SOM) and aggregates have been well studied for arable soils. However, less is known about the effects of sporadic tillage on SOM and aggregate dynamics in grassland soils. The objectives of the present thesis were (I) to study the longer-term effects of sporadic tillage of grassland on organic carbon (Corg) stocks and the distribution of aggregates and SOM, (II) to investigate the combined effects of sporadic tillage and fertilization on carbon and nitrogen dynamics in grassland soils, and (III) to study the temporal dynamics of Corg stocks, aggregate distribution and microbial biomass in grassland soils. Soil samples were taken in three soil depths (0 – 10 cm; 10 – 25 cm; 25 – 40 cm) from a field trial with loamy sandy soils (Cambisols, Eutric Luvisols, Stagnosols, Anthrosols) north of Kiel, Germany. For Objective I we have sampled soil two and five years after one or two tillage operation(s). Treatments consisted of (i) permanent grassland, (ii) tillage of grassland followed by a re-establishment of grassland and (iii) tillage of grassland followed by a re-establishment of grassland with one season of winter wheat in between. The tillage in grassland led to a reduction in Corg stocks, large macroaggregates (>2000 µm) and SOM in the top 10 cm soil depth. These findings were still significant two years after tillage; however, five years after tillage no longer present. Regarding the soil profile (0 – 40 cm) no significant differences in the mentioned parameters between the tilled plots and the permanent grassland existed. A second tillage event and the insertion of one season of winter wheat did not lead to any further effects on Corg stocks as well as aggregate and SOM concentrations in comparison with a single tillage event in these grassland soils. Treatments adapted for Objective II included (i) long-term grassland and (ii) tillage of grassland followed by a re-establishment of grassland with one season of winter wheat in between. The plots were split and received either 240 kg N ha-1 year-1 in the form of cattle slurry or no cattle slurry application. The application of slurry within a period of four years had no effects on the Corg and total nitrogen stocks or the aggregate distribution, but led to a reduction of free and not physically protected SOM. However, the application of cattle slurry and the grassland renovation seems to change the plant species composition and therefore generalizations on the direct effects are not yet possible. For studying Objective III a further field trial was initiated in September 2010. Soil samples were taken six times within one year (from October 2010 to October 2011) (i) after the conversion from arable land into grassland, (ii) after the tillage of grassland followed by a re-establishment of grassland and (iii) in a permanent grassland. We found an increase in the microbial and fungal biomass after the conversion of arable land into grassland, but no effect on aggregate distribution and Corg stocks. A one-time tillage operation in grassland led to a reduction in large macroaggregates and Corg stocks in the top 10 cm soil depth with no effect on the sampled soil profile. However, we found large variations in the fungal biomass and aggregate distribution within one year in the permanent grassland, presumably caused by environmental factors. Overall, our results suggest that a single tillage operation in grassland soils markedly decreased the concentrations of Corg, larger aggregates and SOM. However, this does not result in long-lasting effects on the above mentioned parameters. The application of slurry cannot compensate the negative effects of a tillage event on aggregate concentrations or Corg stocks. However, while the Corg concentration is not subject to fluctuations within a year, there are large variations of the aggregate distribution even in a permanent grassland soil. Therefore conclusions of results from a single sampling time should be handled with care.

Soil, water and nutrient loss under conventional and organic vegetable production managed in small farms

Agricultural systems with conventional tillage and intensive use of agrochemicals, especially those on high slopes and with shallow soils, have the potential to release pollutants. This study aimed at evaluating the soil, water and nutrient lost via agricultural runoff in large plots (small catchments) under conventional and organic farming of vegetables as well as under forest (control) system in a Cambisol in the Campestre catchment. Samples of runoff were collected biweekly for one year through a Coshocton wheel. The soil and water losses from the conventional farming were 218 and 6 times higher, respectively, than forest. Under organic farming the soil and water losses were 12 and 4 times higher, respectively, than forest. However the soil losses (0.5 to 114 kg ha^(−1) year^(−1)) are considered low in agronomy but environmentally represent a potential source of surface water contamination by runoff associated pollutants. The concentrations and losses of all forms of phosphorus (P) were higher in the conventional system (9.5, 0.9 and 0.3 mg L^(−1) of total P for conventional, organic and forest systems, respectively), while the organic system had the highest concentrations and losses of soluble nitrogen (4.7, 38.6 and 0.4 mg L^(−1) of NO_3-N, respectively). The percentage of bioavailable P was proportionally higher in the organic system (91% of total P lost was as bioavailable P), indicating greater potential for pollution in the short term.