Studio di caratteri correlati a stress idrico in una collezione di cultivar di frumento duro (Triticum durum Desf.)

L’agricoltura si trova ad affrontare una diminuzione della disponibilità d’acqua ed una crescente domanda della produzione di cereali per scopi alimentari. Sono perciò necessarie strategie di coltivazione innovative per migliorare la produttività e nuovi genotipi migliorati nell'efficienza dell’uso delle risorse in condizioni di siccità. Questi rappresentano gli obietti principali del progetto “DROPS” (Drought tolerant yielding Plants) all’interno del quale ha avuto luogo il mio progetto di Dottorato. La mia attività di ricerca è stata svolta come segue: 1. Caratterizzazione molecolare di un panel di188 accessioni di frumento duro con marcatori SSR e DaRT; 2. Esperimenti in serra su 100 accessioni del panel per valutare la Water-Use Efficiency (WUE) in sei repliche secondo un Alpha Lattice design; 3. Prove sul campo, effettuate secondo un Alpha Lattice design, in due stagioni di crescita: a. 2010/11, valutazione di 100 accessioni presso l’Azienda sperimentale dell'Università di Cadriano (BO); b. 2011/12, valutazione del panel completo in 3 ambienti, con due diversi regimi irrigui In entrambi gli anni, abbiamo valutato caratteri agronomici correlati con il ciclo di sviluppo, la resa di granella e sue componenti, nonché diversi fattori ambientali e del suolo. Per quanto riguarda WUE, abbiamo trovato differenze altamente significative tra accessioni; inoltre, cinque accessioni hanno mostrato elevati valori di WUE e cinque accessioni valori molto bassi di WUE in tutte e sei le repliche. Gli esperimenti di campo nelle stagioni 2011 e 2012 hanno evidenziato differenze altamente significative tra le accessioni del panel per la maggior parte dei caratteri analizzati, confermando inoltre che il panel di fiorisce entro una settimana. L'esperimento del secondo anno ci ha permesso osservare un significativa interazione Genotipo X Ambiente. Questi risultati saranno integrati con ulteriori analisi QTL, per identificare regioni cromosomiche coinvolte nel controllo genetico dei caratteri di interesse e verificare la stabilità dei QTL in diversi ambienti.

Salinity Effect on Horticultural Crops: Morphological, Physiological, and Biomolecular Elements of Salinity Stress Response

Among abiotic stresses, high salinity stress is the most severe environmental stress. High salinity exerts its negative impact mainly by disrupting the ionic and osmotic equilibrium of the cell. In saline soils, high levels of sodium ions lead to plant growth inhibition and even death. Salt tolerance in plants is a multifarious phenomenon involving a variety of changes at molecular, organelle, cellular, tissue as well as whole plant level. In addition, salt tolerant plants show a range of adaptations not only in morphological or structural features but also in metabolic and physiological processes that enable them to survive under extreme saline environments. The main objectives of my dissertation were understanding the main physiological and biomolecular features of plant responses to salinity in different genotypes of horticultural crops that are belonging to different families Solanaceae (tomato) and Cucurbitaceae (melon) and Brassicaceae (cabbage and radish). Several aspects of crop responses to salinity have been addressed with the final aim of combining elements of functional stress response in plants by using several ways for the assessment of plant stress perception that ranging from destructive measurements (eg. leaf area, relative growth rate, leaf area index, and total plant fresh and dry weight), to physiological determinations (eg. stomatal conductance, leaf gas exchanges, water use efficiency, and leaf water relation), to the determination of metabolite accumulation in plant tissue (eg. Proline and protein) as well as evaluation the role of enzymatic antioxidant capacity assay in scavenging reactive oxygen species that have been generated under salinized condition, and finally assessing the gene induction and up-down regulation upon salinization (eg. SOS pathway).

Response of temperate grasslands at different altitudes to simulated summer drought differed but scaled with annual precipitation

Water is an important resource for plant life. Since climate scenarios for Switzerland predict an average reduction of 20% in summer precipitation until 2070, understanding ecosystem responses to water shortage, e.g. in terms of plant productivity, is of major concern. Thus, we tested the effects of simulated summer drought on three managed grasslands along an altitudinal gradient in Switzerland from 2005 to 2007, representing typical management intensities at the respective altitude. We assessed the effects of experimental drought on above- and below-ground productivity, stand structure (LAI and vegetation height) and resource use (carbon and water). Responses of community above-ground productivity to reduced precipitation input differed among the three sites but scaled positively with total annual precipitation at the sites (R2=0.85). Annual community above-ground biomass productivity was significantly reduced by summer drought at the alpine site receiving the least amount of annual precipitation, while no significant decrease (rather an increase) was observed at the pre-alpine site receiving highest precipitation amounts in all three years. At the lowland site (intermediate precipitation sums), biomass productivity significantly decreased in response to drought only in the third year, after showing increased abundance of a drought tolerant weed species in the second year. No significant change in below-ground biomass productivity was observed at any of the sites in response to simulated summer drought. However, vegetation carbon isotope ratios increased under drought conditions, indicating an increase in water use efficiency. We conclude that there is no general drought response of Swiss grasslands, but that sites with lower annual precipitation seem to be more vulnerable to summer drought than sites with higher annual precipitation, and thus site-specific adaptation of management strategies will be needed, especially in regions with low annual precipitation.

Challenging conservation agriculture on marginal slopes in Sehoul, Morocco

In Sehoul, Morocco, the use of marginal land for agriculture became a necessity for the local population due to increased poverty and the occupation of the best land by new owners. Desertification poses an additional threat to agricultural production on marginal slopes, which are often stony and degraded. In a participatory process embedded in the EU DESIRE research project, potential sustainable land management measures were selected to address land degradation and desertification. Promising experiences with no-tillage practices elsewhere in Morocco had motivated the Moroccan government to promote conservation agriculture throughout the country. This combination of crop rotation, minimal soil disturbance and soil cover maintenance, however, had not yet been tested on sloping degraded land. Field trials of grazing enclosure combined with no or minimum tillage were conducted on the plots of two farmers, and trial results were analyzed based on stakeholders’ criteria. Results suggest that increased soil cover with barley residues improved rainwater use efficiency and yields only slightly, although soil water was generally enhanced. Soil moisture measurements revealed that no-tillage was favorable mainly at soil depths of 5 cm and in connection with low-rainfall events (<20 mm); under these circumstances, moisture content was generally higher under no-tillage than under conventional tillage. Moreover, stakeholder discussion confirmed that farmers in Sehoul remain primarily interested in animal husbandry and are reluctant to change the current grazing system. Implementation of conservation agriculture is thus challenged both by the degraded, sloping and stony nature of the land, and by the socio-economic circumstances in Sehoul.

Resilient Adaptation to Climate Change in African Agriculture

Africa’s agriculture faces varying climate change impacts which mainly worsen production conditions and adversely affect its economies. Adaptations thus need to build the resilience of farming systems. Using “resilient adaptation” as a concept, this study analyses how adaptations at farm and policy/institutional-levels contribute to the resilience of Sub-Saharan African agriculture. The developed tool, “the Resilience Check”, provides socio-economic data which complements existing adaptation tools. The underlying development gaps such as insecure property rights, poverty, low self-organisation, inadequate climate data and infrastructure limit resilient adaptations. If farmers could implement recommended practices, existing measures and improved crops can address most impacts expected in the medium-term. However, resource use efficiency remains critical for all farm management types. Development-oriented adaptation measures are needed to provide the robust foundations for building resilience. Reaching the very poor remains a challenge and the externally driven nature of many interventions raises concern about their sustainability. The study recommends practical measures such as decentralising various services and integrating the action plans of the multilateral environmental agreements into one national action plan.

Producción de maíz bajo diferentes regímenes de riego complementario en Río Cuarto, Córdoba, Argentina. I. Rendimiento en grano de maíz y sus componentes

El maíz (Zea mays L.) es uno de los principales cultivos de la Pampa Húmeda de Argentina. El objetivo de este trabajo fue evaluar los efectos del riego complementario sobre el rendimiento de grano y sus componentes. El mismo se llevó a cabo en el ciclo agrícola 2001-2002, en el campo experimental de la Universidad Nacional de Río Cuarto. Se usó un diseño completamente al azar con 5 tratamientos y 4 repeticiones. Para efectuar la programación de los diferentes riegos se dividió el ciclo del cultivo en tres etapas: precrítico, crítico y poscrítico. Para la determinación del momento de riego se realizó un balance hídrico. El rendimiento de grano no mostró diferencias significativas en los cuatro tratamientos con riego, sin embargo, hubo diferencia significativa (α = 0,05) entre los tratamientos regados y no regados. En promedio el rendimiento en grano en los tratamientos regados fue de 72 % mayor que en el tratamiento sin riego. Los componentes del rendimiento fueron afectados significativamente (α = 0,05) por la falta de riego. La cantidad de agua aplicada varió entre 360 y 300 mm y el agua total consumida en el ciclo del cultivo (según el balance hídrico) fue para los tratamientos con riego, de 575 mm y para el testigo de 308 mm. La eficiencia del uso de agua para grano fue de 2.75 kg.m-3, en promedio.

Producción de maíz bajo diferentes regímenes de riego complementario en Río Cuarto, Córdoba, Argentina. II. Producción de materia seca

El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto del riego complementario sobre el rendimiento de materia seca del cultivo de maíz. Se usó un diseño completamente al azar con 5 tratamientos y 4 repeticiones. Para efectuar la programación de los diferentes tratamientos de riego se dividió el ciclo del cultivo en tres etapas (precrítico, crítico y poscrítico). Para la determinación del momento de riego se realizó un balance hídrico con datos climáticos obtenidos de la Estación Meteorológica ubicada en el lugar del ensayo. El riego se efectuó con un equipo presurizado de avance lateral. El maíz cumplió su ciclo en 138 días en todos los tratamientos y requirió 1660,6 grados día para alcanzar madurez fisiológica. El rendimiento de materia seca tuvo diferencias significativas (a = 0,05) entre los distintos tratamientos regados y entre éstos y el testigo. Los valores extremos de producción fueron de 34.628 kg.ha-1 en el tratamiento 1 y 20.414 kg.ha-1 en el tratamiento sin riego. La cantidad de agua aplicada varió entre 360 y 300 mm y el agua total consumida en el ciclo del cultivo, según el balance hídrico, fue para los tratamientos con riego de 575 mm ± 15 mm y para el testigo sin riego de 308 mm. La eficiencia de uso de agua para materia seca tuvo diferencias significativas (a = 0,05) entre los tratamientos regados (5,7 kg.m-3) y no regados (6,6 kg.m-3). El índice de cosecha fue de 0,49.

Influencia de restricciones hídricas poscosecha en el crecimiento vegetativo y reproductivo en plantaciones jóvenes de cerezo (Prunus avium L.)

En cerezos plantas con excesivo vigor son poco precoces, a menudo poco productivas y de difícil manejo en el cultivo. El exceso de vigor puede ser controlado con el uso de estrategias de riego deficitario controlado (RDC). Para contribuir a la racionalización del uso del recurso hídrico, controlar el crecimiento vegetativo vigoroso y estimular la producción precoz en plantaciones jóvenes de cerezo, se estableció un ensayo de RDC en un monte frutal comercial de la variedad Bing regado por goteo en la localidad de Agua Amarga, Mendoza, Argentina, Se evaluó la respuesta a distintos regímenes de riego poscosecha sobre parámetros de crecimiento vegetativo (crecimiento de brotes y tronco, área y peso seco foliar), reproductivo (densidad de floración, rendimiento y calidad de frutos) y estado nutricional (nutrimentos foliares y reservas de carbohidratos no estructurales). Los tratamientos de riego poscosecha fueron: riego a demanda plena (T1= Etc 100 %) y RDC reponiendo el 75 % (T2= Etc 75 %) y 50 % (T3= Etc 50 %) respecto de T1. Se midió el estado hídrico de la planta a través del potencial agua del tallo a mediodía y del suelo con sonda de capacitancia y gravimetría. En T3 disminuyó la longitud de brotes, número y longitud de entrenudos, número de hojas, área foliar y peso seco foliar, y área de tronco. En T2 disminuyó la longitud de brotes y de entrenudos. En T3 la intensidad del déficit hídrico impuesta aumentó la calidad de los ramilletes y la producción de yemas de flor, flores y frutos en el ciclo vegetativo siguiente. La calidad y madurez de frutos no fue afectada por los tratamientos de RDC, aunque en T3 aumentó levemente la proporción de frutos dobles. Luego del primer año de RDC en las plantas del T3 hubo una disminución significativa, aunque leve, del contenido de Ky P foliares y de almidón en raíces, El potencial hídrico del tallo a mediodía resultó un buen indicador del estado hídrico de las plantas. En cerezos un ajuste preciso del nivel de restricción hidrica poscosecha puede ser una estrategia de manejo para controlar el vigor y estimular la producción precoz, Al mismo tiempo se ahorran importantes cantidades de agua.

Uso de agua en las bodegas de Mendoza

El objetivo de este trabajo es conocer, a nivel de cuenca, el volumen de agua utilizado por las bodegas de Mendoza, el que se obtiene principalmente desde acuíferos. Dicha información puede ser utilizada para el cálculo del balance hídrico en el contexto del uso industrial del agua. Para realizar las estimaciones se utilizaron datos de elaboración de vino del Instituto Nacional de Vitivinicultura. A la producción de vino por cuenca se le aplicaron coeficientes de litros de agua utilizada por litros de vino elaborado, obtenidos de las entrevistas a informantes calificados y a partir de bibliografía local e internacional. Dichos coeficientes varían entre 1,5 y 6 litros de agua/litro de vino, los que no incluyen el uso de agua para riego en fincas. Para analizar el impacto en la eficiencia del uso del agua, los resultados se sensibilizaron para tres valores de coeficiente. Se estima que las bodegas de Mendoza utilizan entre 1,66 y 6,66 hm3/año, según sea la eficiencia del uso del agua. Del total de agua que utilizan, el 85,2% proviene de la cuenca norte, la que comprende el río Mendoza y el Tramo Inferior del Río Tunuyan.

Influencia de seis portainjertos de vid sobre el comportamiento vitícola de la cv. Malbec y estudio de las relaciones hídricas que se establecen

El uso de portainjertos en la vid se ha difundido por su resistencia a filoxera y nemátodos, pero también por su tolerancia a condiciones adversas del suelo. Por otro lado, los portainjertos modifican las relaciones fuente-destino, influyendo en el comportamiento vegetativo y reproductivo de las plantas y en la composición de la uva, lo cuál puede ser utilizado como una herramienta de manejo agronómico. A fin de evaluar si existe un comportamiento diferencial de los portainjertos en cuanto a expresión vegetativa, vigor, rendimiento y composición de la uva, y explicar dichas diferencias en términos de exploración radical, relaciones hídricas, asimilación de carbono, eficiencia en el uso del agua y partición de asimilados se realizó un ensa-yo a campo de cv. Malbec sobre seis portainjertos (3309 C, 1103 P, 140 Ru, SO4, Harmony y Cereza) y a pie franco. Los portainjertos 140 Ru, 1103 P y SO4 tuvieron una mayor tendencia a la producción de uva (mayor Índice de Ravaz), y Franco, Cereza y 3309 C a vegetar, mostrando Harmony una situación intermedia. Las ba-yas sobre el pie Cereza tuvieron un mayor peso (1,96 g) que sobre Harmony (1,75 g). No se encontraron diferencias en los polifenoles de las bayas entre portainjertos. La fotosíntesis de la planta entera (Amax) de Franco, 1103 P y SO4 fue mayor que la de Harmony. La conductancia hidráulica foliar específica (kL) de Harmony fue me-nor que la de Cereza, y su conductancia hidráulica (kH) fue menor que la de Franco, Cereza y SO4. El número de raíces totales de 140 Ru fue mayor que el de 1103 P, SO4 y Harmony. El portainjerto 140 Ru se destacó por privilegiar el desarrollo radi-cal y reproductivo sobre el vegetativo, y por su mayor eficiencia en el uso del agua (EUA). Las diferencias entre portainjertos pueden ser explicadas en parte por dife-rencias en la kL que a su vez incide en el estado hídrico de las plantas (ΨL). De ma-nera que cuando la kL es más baja, el ΨL es menor (i.e., Harmony), y cuando la kL es más alta, el ΨL es mayor (i.e., Franco y Cereza). Mayores ΨL se asocian con mayores superficies foliares.

Uso de agua en industrias de elaboración de conservas de tomate y de durazno de Mendoza, Argentina

El objetivo de este trabajo es conocer, a nivel de cuenca, el volumen de agua utilizado por las industrias de elaboración de conservas de tomate y de durazno de Mendoza. Para ello se estima la materia prima utilizada en la elaboración de estas conservas a partir de datos de superficie cultivada para tal destino y de rendimientos por superficie obtenidos en el Registro Permanente de Uso de la Tierra de Mendoza y el Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Se emplearon coeficientes de volumen de agua utilizada por unidad de materia prima procesada, que varían entre 5 y 25 L kg-1 de producto procesado, sin incluir el uso de agua para riego en fincas. Los resultados se analizaron para diferentes valores de coeficientes asociados a la eficiencia del uso del agua, en escenarios optimista y pesimista. Se concluye que las industrias elaboradoras de conservas de tomate y de durazno de Mendoza utilizan entre 0,66 y 6,15 hm3/año. El mayor consumo de agua de las conserveras de tomate ocurre en la cuenca Norte, alcanzando el 64,9% del total demandado por tales industrias. Para las conserveras de durazno, el mayor consumo se produce en la cuenca Sur con un 46% de total demandado.

China's inter-regional spillover of carbon emissions and domestic supply chains

In this study, we apply the inter-regional input–output model to explain the relationship between China’s inter-regional spillover of CO2 emissions and domestic supply chains for 2002 and 2007. Based on this model, we propose alternative indicators such as the trade in CO2 emissions, CO2 emissions in trade, regional trade balances, and comparative advantage of CO2 emissions. The empirical results not only reveal the nature and significance of inter-regional environmental spillover within China’s domestic regions but also demonstrate how CO2 emissions are created and distributed across regions via domestic production networks. The main finding shows that a region’s CO2 emissions depend on not only its intra-regional production technique, energy use efficiency but also its position and participation degree in domestic and global supply chains.

Estudios de eficiencia en el uso de la luz y estimaciones de biomasa en cultivos energéticos de Salix sp. en Central New York, USA

La productividad es un factor importante que influye en la viabilidad económica de un cultivo energético de sauce y maximizarla se convierte en un tema primordial. Esta investigación está directamente relacionada con dicha característica. La productividad varía según los clones cultivados, que pueden ser mejorados y seleccionados genéticamente. Los programas genéticos requieren de una información previa (productividad media en función del porte y número de los tallos, características de las hojas, resistencia a las plagas, etc.) que ayudará a obtener clones más productivos y resistentes. Por ello, nuestra investigación consta de dos estudios: (1) Evaluación de la eficiencia del uso de la luz o LUE (Light Use Efficiency). El incremento de biomasa y la eficiencia del uso de la luz (LUE) fue estudiado en 15 clones del genero Salix durante los meses de junio a septiembre de 2011 en Belleville (Central New York, USA). Los objetivos de este estudio fueron: (1) Evaluar la eficiencia del uso de la luz en la explicación a la variación en la producción de biomasa y (2) Determinar si existen diferencias significativas entre clones evaluando el índice de área foliar (LAI) y algunos componentes de las hojas (N, P, K,…). Se concluye que la variación de biomasa está relacionada con la cantidad de luz interceptada y con la eficiencia de su uso. Dicha información debe de ser transferida para ayudar a mejorar genéticamente los futuros clones a comercializar, con el fin de maximizar la productividad y aumentar la resistencia a plagas. (2) Estimación de biomasa a través de modelos de regresión. Los estudios de investigación relacionados con la productividad requieren estimaciones no destructivas de la biomasa aérea. Sin embargo, el nivel de precisión requerido y la inversión de tiempo son excesivos para operaciones comerciales con grandes extensiones (plantaciones de 10.000 ha). Por esta razón, se estudia el nivel de especificidad (específico, intermedio y general) en la toma de datos de campo sobre los mismos 15 clones (12 de ellos se pueden agrupar en 5 grupos según su genotipo origen) del genero Salix, empleados en el estudio anterior. Para todos los niveles estudiados se observaron diferencias significativas. Pero desde nuestro punto de vista, las diferencias obtenidas no son relevantes. Para validar los modelos finalmente seleccionados se calcularon los porcentajes de error entre la biomasa estimada por los modelos de regresión calculados y la biomasa real obtenida tras los pesajes de biomasa, todo ello se realizó para cada clon según nivel de especificidad. ABSTRACT Productivity is an important factor in the economic viability of a willow crop´s, therefore, maximize it becomes a major factor. This study is directly related to this feature. Productivity, among other factors, may vary depending on different clones, which can be improved and selected genetically. Genetic programs require prior information (average productivity, size and number of stems, leaf characteristics, resistance to pests, etc.) to help you get more productive clones resistant to local pests. Our research consists of two studies: (1) Evaluation of the efficiency of use of light (LUE, Light Use Efficiency). The increase of biomass and light use efficiency (LUE) was tested on 15 clones of the genus Salix during June and September 2011 in Belleville (Central New York, USA). The objectives of this study were: (1) evaluate the light use efficiency and its relationship with the variation in biomass production and (2) determine whether there are significant differences between clones evaluating the leaf area index (LAI) and some traits of the leaves (N, P, K). We studied the correlation with the light use efficiency. It is concluded that the variation of biomass was related to the amount of light intercepted and its efficiency. Such information must be transferred to help improve future genetically clones to market in order to maximize productivity and increase resistance to pests. (2) Estimation of biomass through regression models. Research studies related to productivity estimates require precision and non destructive biomass. However, the level of accuracy required and the investment of time are excessive for large commercial operations with extensions (plantations of 10,000 ha). Precisely for this reason, we study the level of specificity (specific, intermediate and general) in making field data on the same 15 clones (12 of them can be grouped into five groups according to their genotype origin) of the genus Salix, employees in the previous study. For all levels studied some significant differences were observed. But from our practical standpoint, the differences are not relevant. Finally, to validate the selected models, we calculated the percent of bias between estimated biomass (by the regression models) and real biomass obtained after the weighing of biomass, all this process was done for each clone by level of specificity.