Disponibilidade hídrica e utilização do nitrogênio em cana-de-açúcar irrigada por gotejamento subsuperficial

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Gesso agrícola melhora a qualidade fertilizante da cama de frango?

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Methane emission from soil under long-term no-till cropping systems

Methane (CH4) emission from agricultural soils increases dramatically as a result of deleterious effect of soil disturbance and nitrogen fertilization on methanotrophic organisms; however, few studies have attempted to evaluate the potential of long-term conservation management systems to mitigate CH4 emissions in tropical and subtropical soils. This study aimed to evaluate the long-term effect (>19 years) of no-till grass- and legume-based cropping systems on annual soil CH4 fluxes in a formerly degraded Acrisol in Southern Brazil. Air sampling was carried out using static chambers and CH4 analysis by gas chromatography. Analysis of historical data set of the experiment evidenced a remarkable effect of high C- and N-input cropping systems on the improvement of biological, chemical, and physical characteristics of this no-tilled soil. Soil CH4 fluxes, which represent a net balance between consumption (-) and production (+) of CH4 in soil, varied from -40 +/- 2 to +62 +/- 78 mu g C m(-2) h(-1). Mean weighted contents of ammonium (NH4+-N) and dissolved organic carbon (DOC) in soil had a positive relationship with accumulated soil CH4 fluxes in the post-management period (r(2) = 0.95, p = 0.05), suggesting an additive effect of these nutrients in suppressing CH4 oxidation and stimulating methanogenesis, respectively, in legume-based cropping systems with high biomass input. Annual CH4 fluxes ranged from -50 +/- 610 to +994 +/- 105 g C ha(-1), which were inversely related to annual biomass-C input (r(2) = 0.99, p = 0.003), with the exception of the cropping system containing pigeon pea, a summer legume that had the highest biologically fixed N input (>300 kg ha(-1) yr(-1)). Our results evidenced a small effect of conservation management systems on decreasing CH4 emissions from soil, despite their significant effect restoring soil quality. We hypothesized that soil CH4 uptake strength has been off-set by an injurious effect of biologically fixed N in legume-based cropping systems on soil methanotrophic microbiota, and by the methanogenesis increase as a result of the O-2 depletion in niches of high biological activity in the surface layer of the no-tillage soil. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Elaboración de un mapa de lixiviación de nitratos mediante una metodología de acople SIG-modelo de simulación : aplicación al acuífero de La Aldea (Gran Canaria)

[ES] La contaminación difusa por nitrato constituye una de las mayores amenazas actuales para la calidad de las aguas subterráneas. De hecho, varias directivas europeas, nacionales y regionales se han legislado con el fin de minimizar el efecto de las prácticas agrarias en la contaminación de los acuíferos por nitratos. El acuífero de La Aldea (Gran Canaria, España) se ha declarado como vulnerable a la contaminación por nitrato según dichas normas. En este estudio se presenta una metodología para desarrollar el acople de un sistema de información geográfica-SIG con el modelo de simulación de nitrato GLEAMS. Esta herramienta permite calcular la cantidad de nitrato lixiviado procedente de los cultivos de tomate bajo invernadero y da la oportunidad de simular otros rangos de fertilización para minimizar el riesgo de contaminación de las aguas subterráneas. Se comprueba que la pérdida de nitrato por lixiviación en la zona a partir de dichos cultivos podía llegar a los 500 kg N/ha, casi un 62% del aportado como fertilizante mineral en un manejo tradicional. Por ello, se aconseja la aplicación de las recomendaciones de abonado incluidas en el código de buenas prácticas agrarias de Canarias o cualquier otro sistema de recomendación de abonado mineral para reducir estas pérdidas, minimizando de esta forma el riesgo de contaminación de las aguas subterráneas. ABSTRACT: Nitrate diffuse pollution is one of the main risks that affect the groundwater quality. Several european directives, national and regional guidelines have been enacted to protect the aquifers against the effect of the agricultural management practices. The “La Aldea” aquifer was declared nitrate vulnerable area following these laws. In this study a methodology was developed to link a Geographical Information System (GIS) with a nitrogen simulation model (GLEAMS) in this area. This tool allows to assess the amount of nitrate leaching that coming from the traditional nitrogen fertilization rates in greenhouses tomato crops, and gives the opportunity to simulate other fertilization rates to reduce the risk of groundwater pollution. The nitrate leaching reached to 500 kg N/ha in several zones of the study area, that represent the 62% of the nitrogen fertiliser apply in a traditional management. It was recommended the application of the Code of Good Management Practices or other recommendation system to decrease the nitrate leaching, in order to reduce the risk of groundwater pollution.

Influence of plant structure, cultural pratices and environmental conditions on the development of the bacterial canker of kiwifruits

Italy has a preeminent rank in kiwifruit industry, being the first exporter and the second largest producer after China. However, in the last years kiwifruit yields and the total cultivated area considerably decreased, due to the pandemic spread of the bacterial canker caused by Pseudomonas syringae pv. actinidiae (Psa). Several climatic conditions and cultural practices affect the development of the bacterial canker. This research work focused on the impact of agricultural practices and microclimate conditions on the incidence and epidemiology of Psa in the orchard. Therefore, the effect of fertilization, irrigation, use of bio-regulators, rootstock, training system and pruning were examined. The effect of different tunnel systems was analyzed as well, to study the plant-pathogen interaction. Considering the importance of insects as vectors in other pathosystems, the role of Metcalfa pruinosa in the spread of the bacterial canker was investigated in controlled conditions. In addition, quality and storage properties of fruits from infected plants were assessed. The study of all these aspects of the agronomic practices is useful to define a strategy to limit the bacterial diffusion in the orchard. Overall, excess nitrogen fertilization, water stress, stagnant water supplies, pruning before summer and the high number of Metcalfa pruinosa increased the Psa incidence. In contrast, tunnel covers may be useful for the control of the disease, with special attention to the kind of material.

Historical and idealized climate model experiments: an intercomparison of Earth system models of intermediate complexity

Both historical and idealized climate model experiments are performed with a variety of Earth system models of intermediate complexity (EMICs) as part of a community contribution to the Intergovernmental Panel on Climate Change Fifth Assessment Report. Historical simulations start at 850 CE and continue through to 2005. The standard simulations include changes in forcing from solar luminosity, Earth's orbital configuration, CO2, additional greenhouse gases, land use, and sulphate and volcanic aerosols. In spite of very different modelled pre-industrial global surface air temperatures, overall 20th century trends in surface air temperature and carbon uptake are reasonably well simulated when compared to observed trends. Land carbon fluxes show much more variation between models than ocean carbon fluxes, and recent land fluxes appear to be slightly underestimated. It is possible that recent modelled climate trends or climate–carbon feedbacks are overestimated resulting in too much land carbon loss or that carbon uptake due to CO2 and/or nitrogen fertilization is underestimated. Several one thousand year long, idealized, 2 × and 4 × CO2 experiments are used to quantify standard model characteristics, including transient and equilibrium climate sensitivities, and climate–carbon feedbacks. The values from EMICs generally fall within the range given by general circulation models. Seven additional historical simulations, each including a single specified forcing, are used to assess the contributions of different climate forcings to the overall climate and carbon cycle response. The response of surface air temperature is the linear sum of the individual forcings, while the carbon cycle response shows a non-linear interaction between land-use change and CO2 forcings for some models. Finally, the preindustrial portions of the last millennium simulations are used to assess historical model carbon-climate feedbacks. Given the specified forcing, there is a tendency for the EMICs to underestimate the drop in surface air temperature and CO2 between the Medieval Climate Anomaly and the Little Ice Age estimated from palaeoclimate reconstructions. This in turn could be a result of unforced variability within the climate system, uncertainty in the reconstructions of temperature and CO2, errors in the reconstructions of forcing used to drive the models, or the incomplete representation of certain processes within the models. Given the forcing datasets used in this study, the models calculate significant land-use emissions over the pre-industrial period. This implies that land-use emissions might need to be taken into account, when making estimates of climate–carbon feedbacks from palaeoclimate reconstructions.

Discontinuity in the responses of ecosystem processes and multifunctionality to altered soil community composition

Ecosystem management policies increasingly emphasize provision of multiple, as opposed to single, ecosystem services. Management for such "multifunctionality" has stimulated research into the role that biodiversity plays in providing desired rates of multiple ecosystem processes. Positive effects of biodiversity on indices of multifunctionality are consistently found, primarily because species that are redundant for one ecosystem process under a given set of environmental conditions play a distinct role under different conditions or in the provision of another ecosystem process. Here we show that the positive effects of diversity (specifically community composition) on multifunctionality indices can also arise from a statistical fallacy analogous to Simpson's paradox (where aggregating data obscures causal relationships). We manipulated soil faunal community composition in combination with nitrogen fertilization of model grassland ecosystems and repeatedly measured five ecosystem processes related to plant productivity, carbon storage, and nutrient turnover. We calculated three common multifunctionality indices based on these processes and found that the functional complexity of the soil communities had a consistent positive effect on the indices. However, only two of the five ecosystem processes also responded positively to increasing complexity, whereas the other three responded neutrally or negatively. Furthermore, none of the individual processes responded to both the complexity and the nitrogen manipulations in a manner consistent with the indices. Our data show that multifunctionality indices can obscure relationships that exist between communities and key ecosystem processes, leading us to question their use in advancing theoretical understanding-and in management decisions-about how biodiversity is related to the provision of multiple ecosystem services.

Factores que afectan la emisión de escapo floral y producción de bulbillos aéreos en ajo (Allium sativum L.)

El ajo constituye el principal producto agrícola no transformado destinado a la exportación en Mendoza. En la Argentina, la ausencia de cultivares específicas de ajo y producción de semilla fiscalizada han sido unas de las principales debilidades del sistema exportador. Para que los materiales provenientes de los planes de mejoramiento y saneados lleguen rápidamente al productor es necesario acelerar la tasa de multiplicación de los mismos. Con esta finalidad, los bulbillos aéreos que se forman en el extremo del escapo de ajo tipo “colorado" (Grupo IV, Argentina) libre de virus, pueden ser utilizados como propágulos en la producción de ajo “semilla". El objetivo general del presente trabajo fue establecer la influencia del: genotipo, liberación de virus (OYDV y LYSV), tamaño de “diente" empleado como propágulo, fertilización nitrogenada y conservación de los escapos luego de la cosecha, en la producción de bulbillos aéreos. En Mendoza, Argentina, se evaluaron durante el ciclo 1994, 32 introducciones de ajo tipo “colorado" de distinto origen, por su hábito de floración y producción de bulbillos aéreos. Se llevaron a cabo durante los años 1995 y 1996 dos ciclos de ensayos, en los que se evaluó en una población clonal de ajo “colorado criollo" (AR-I-051) y una de ajo “ruso" (AR-I-033) el efecto del saneamiento viral sobre la floración y producción de bulbillos aéreos, trabajando con material crónicamente enfermo y libre de OYDV y LYSV. En AR-I-051 además se estudió el efecto del tamaño de “diente" (2; 3,5 y 5 g ó 1,2; 3,2 y 5,2 g) e influencia de la fertilización nitrogenada (0, 50 y 100 kg.ha-1 de N como SO4(NH4)2). Entre 1995 y 1998, se compararon diversas métodos de “curado" de los escapos luego de la cosecha de las plantas (en planta entera, cortados de distintas longitudes, mantenidos en seco o con inmersión de sus bases en agua o en solución nutritiva con o sin el regulador del crecimiento CCC). Se concluye que la producción de bulbillos aéreos depende del genotipo considerado. En ajo “colorado" se distinguen 5 grupos por su modalidad de floración y potencialidad de producción de bulbillos. La producción de bulbillos aéreos útiles (>2,4 mm de diámetro) depende del tiempo transcurrido entre floración y cosecha y no entre plantación y floración. Se puede predecir la cantidad de bulbillos aéreos útiles (Numa) sobre la base del diámetro de espata (espa) y la longitud de escapo (long) al momento de cosecha, según la ecuación: Numa = - 81,62 + 4,79 espa + 1,05 long (r2 = 0,88). v La capacidad de cada genotipo de emitir escapos, disminuye con la liberación de OYDV y LYSV, por lo que la producción por hectárea de bulbillos aéreos útiles es menor en el material saneado. El empleo de material saneado, “dientes" grandes, como la fertilización con N producen plantas de mayor tamaño y con mayor área foliar, lo que se traduce en un mayor rendimiento en la producción de bulbos. Sin embargo, la producción de bulbillos aéreos por hectárea disminuye, debido al menor porcentaje de plantas que emiten escapos y no a la disminución del número de bulbillos por planta. En cambio, todas aquellas condiciones que favorecen menor expresión vegetativa de las plantas aumentan la emisión de escapos. El “curado" de los escapos separados de la planta madre se puede llevar a cabo sin necesidad de realizar la inmersión de la base de los mismos en agua o en solución nutritiva con o sin CCC. La longitud a la cual se deben cortar los escapos, de manera de no afectar la producción de bulbillos, depende del grado de crecimiento de los bulbillos en el campo. La longitud de corte del escapo en ajo “criollo", con escaso crecimiento de los bulbillos aéreos en el campo, no debe ser inferior a 50 cm. En ajo “ruso", que presenta al momento de cosecha de las plantas un desarrollo avanzado de los bulbillos aéreos, los escapos pueden cortarse de menor longitud, sin afectar la producción de bulbillos aéreos. La longitud del escapo, en planta o separado de ella, afecta la producción de bulbillos aéreos en forma directamente proporcional.

Evaluación del rendimiento y calidad de cultivares de ajo colorado fertirrigados con nitrógeno

El objetivo de este trabajo fue diferenciar cultivares monoclonales de ajos colorados argentinos por sus características productivas, de calidad y respuesta a la fertilización nitrogenada en la región de Cuyo. Durante la campaña 2003 se realizó un ensayo en La Consulta, San Carlos, Mendoza, Argentina (950 msnm; 33° 42' S y 69° 04' W). El diseño experimental fue en franjas con parcelas divididas dispuestas en un diseño de bloques completos al azar de tres repeticiones en el cual las dosis de nitrógeno (75, 150, 225 y 300 kg de N·ha-1) incorporadas como SolUAN (30 % N) se asignaron a las parcelas principales y las subparcelas correspondieron a cinco clones de ajo: Fuego INTA, Sureño INTA, Gostoso INTA, Inco 30 y Rubí INTA. Se adicionó además un tratamiento control sin nitrógeno. En el análisis estadístico de los rendimientos (r2 = 0,81; cv%: 8,48 y p < 0,0001) se detectaron efectos significativos de las variables cultivares y dosis de fertilización nitrogenada pero no de la interacción de ambas. Se determinó que en suelos con contenidos medios de nitrógeno total (800 mg·kg-1), la dosis que maximiza los rendimientos es de 150 kg N·ha-1 en todas las cultivares salvo Gostoso cuyo valor crítico resultó mayor que el resto. El incremento de rendimiento atribuible a la fertirrigación con 150 kg N·ha-1 respecto del testigo fue: 45 % en Rubí (17,7 t· ha-1), 31 % en Fuego (15,3 t·ha-1), 19 % en Inco (15,4 t·ha-1) y 23 % en Sureño (13 t·ha-1). Gostoso aumentó un 21 % (13,8 t·ha-1) su rendimiento respecto del testigo con la dosis de 300 kg N·ha-1. El análisis de clasificación jerárquica permitió agrupar los genotipos según su potencial productivo, de mayor a menor, en tres clases: I: cv. Rubí ; II: cv. Inco 30 y cv. Fuego; III: cv. Sureño y Gostoso. La fertilización nitrogenada incrementó la manifestación de malformaciones en todas las cultivares respecto del testigo sin fertilización, excepto Sureño que presentó mayores anormalidades en el tratamiento testigo sin fertilizar.

Variación de la concentración de nitratos en un suelo franco limoso del Alto Valle de Río Negro.

La abundancia y bajo costo del recurso hídrico en el Alto Valle de Río Negro combinados con un manejo ineficiente del mismo, principalmente durante la primera parte de la primavera, época en la que los productores riegan con mayor frecuencia para luchar pasivamente contra las probables heladas tardías, permiten inferir que los nitratos presentes en el suelo, así como el aportado por los fertilizantes nitrogenados, están sujetos al lixiviado durante una gran parte del ciclo productivo. En la actualidad no existen estudios regionales que ilustren la variación estacional de la concentración de nitratos en la zona de exploración radical de frutales, por lo que se inició el presente trabajo con el propósito de: a) medir la concentración de los nitratos en el perfil del suelo cultivado con manzanos, desde el período de floración hasta el inicio de caída de hojas, con fertilización nitrogenada en dos dosis y sin fertilización a distintas profundidades de extracción; b) determinar la eficiencia del riego a manto de dicho monte. Se ensayaron dos concentraciones de nitrógeno, adicionado como nitrato de amonio en dos oportunidades: el 50% a la caída de los pétalos y el 50% restante cercano a la cosecha, correspondiendo a dosis de 100 kg ha-1 (N1), 200 kg ha-1 (N2) y un testigo sin agregado de N (N0), durante el período 2004-2005 y 2005-2006. Para determinar los niveles de N en el suelo, expresado como nitratos, se extrajeron muestras del mismo a tres profundidades 0-30; 30-60; 60-90 cm, al inicio de floración, antes del primer riego y después de cada riego. La lámina de agua empleada para el riego a manto osciló entre 1712 y 2400 mm, con un aprovechamiento a campo del 30%. La concentración de nitratos fue baja cuando no se fertilizó, manteniéndose alrededor de 22 mg kg-1 en superficie y reduciéndose a la mitad a la profundidad de 30-60 cm, durante el período de muestreo. En ambas dosis empleadas, el contenido de nitratos del suelo fue mayor llegando a 175 y 300 mg kg-1, respectivamente. Estos valores se igualan a los del testigo a los 30 días en el caso de N1 y a los 60 días para N2. Los resultados permiten inferir que la concentración de nitratos fue efímera en el perfil del suelo y mejoró la eficiencia de riego, principalmente durante la primavera con el fin de minimizar pérdidas de nitrógeno.

Ajo nieve INTA : densidad de plantación y fertirrigación nitrogenada

Se estudió el efecto de tres densidades de plantación (20 (D20), 30 (D30) y 40 (D40) plantas m-2) y cinco dosis de fertilización nitrogenada (0 (N0), 75 (N75), 150 (N150), 225 (N225) y 300 (N300) kg de N ha-1), sobre el rendimiento y la calidad de ajo (Allium sativum L.) de la cultivar Nieve INTA (tipo blanco), bajo riego por goteo. Se realizó un ensayo en el INTA La Consulta, Mendoza, Argentina, en un suelo Torrifluvente típico franco arenoso profundo (Soil Taxonomy). Se utilizaron cintas de riego por goteo T-Tape 508-30, colocadas en el medio de la cama de plantación con un caudal de 2.7 L m-1 h-1. El máximo rendimiento (13 t ha-1) de ajo seco y limpio se logró con una densidad de plantación de 40 plantas m-2 y con dosis de 225 kg N ha-1. Las relaciones halladas entre los rendimientos de bulbos y las dosis de nitrógeno de 0, 75, 150, 225 y 300 kg N ha-1 fueron de tipo cuadrático (P < 0.001), con r2= 0.89; 0.91 y 0.84 para D 20, D30 y D40, respectivamente. Se encontró diferencias significativas (P < 0.05), con respecto a rendimiento, entre líneas externas e internas de la cama de plantación en la densidad de 40 000 plantas ha-1. La línea externa rindió más que la interna. Los porcentajes en peso de bulbos comerciales (C5+C6+C7) sobre el total de bulbos cosechados para las densidades D20, D30 y D40 fueron de 80.1 %; 66.7 % y 56.1 %, respectivamente.

Fertilización nitrogenada en plantines de pimiento (Capsicum annuum L.) cultivados en sustratos con diferentes proporciones de materiales compostados : efecto sobre los parámetros de calidad del plantín

La etapa inicial en el crecimiento de los plantines constituye el momento más crítico en su producción. Los materiales compostados pueden resultar beneficiosos por el aporte de nutrientes y la mejora en la condición física del medio de crecimiento. Para evaluar el efecto de sustratos preparados con y sin materiales compostados [Testigo (60% turba de Sphagnum+40% perlita); Mezcla I (45% turba de Sphagnum+30% perlita+25% material compostado); Mezcla II (30% turba de Sphagnum+20% perlita+50% material compostado) y un sustrato Comercial (turba de Sphagnum+40% compost+perlita+vermiculita], sobre la nutrición inicial de plantines de pimiento (Capsicum annuum L.), se realizó un ensayo fertilizando con 0, 150 y 300 mg N L-1. Se determinaron altura, diámetro del tallo y pesos frescos y secos de hoja, tallo y raíz. Se calculó relación vástago/raíz y hoja/tallo en fresco y seco, y porcentual de materia seca. El diseño experimental fue completamente aleatorizado con cuatro repeticiones. Los materiales compostados mejoraron la calidad de los plantines, los cuales no fueron afectados cuando se aplicó N a los sustratos con compost, y sólo se observaron leves mejoras en el crecimiento de los plantines al fertilizar los sustratos carentes de compost, debido a su escasa retención hídrica y elevada lixiviación de N.

Fertilización del kiwi (Actinidia deliciosa (A. Chev.) C. F. Liang & A. R. Ferguson, cv. Hayward) durante la etapa de implantación en el sudeste bonaerense (Argentina)

En una plantación de kiwi situada en Balcarce (provincia de Buenos Aires, Argentina), se evaluó el efecto de la fertilización nitrogenada y potásica sobre el crecimiento de la planta durante la etapa de implantación, en la temporada 2008 - 2009. Los tratamientos fueron T: control sin fertilizar, N: fertilizado con nitrógeno (48 kg/ha N), K: fertilizado con potasio (60 kg/ha K) y NK: fertilizado con nitrógeno y potasio (48 kg/ha N - 60 kg/ha K). Se realizaron muestreos periódicos de: longitud de tallo, longitud del último entrenudo y área foliar. Se determinó el diámetro del tallo a fin de temporada y la distribución de raíces en el perfil de suelo en plena dormición. Se efectuaron análisis foliares de macronutrientes, así como N mineral, N anaeróbico (NAN) y carbono orgánico (CO) en el suelo. El suelo correspondió a un Argiudol, con niveles de NAN entre 85 - 100 mg/kg y de CO de 45 - 50 g/kg en los primeros 30 cm. Los resultados obtenidos, en cuanto al crecimiento de la parte aérea de la planta, no constituyen evidencia suficiente para justificar la fertilización con N y K bajo las condiciones experimentales del estudio. Aun en el T, los niveles foliares de N y K se mantuvieron dentro de los estándares normales. El sistema radical, observado durante el reposo, se habría visto beneficiado por la fertilización nitrogenada. En el estrato de suelo comprendido entre 10 y 20 cm se determinó un promedio de 61 raíces/100 cm2, en el tratamiento N, 40 en el tratamiento combinado NK, 28 en el tratamiento K, y 19 en el testigo.

Uso de marcadores moleculares para la racionalización y evaluación de la calidad en las colecciones de Recursos Fitogenéticos de trigo

Esta tesis tiene dos objetivos generales: el primero, analizar el uso de proteínas del endospermo y SSRs para la racionalización de las colecciones de trigo, y el segundo, estudiar la influencia de las proteínas del endospermo, del año de cultivo y del abonado nitrogenado en la calidad en un grupo de variedades locales españolas. Dentro del primer objetivo, se estudió la diversidad genética de la colección de Triticum monococcum L. (escaña menor), y de una muestra de la colección de Triticum turgidum L. (trigo duro) del CRF-INIA, con 2 y 6 loci de gliadinas, y 6 y 24 SSRs, para la escaña menor y el trigo duro, respectivamente. Ambas colecciones presentaron una gran diversidad genética, con una gran diferenciación entre las variedades y pequeña dentro de ellas. Los loci de gliadinas mostraron una gran variabilidad, siendo los loci Gli-2 los más útiles para distinguir variedades. En la escaña menor, las gliadinas presentaron mayor poder de discriminación que los SSRs; aunque en trigo duro los SSRs identificaron más genotipos. El número de alelos encontrado fue alto; 24 y 38 en gliadinas, y 29 y 203 en SSRs, en escaña menor y trigo duro, respectivamente. En trigo duro, se identificaron 17 alelos nuevos de gliadinas lo que demuestra que el germoplasma español es muy singular. En ambas especies, se detectaron asociaciones entre la variación alélica en prolaminas y el origen geográfico y filogenético de las variedades. La utilidad de las proteínas (6 loci de gliadinas, 2 loci de gluteninas y proteína total) y de los SSRs (24 loci) para verificar duplicados, y analizar la variabilidad intraaccesión, se estudió en 23 casos de duplicados potenciales de trigo duro. Los resultados indicaron que tanto los biotipos como las accesiones duplicadas mostraban el mismo genotipo en gliadinas, pocas diferencias o ninguna en las subunidades de gluteninas HMW y proteína total, y diferencias en menos de tres loci de SSRs. El mismo resultado se obtuvo para los biotipos de la colección de T. monococcum. Sin embargo, las discrepancias observadas en algunos casos entre proteínas y SSRs demostraron la utilidad del uso conjunto de ambos tipos de marcadores. Tanto las proteínas como los SSRs mostraron gran concordancia con los caracteres agro-morfológicos, especialmente cuando las diferencias entre los genotipos eran grandes. Sin embargo, los caracteres agro-morfológicos fueron menos discriminantes que los marcadores moleculares. Para el segundo objetivo de la tesis, se analizó la variación alélica en siete loci de prolaminas relacionados con la calidad en trigo duro: Glu-A1 y Glu-B1 de gluteninas HMW, Glu-A3, Glu-B3 y Glu-B2 de gluteninas B-LMW, y Gli-A1 y Gli-B1 de gliadinas. La submuestra analizada incluía variedades locales de todas las provincias españolas donde se ha cultivado tradicionalmente el trigo duro. Todos los loci, excepto el Glu-B2, mostraron gran variabilidad genética, siendo los Glu-3 los más polimórficos. En total, se identificaron 65 alelos, de los que 29 eran nuevos, que representan una fuente importante de variabilidad genética para la mejora de la calidad. Se detectaron diferencias en la composición en prolaminas entre la convar. turgidum y la zona norte, y la convar. durum y la zona sur; el genotipo Glu-B3new-1 - Gli-B1new-1 fue muy común en la convar. turgidum, mientras que el Glu-B3a - Gli-B1c, asociado con mejor calidad, fue más frecuente en la convar. durum. En la convar. turgidum, se observó mayor variabilidad que en la convar. durum, principalmente en los loci Glu-B1 y Glu-B3, lo que indica que esta convariedad puede ser una fuente valiosa de nuevos alelos de gluteninas. Esta submuestra fue evaluada para calidad (contenido en proteína, P, y test de sedimentación, SDSS) con dos dosis de abonado nitrogenado (N), y en dos años diferentes. No se detectaron interacciones Variedad × Año, ni Variedad × N en la calidad. Para la P, los efectos ambientales (año y N) fueron mayores que el efecto de la variedad, siendo, en general, mayor la P con dosis altas de N. La variedad influyó más en el test SDSS, que no se vio afectado por el año ni el N. El aumento del contenido en proteína no influyó significativamente sobre la fuerza del gluten estimada con el SDSS. Respecto a la influencia de las prolaminas en la fuerza del gluten, se confirmó la superioridad del Glu-B3a; aunque también se detectó una influencia alta y positiva de los alelos nuevos Glu-A3new-1, y Glu-B3new-6 y new-9. La no correlación entre el rendimiento (evaluado en un trabajo anterior) y la P, en las variedades adaptadas a bajo N, permitió seleccionar cuatro variedades locales con alto rendimiento y buena fuerza del gluten para producción con bajo N. SUMMARY There are two main objectives in this thesis: The first, to analyse the use of endosperm proteins and SSRs to rationalize the wheat collections, and the second, to study the influence on quality of endosperm proteins, year and nitrogen fertilization in a group of Spanish landraces. For the first objective, we studied the genetic diversity of the collection of Triticum monococcum L. (cultivated einkorn), and of a sample of the collection of Triticum turgidum L. (durum wheat) maintained at the CRF-INIA. Two and 6 gliadin loci, and 6 and 24 SSRs, were used for einkorn and durum wheat, respectively. Both collections possessed a high genetic diversity, being the differentiation large between varieties and small within them. Gliadin loci showed great variability, being the loci Gli-2 the most useful for distinguish among varieties. In einkorn, the gliadins showed higher discrimination power than SSRs; although SSRs identified more genotypes in durum wheat. Large number of alleles were found; 24 and 38 in gliadins, and 29 and 203 in SSRs, for einkorn and durum wheat, respectively. In durum wheat, 17 new alleles of gliadins were identified, which indicate that Spanish durum wheat germplasm is rather unique. Some associations between prolamin alleles and geographical and phylogenetic origin of varieties were found in both species. The value of endosperm proteins (6 gliadin loci, 2 glutenin loci and total protein) and SSRs (24 loci) for validation of duplicates, and monitoring the intra-accession variability, was studied in 23 potential duplicates of durum wheat. The results indicated that biotypes and duplicated accessions showed identical gliadin genotype, few or none differences in HMW glutenin subunits and total protein, and less than three different SSR loci. A similar result was obtained for biotypes of T. monococcum. However, the discrepancies in some cases support the convenience to use together both marker systems. A good concordance among endosperm proteins, agro-morphological traits and SSRs were also found, mainly when differences between genotypes were high. However, agro-morphological traits discriminated less between accessions than molecular markers. For the second objective of the thesis, we analysed the allelic variation at seven prolamin loci, involved in durum wheat quality: Glu-A1 and Glu-B1 of HMW glutenin, Glu-A3, Glu-B3 and Glu-B2 of B-LMW glutenin, and Gli-A1 and Gli-B1 of gliadin. The subsample analysed included landraces from all the Spanish provinces where the crop was traditionally cultivated. All the loci, except for Glu-B2, showed high genetic variability, being Glu-3 the most polymorphic. A total of 65 alleles were studied, 29 of them being new, which represent an important source of variability for quality improvement. Differences in prolamin composition were detected between convar. turgidum and the North zone, and the convar. durum and the South zone; the genotype Glu-B3new-1 - Gli-B1new-1 was very common in the convar. turgidum, while the Glu- B3a - Gli-B1c, associated with better quality, was more frequent in the convar. durum. Higher variability was detected in the convar. turgidum than in the convar. durum, mainly at the Glu-B1 and Glu-B3, showing that this convariety could be a valuable source of new glutenin alleles. The subsample was evaluated for quality (protein content, P, and sedimentation test, SDSS) with two doses of nitrogen fertiliser (N), and in two different years. No significant Variety x Year or Variety x Nitrogen interactions were detected. For P, environmental (year and N) effects were higher than variety effect, being P values , in general, larger with high dose of N. The variety exhibited a strong influence on SDSS test, which was not affected by year and N. Increasing values of P did not significantly influence on gluten strength, estimated with the SDSS. Respect to the prolamin effects on gluten strength, the superiority of Glu-B3a was confirmed; although a high positive effect of the new alleles Glu-A3new-1, and Glu-B3new-6 and new-9 was also detected. The no correlation between yield (evaluated in a previous research) and P, in the landraces adapted to low N, allowed to select four landraces with high yield and high gluten strength for low N production.

Global environmental impacts of agricultural expansion: The need for sustainable and efficient practices

The recent intensification of agriculture, and the prospects of future intensification, will have major detrimental impacts on the nonagricultural terrestrial and aquatic ecosystems of the world. The doubling of agricultural food production during the past 35 years was associated with a 6.87-fold increase in nitrogen fertilization, a 3.48-fold increase in phosphorus fertilization, a 1.68-fold increase in the amount of irrigated cropland, and a 1.1-fold increase in land in cultivation. Based on a simple linear extension of past trends, the anticipated next doubling of global food production would be associated with approximately 3-fold increases in nitrogen and phosphorus fertilization rates, a doubling of the irrigated land area, and an 18% increase in cropland. These projected changes would have dramatic impacts on the diversity, composition, and functioning of the remaining natural ecosystems of the world, and on their ability to provide society with a variety of essential ecosystem services. The largest impacts would be on freshwater and marine ecosystems, which would be greatly eutrophied by high rates of nitrogen and phosphorus release from agricultural fields. Aquatic nutrient eutrophication can lead to loss of biodiversity, outbreaks of nuisance species, shifts in the structure of food chains, and impairment of fisheries. Because of aerial redistribution of various forms of nitrogen, agricultural intensification also would eutrophy many natural terrestrial ecosystems and contribute to atmospheric accumulation of greenhouse gases. These detrimental environmental impacts of agriculture can be minimized only if there is much more efficient use and recycling of nitrogen and phosphorus in agroecosystems.