Soil water dynamics and availability for citrus and peanut along a hillslope at the Sunjia Red Soil Critical Zone Observatory (CZO)

Acknowledgments This work was granted by the China-UK jointed Red Soil Critical Zone project from National Natural Science Foundation of China (NSFC: 41571130053; 41301233) and from Natural Environmental Research Council (NERC: Code: NE/N007611/1), and by the National Key Technology R&D Program of China (2011BAD31B04). We thank two anonymous reviewers for their constructive comments.

Limiting factors for phytoplankton growth in subtropical reservoirs: the effect of light and nutrient availability in different longitudinal compartments

Limited information is available on the interactions between environmental factors and algal growth in tropical and subtropical aquatic systems. We investigated the relationships between algal biomass (measured as chlorophyll, Chl-a) and light, total phosphorus (TP) and total nitrogen (TN) in longitudinal zones of subtropical reservoirs. We studied the seasonal variation of water variables in Itupararanga Reservoir (Brazil) and compared the results with 16 other subtropical lakes and reservoirs. The longitudinal zones in Itupararanga Reservoir were considered statistically different (p 0.05, MANOVA). From the riverine zone to the dam region of the reservoir, Spearman Correlation Test suggested that light limitation and TP limitation tended to decrease and increase, respectively. Although nitrate concentrations were high (400 g/L), the Spearman coefficients between Chl-a and TN and the TN:TP ratios (11:1 TN:TP 35:1) indicated that nitrogen may be co-limiting algal growth in the studied water body. Putting Itupararanga in a regional context allowed assessment of potential influences of land use on trophic state. Within the subtropical dataset, TP explained a greater percentage of variance in Chl-a (R2 = 0.70) than TN (R2 = 0.17). The main land use type within the reservoirs drainage area significantly influenced the concentrations of TP, TN, and Chl-a (p 0.05, MANOVA), with different relationships between nutrients and chlorophyll in forested (R2 = 0.12-0.33), agricultural (R2 = 0.50-0.68) and urban (R2 = 0.09-0.64) watersheds. Comparisons with literature values and those from reservoirs with less altered watersheds indicated that Itupararanga Reservoir is reaching the mesotrophic-eutrophic boundary, and further nutrient enrichment could cause water quality degradation.

Characterization of nicosulfuron availability in aged soils

Sorption-desorption interactions of pesticides with soil determine their availability for transport, plant uptake, and microbial degradation. These interactions are affected by the physical-chemical properties of the pesticide and soil, and for some pesticides, their residence time in the soil. This research evaluated changes in sorption/availability of nicosulfuron (2-[[[[(4,6-dimethoxy-2-pyrimidinyl]aminolcarbonyl]amino]sulfonyl]-N,N-dimethyl-3-pyridinecarboxamide) herbicide with aging in different soils, using a radiolabeled (C-14) tracer. Aging significantly increased sorption. For instance, after the 41-day incubation, calculated K-d,K-app increased by a factor of 2 to 3 in Mollisols from the Midwestern United States and by a factor of 5 to 9 in Oxisols from Brazil and Hawaii, as compared to freshly treated soils. In view of this outcome, potential transport of nicosulfuron would be overpredicted if freshly treated soil Kd values were used to predict transport. The fact that the nicosulfuron solution concentration decreased faster than the soil concentration with time suggested that the increase in sorption was because the rate of degradation in solution and on labile sites was faster than the rate of desorption of the neutral species from the soil particles. It may have also been due to nicosulfuron anion diffusion to less accessible sites with time, leaving the more strongly bound neutral molecules for the sorption characterization. Regardless of the mechanism, these results are further evidence that increases in sorption during pesticide aging should be taken into account during the characterization of the sorption process for mathematical models of pesticide degradation and transport.

Biomass sustainability, availability and productivity

Research conducted on biomass for Ulcos (""Ultra-Low CO(2) Steelmaking"" European Integrated Project) has progressively focused on charcoal supply from tropical eucalyptus plantations. The sustainability of such plantations is being investigated from the viewpoint of their carbon, water and nutrient budgets: they must all be neutral or positive. Field research is producing results at the tree or stand level in several sites of Congo and Brazil, while a spatial model is developed to identify the conditions of biomass neutrality at the scale of the forest ecosystem. The productivity of biomass has been analyzed through the description of practices along the various supply-schemes that competitively feed the steel industry in Brazil and identification of bottlenecks for further expansion.

Improving wheat simulation capabilities in Australia from a cropping systems perspective: water and nitrogen effects on spring wheat in a semi-arid environment

Systems approaches can help to evaluate and improve the agronomic and economic viability of nitrogen application in the frequently water-limited environments. This requires a sound understanding of crop physiological processes and well tested simulation models. Thus, this experiment on spring wheat aimed to better quantify water x nitrogen effects on wheat by deriving some key crop physiological parameters that have proven useful in simulating crop growth. For spring wheat grown in Northern Australia under four levels of nitrogen (0 to 360 kg N ha(-1)) and either entirely on stored soil moisture or under full irrigation, kernel yields ranged from 343 to 719 g m(-2). Yield increases were strongly associated with increases in kernel number (9150-19950 kernels m(-2)), indicating the sensitivity of this parameter to water and N availability. Total water extraction under a rain shelter was 240 mm with a maximum extraction depth of 1.5 m. A substantial amount of mineral nitrogen available deep in the profile (below 0.9 m) was taken up by the crop. This was the source of nitrogen uptake observed after anthesis. Under dry conditions this late uptake accounted for approximately 50% of total nitrogen uptake and resulted in high (>2%) kernel nitrogen percentages even when no nitrogen was applied,Anthesis LAI values under sub-optimal water supply were reduced by 63% and under sub-optimal nitrogen supply by 50%. Radiation use efficiency (RUE) based on total incident short-wave radiation was 1.34 g MJ(-1) and did not differ among treatments. The conservative nature of RUE was the result of the crop reducing leaf area rather than leaf nitrogen content (which would have affected photosynthetic activity) under these moderate levels of nitrogen limitation. The transpiration efficiency coefficient was also conservative and averaged 4.7 Pa in the dry treatments. Kernel nitrogen percentage varied from 2.08 to 2.42%. The study provides a data set and a basis to consider ways to improve simulation capabilities of water and nitrogen effects on spring wheat. (C) 1997 Elsevier Science B.V.

Assessing ecological impacts of shrimp and sewage effluent: Biological indicators with standard water quality analyses

Despite evidence linking shrimp farming to several cases of environmental degradation, there remains a lack of ecologically meaningful information about the impacts of effluent on receiving waters. The aim of this study was to determine the biological impact of shrimp farm effluent, and to compare and distinguish its impacts from treated sewage effluent. Analyses included standard water quality/sediment parameters, as well as biological indicators including tissue nitrogen (N) content, stable isotope ratio of nitrogen (delta N-15) and amino acid composition of inhabitant seagrasses, mangroves and macroalgae. The study area consisted of two tidal creeks, one receiving effluent from a sewage treatment plant and the other from an intensive shrimp farm. The creeks discharged into the western side of Moreton Bay, a sub-tropical coastal embayment on the east coast of Australia. Characterization of water quality revealed significant differences between the creeks, and with unimpacted eastern Moreton Bay. The sewage creek had higher concentrations of dissolved nutrients (predominantly NO3-/NO2- and PO43-, compared to NH4+ in the shrimp creek). In contrast, the shrimp creek was more turbid and had higher phytoplankton productivity. Beyond 750 m from the creek mouths, water quality parameters were indistinguishable from eastern Moreton Bay values. Biological indicators detected significant impacts up to 4 km beyond the creek mouths (reference site). Elevated plant delta N-15 values ranged from 10.4-19.6 parts per thousand at the site of sewage discharge to 2.9-4.5 parts per thousand at the reference site. The free amino acid concentration and composition of seagrass and macroalgae was used to distinguish between the uptake of sewage and shrimp derived N. Proline (seagrass) and serine (macroalgae) were high in sewage impacted plants and glutamine (seagrass) and alanine (macroalgae) were high in plants impacted by shrimp effluent. The delta N-15 isotopic signatures and free amino acid composition of inhabitant flora indicated that sewage N extended further from the creek mouths than shrimp N. The combination of physical/chemical and biological indicators used in this study was effective in distinguishing the composition and subsequent impacts of aquaculture and sewage effluent on the receiving waters. (C) 2001 Academic Press.

The interaction of water flow and nutrients on aquatic plant growth

A long-term experiment was conducted to compare the effects of flowing and still water on growth, and the relationship between water flow and nutrients, in Aponogeton elongatus, a submerged aquatic macrophyte. A. elongatus plants were grown for 23 weeks with three levels of nutrition (0, 0.5 and 1g Osmocote Plus(R) fertiliser pot(-1)) in aquaria containing stirred or unstirred water. Fertilized plants grew much better than non-fertilized. The highest fertilizer level produced 29% wider leaves and 58% higher total dry weight in stirred water. Stirred water increased leaf area by 40% and tuber size by 81%, but only with the highest level of nutrition. These results suggest that this plant depends on its roots for mineral uptake, rather than from the open water, and the major limitation to growth in still water is the supply of dissolved inorganic carbon. It was the combined effects of nutrient availability and stirring that produced the strongest response in plant growth, morphology and composition. This study provides some explanation for the observations of others that these plants grow best in creeks or river systems with permanently flowing water.

Fire safety barrier availability analysis

This paper shows several ways to analyse the performance of a safety barrier, depending on the objective to be achieved and present a method to analyse binary components usually present on sensor systems of safety barriers. An application example of a water-based fire system is presented and the Probability of Failure on Demand (PFD) of the sensor system is determined based on the analysis of pressure switches installed in this safety barrier. The knowledge of such information will allow the determination of safety barrier’s availability.

On the use of reporter bacteria for measuring availability of organic contaminants

Natural environments are constantly challenged by the release of hydrophobic organic contaminants, which represent a threat for both the ecosystem and human health. Despite a substantial degradation by naturally occurring micro-organisms, a non negligible fraction of these pollutants tend to persist in soil and sediments due to their reduced accessibility to microbial degraders. This lack of 'bioavailability' is acknowledged as a key parameter for the natural and stimulated clean-up (bioremediation) of contaminated sites. We developed a bacterial bioreporter that responds to the presence of polyaromatic hydrocarbons (PAHs) by the production of the green fluorescent protein (GFP), based on the PAH-degrading bacterium Burkholderia sartisoli. We showed in this study that the bacterial biosensor B. sartisoli strain RP037 was faithfully reporting the degradation of naphthalene and phenanthrene (two PAHs of low molecular weight) via the production of GFP. What is more, the magnitude of GFP induction was influenced by change in the PAH flux triggered by a variety of physico-chemical parameters, such as the contact surface between the pollutant and the aqueous suspension. Further experiments permitted to test the influence of dissolved organic matter, which is an important component of natural habitats and can interact with organic pollutants. In addition, we tested the influence of two types of biosurfactants (tensio-active agents produced by living organisms) on phenanthrene's degradation by RP037. Interestingly, the surfactant's effects on the biodegradation rate appeared to depend on the type of biosurfactant and probably on the type of bacterial strain. Finally, we tagged B. sartisoli strain RP037 with a constitutively expressed mCherry fluorescent protein. The presence of mCherry allowed us to visualize the bacteria in complex samples even when GFP production was not induced. The new strain RP037-mChe embedded in a gel patch was used to detect PAH fluxes from a point source, such as a non-aqueous liquid or particles of contaminated soil. In parallel, we also developed and tested a so-called multiwell bacterial biosensor platform, which permitted the simultaneous use of four different reporter strains for the detection of major crude oil components (e.g., saturated hydrocarbons, mono- and polyaromatics) in aqueous samples. We specifically constructed the strain B. sartisoli RP007 (pPROBE-phn-luxAB) for the detection of naphthalene and phenanthrene. It was equipped with a reporter plasmid similar to the one in strain RP037, except that the gfp gene was replaced by the genes luxAB, which encoded the bacterial luciferase. The strain was implemented in the biosensor platform and detected an equivalent naphthalene concentration in oil spilled-sea water. We also cloned the gene for the transcriptional activator AlkS and the operator/promoter region of the operon alkSB1GHJ from the alkane-degrader bacterium Alcanivorax borkumensis strain SK2 in order to construct a new bacterial biosensor with higher sensitivity towards long-chain alkanes. However, the resulting strain showed no increased light emission in presence of tetradecane (C14), while it still efficiently reported low concentrations of octane (C8). RÉSUMÉ : Les écosystèmes naturels sont constamment exposés à nombre de contaminants organiques hydrophobes (COHs) d'origine industrielle, agricole ou même naturelle. Les COHs menacent à la fois l'environnement, le bien-être des espèces animales et végétales et la santé humaine, mais ils peuvent être dégradés par des micro-organismes tels que les bactéries et les champignons, qui peuvent être capables des les transformer en produits inoffensifs comme le gaz carbonique et l'eau. La biodégradation des COHs est cependant fréquemment limitée par leur pauvre disponibilité envers les organismes qui les dégradent. Ainsi, bien que la biodégradation opère partiellement, les COHs persistent dans l'environnement à de faibles concentrations qui potentiellement peuvent encore causer des effets toxiques chroniques. Puisque la plupart des COHs peuvent être métabolisés par l'activité microbienne, leur persistance a généralement pour origine des contraintes physico-chimiques plutôt que biologiques. Par exemple, leur solubilité dans l'eau très limitée réduit leur prise par des consommateurs potentiels. De plus, l'adsorption à la matière organique et la séquestration dans les micropores du sol participent à réduire leur disponibilité envers les microbes. Les processus de biodisponibilité, c'est-à-dire les processus qui gouvernent la dissolution et la prise de polluants par les organismes vivants, sont généralement perçus comme des paramètres clés pour la dépollution (bioremédiation) naturelle et stimulée des sites contaminés. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont un modèle de COH produits par les activités aussi bien humaines que naturelles, et listés comme des contaminants chroniques de l'air, des sols et des sédiments. Ils peuvent être dégradés par un vaste nombre d'espèces bactériennes mais leur taux de biodégradation est souvent limité par les contraintes mentionnées ci-dessus. Afin de comprendre les processus de biodisponibilité pour les cellules bactériennes, nous avons décidé d'utiliser les bactéries elles-mêmes pour détecter et rapporter les flux de COH. Ceci a été réalisé par l'application d'une stratégie de conception visant à produire des bactéries `biocapteurs-rapporteurs', qui littéralement s'allument lorsqu'elles détectent un composé cible pour lequel elles ont été conçues. En premier lieu, nous nous sommes concentrés sur Burkholderia sartisoli (souche RP007), une bactérie isolée du sol et consommatrice de HAP .Cette souche a servi de base à la construction d'un circuit génétique permettant la formation de la protéine autofluorescente GFP dès que les cellules détectent le naphtalène ou le phénanthrène, deux HAP de faible masse moléculaire. En effet, nous avons pu montrer que la bactérie obtenue, la souche RP037 de B. sartisoli, produit une fluorescence GFP grandissante lors d'une exposition en culture liquide à du phénanthrène sous forme cristalline (0.5 mg par ml de milieu de culture). Nous avons découvert que pour une induction optimale il était nécessaire de fournir aux cellules une source additionnelle de carbone sous la forme d'acétate, ou sinon seul un nombre limité de cellules deviennent induites. Malgré cela, le phénanthrène a induit une réponse très hétérogène au sein de la population de cellules, avec quelques cellules pauvrement induites tandis que d'autres l'étaient très fortement. La raison de cette hétérogénéité extrême, même dans des cultures liquides mélangées, reste pour le moment incertaine. Plus important, nous avons pu montrer que l'amplitude de l'induction de GFP dépendait de paramètres physiques affectant le flux de phénanthrène aux cellules, tels que : la surface de contact entre le phénanthrène solide et la phase aqueuse ; l'ajout de surfactant ; le scellement de phénanthrène à l'intérieur de billes de polymères (Model Polymer Release System) ; la dissolution du phénanthrène dans un fluide gras immiscible à l'eau. Nous en avons conclu que la souche RP037 détecte convenablement des flux de phénantrène et nous avons proposé une relation entre le transfert de masse de phénanthrène et la production de GFP. Nous avons par la suite utilisé la souche afin d'examiner l'effet de plusieurs paramètres chimiques connus dans la littérature pour influencer la biodisponibilité des HAP. Premièrement, les acides humiques. Quelques rapports font état que la disponibilité des HAP pourrait être augmentée par la présence de matière organique dissoute. Nous avons mesuré l'induction de GFP comme fonction de l'exposition des cellules RP037 au phénanthrène ou au naphtalène en présence ou absence d'acides humiques dans la culture. Nous avons testé des concentrations d'acides humiques de 0.1 et 10 mg/L, tandis que le phénanthrène était ajouté via l'heptamethylnonane (HMN), un liquide non aqueux, ce qui au préalable avait produit le plus haut flux constant de phénanthrène aux cellules. De plus, nous avons utilisé des tests en phase gazeuse avec des concentrations d'acides humiques de 0.1, 10 et 1000 mg/L mais avec du naphtalène. Contrairement à ce que décrit la littérature, nos résultats ont indiqué que dans ces conditions l'expression de GFP en fonction de l'exposition au phénanthrène dans des cultures en croissance de la souche RP037 n'était pas modifiée par la présence d'acides humiques. D'un autre côté, le test en phase gazeuse avec du naphtalène a montré que 1000 mg/L d'acides humiques abaissent légèrement mais significativement la production de GFP dans les cellules de RP037. Nous avons conclu qu'il n'y a pas d'effet général des acides humiques sur la disponibilité des HAP pour les bactéries. Par la suite, nous nous sommes demandé si des biosurfactants modifieraient la disponibilité du phénanthrène pour les bactéries. Les surfactants sont souvent décrits dans la littérature comme des moyens d'accroître la biodisponibilité des COHs. Les surfactants sont des agents tensio-actifs qui augmentent la solubilité apparente de COH en les dissolvant à l'intérieur de micelles. Nous avons ainsi testé si des biosurfactants (des surfactants produits par des organismes vivants) peuvent être utilisé pour augmenter la biodisponibilité du phénanthrène pour la souche B. sartisoli RP037. Premièrement, nous avons tenté d'obtenir des biosurfactants produits par une autre bactérie vivant en co-culture avec les biocapteurs bactériens. Deuxièmement, nous avons utilisé des biosurfactants purifiés. La co-cultivation en présence de la bactérie productrice de lipopeptide Pseudomonas putida souche PCL1445 a augmenté l'expression de GFP induite par le phénanthrène chez B. sartisoli en comparaison des cultures simples, mais cet effet n'était pas significativement différent lorsque la souche RP037 était co-cultivée avec un mutant de P. putida ne produisant pas de lipopeptides. L'ajout de lipopeptides partiellement purifiés dans la culture de RP037 a résulté en une réduction de la tension de surface, mais n'a pas provoqué de changement dans l'expression de GFP. D'un autre côté, l'ajout d'une solution commerciale de rhamnolipides (un autre type de biosurfactants produits par Pseudomonas spp.) a facilité la dégradation du phénanthrène par la souche RP037 et induit une expression de GFP élevée dans une plus grande proportion de cellules. Nous avons ainsi conclu que les effets des biosurfactants sont mesurables à l'aide de la souche biocapteur, mais que ceux-ci sont dépendants du type de surfactant utilisé conjointement avec le phénanthrène. La question suivante que nous avons abordée était si les tests utilisant des biocapteurs peuvent être améliorés de manière à ce que les flux de HAP provenant de matériel contaminé soient détectés. Les tests en milieu liquide avec des échantillons de sol ne fournissant pas de mesures, et sachant que les concentrations de HAP dans l'eau sont en général extrêmement basses, nous avons conçu des tests de diffusion dans lesquels nous pouvons étudier l'induction par les HAPs en fonction de la distance aux cellules. Le biocapteur bactérien B. sartisoli souche RP037 a été marqué avec une seconde protéine fluorescente (mCherry), qui est constitutivement exprimée dans les cellules et leur confère une fluorescence rouge/rose. La souche résultante RP037-mChe témoigne d'une fluorescence rouge constitutive mais n'induit la fluorescence verte qu'en présence de naphtalène ou de phénanthrène. La présence d'un marqueur fluorescent constitutif nous permet de visualiser les biocapteurs bactériens plus facilement parmi des particules de sol. Un test de diffusion a été conçu en préparant un gel fait d'une suspension de cellules mélangées à 0.5 % d'agarose. Des bandes de gel de dimensions 0.5 x 2 cm x 1 mm ont été montées dans des chambres d'incubation et exposées à des sources de HAP (soit dissouts dans du HMN ou en tant que matériel solide, puis appliqués à une extrémité de la bande). En utilisant ce montage expérimental, le naphtalène ou le phénanthrène (dissouts dans du HMN à une concentration de 2.5 µg/µl) ont induit un gradient d'intensité de fluorescence GFP après 24 heures d'incubation, tandis que la fluorescence mCherry demeurait comparable. Un sol contaminé par des HAPs (provenant d'un ancien site de production de gaz) a induit la production de GFP à un niveau comparable à celui du naphtalène. Des biocapteurs bactériens individuels ont également détecté un flux de phénanthrène dans un gel contenant des particules de sol amendées avec 1 et 10 mg/g de phénanthrène. Ceci a montré que le test de diffusion peut être utilisé pour mesurer des flux de HAP provenant de matériel contaminé. D'un autre côté, la sensibilité est encore très basse pour plusieurs sols contaminés, et l'autofluorescence de certains échantillons rend difficile l'identification de la réponse de la GFP chez les cellules. Pour terminer, un des points majeurs de ce travail a été la production et la validation d'une plateforme multi-puits de biocapteurs bactériens, qui a permis l'emploi simultané de plusieurs souches différentes de biocapteurs pour la détection des constituants principaux du pétrole. Pour cela nous avons choisi les alcanes linéaires, les composés mono-aromatiques, les biphényls et les composés poly-aromatiques. De plus, nous avons utilisé un capteur pour la génotoxicité afin de détecter la `toxicité globale' dans des échantillons aqueux. Plusieurs efforts d'ingénierie ont été investis de manière à compléter ce set. En premier lieu, chaque souche a été équipée avec soit gfp, soit luxAB en tant que signal rapporteur. Deuxièmement, puisqu'aucune souche de biocapteur n'était disponible pour les HAP ou pour les alcanes à longues chaînes, nous avons spécifiquement construit deux nouveaux biocapteurs. L'un d'eux est également basé sur B. sartisoli RP007, que nous avons équipé avec le plasmide pPROBE-phn-luxAB pour la détection du naphtalène et du phénanthrène mais avec production de luciférase bactérienne. Un autre est un nouveau biocapteur bactérien pour les alcanes. Bien que nous possédions une souche Escherichia coli DHS α (pGEc74, pJAMA7) détectant les alcanes courts de manière satisfaisante, la présence des alcanes à longues chaînes n'était pas rapportée efficacement. Nous avons cloné le gène de l'activateur transcriptionnel A1kS ainsi que la région opérateur/promoteur de l'opéron alkSB1GHJ chez la bactérie dégradant les alcanes Alcanivorax borkumensis souche SK2, afin de construire un nouveau biocapteur bactérien bénéficiant d'une sensibilité accrue envers les alcanes à longues chaînes. Cependant, la souche résultante E. coli DHSα (pAlk3} n'a pas montré d'émission de lumière augmentée en présence de tétradécane (C14), tandis qu'elle rapportait toujours efficacement de basses concentrations d'octane (C8). De manière surprenante, l'utilisation de A. borkumensis en tant que souche hôte pour le nouveau plasmide rapporteur basé sur la GFP a totalement supprimé la sensibilité pour l'octane, tandis que la détection de tétradécane n'était pas accrue. Cet aspect devra être résolu dans de futurs travaux. Pour calibrer la plateforme de biocapteurs, nous avons simulé une fuite de pétrole en mer dans une bouteille en verre ouverte de 5L contenant 2L d'eau de mer contaminée avec 20 ml (1%) de pétrole brut. La phase aqueuse a été échantillonée à intervalles réguliers après la fuite durant une période allant jusqu'à une semaine tandis que les principaux contaminants pétroliers étaient mesurés via les biocapteurs. L'émission de bioluminescence a été mesurée de manière à déterminer la réponse des biocapteurs et une calibration intégrée faite avec des inducteurs types a servi à calculer des concentrations d'équivalents inducteurs dans l'échantillon. E. coli a été utilisée en tant que souche hôte pour la plupart des spécificités des biocapteurs, à l'exception de la détection du naphtalène et du phénanthrène pour lesquels nous avons utilisé B. sartisoli. Cette souche, cependant, peut être employée plus ou moins selon la même procédure. Il est intéressant de noter que le pétrole répandu a produit une apparition séquentielle de composés dissouts dans la phase aqueuse, ceux-ci .étant détectables par les biocapteurs. Ce profil contenait d'abord les alcanes à courtes chaînes et les BTEX (c'est-à dire benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes), apparaissant entre des minutes et des heures après que le pétrole a été versé. Leurs concentrations aqueuses ont par la suite fortement décru dans l'eau échantillonnée après 24 heures, à cause de la volatilisation ou de la biodégradation. Après quelques jours d'incubation, ces composés sont devenus indétectables. Les HAPs, en revanche, sont apparus plus tard que les alcanes et les BTEX, et leur concentration a augmenté de pair avec un temps d'incubation prolongé. Aucun signal significatif n'a été mis en évidence avec le biocapteur pour le biphényl ou pour la génotoxicité. Ceci démontre l'utilité de ces biocapteurs, spécifiquement pour la détection des composés pétroliers, comprenant les alcanes à courtes chaînes, les BTEX et les HAPs légers.

Elevated resource availability sufficient to turn opportunistic into virulent fish pathogens.

There is mounting evidence that organic or inorganic enrichment of aquatic environments increases the risk of infectious diseases, with disease agents ranging from helminth parasites to fungal, bacterial, and viral pathogens. The causal link between microbial resource availability and disease risk is thought to be complex and, in the case of so-called "opportunistic pathogens," to involve additional stressors that weaken host resistance (e.g., temperature shifts or oxygen deficiencies). In contrast to this perception, our experiment shows that the link between resource levels and infection of fish embryos can be very direct: increased resource availability can transform benign microbial communities into virulent ones. We find that embryos can be harmed before further stresses (e.g., oxygen depletion) weaken them, and treatment with antibiotics and fungicides cancels the detrimental effects. The changed characteristics of symbiotic microbial communities could simply reflect density-dependent relationships or be due to a transition in life-history strategy. Our findings demonstrate that simple microhabitat changes can be sufficient to turn "opportunistic" into virulent pathogens.

Microgeographical patterns of schistosomiasis and water contact behavior; examples from Africa and Brazil

This paper examines the results of spatial (microgeographical) water contact/schistosomiasis studies in two African (Egyptian and Kenyan) and one Brazilian communities. All three studies used traditional cartographic and statistical methods but one of them emploeyd also GIS (geographical information systems) tools. The advantage of GIS and their potential role in schistosomiasis control are briefly described. The three cases revealed considerable variation in the spatial distribution of water contact, transmission parameters and infection levels at the household and individual levels. All studies showed considerable variation in the prevalence and intensity of infection between households. They also show a variable influence of distance on water contact behavior associated with type of activity, age, sex, socioeconomic level, perception of water quality, season and availability of water in the home. Water contact behavior and schistosomiasis were evaluated in the Brazilian village of Nova União within the context of water sharing between household and age/sex groups. Recommendations are made for further spatial studies on the transmission and control of schistosomiasis.

In vivo characterisation of a novel water-soluble Cyclosporine A prodrug for the treatment of dry eye disease.

Cyclosporine A (CsA) has been demonstrated to be effective for the treatment of a variety of ophthalmological conditions, including ocular surface disorders such as the dry eye disease (DED). Since CsA is characterised by its low water solubility, the development of a topical ophthalmic formulation represents an interesting pharmaceutical question. In the present study, two different strategies to address this challenge were studied and compared: (i) a water-soluble CsA prodrug formulated within an aqueous solution and (ii) a CsA oil-in-water emulsion (Restasis, Allergan Inc., Irvine, CA). First, the prodrug formulation was shown to have an excellent ocular tolerance as well as no influence on the basal tear production; maintaining the ocular surface properties remained unchanged. Then, in order to allow in vivo investigations, a specific analytical method based on ultra high pressure liquid chromatography coupled with triple quadrupole mass spectrometer (UHPLC-MS/MS) was developed and optimised to quantify CsA in ocular tissues and fluids. The CsA ocular kinetics in lachrymal fluid for both formulations were found to be similar between 15 min and 48 h. The CsA ocular distribution study evidenced the ability of the prodrug formulation to penetrate into the eye, achieving therapeutically active CsA levels in tissues of both the anterior and posterior segments. In addition, the detailed analysis of the in vivo data using a bicompartmental model pointed out a higher bioavailability and lower elimination rate for CsA when it is generated from the prodrug than after direct application as an emulsion. The interesting in vivo properties displayed by the prodrug solution make it a safe and suitable option for the treatment of DED.

Groundwater Availability Modeling: Lower Dakota Aquifer, 2008

This monthly report from the Iowa Department of Natural Resources is about the water quality management of Iowa's rivers, streams and lakes.

Paleoenvironmental evolution of the Helvetic shallow-water carbonate platform near the Barremian-Aptian boundary, and its relationship with paleoceanographic and paleoclimatic change in the Tethys

Abstract:During my doctoral research, I focused on deciphering the interactions between sea-level and climate change during the Late Barremian-Early Aptian, their expression in the Tethys basin and in the Helvetic carbonate platform. The research highlights are summarized here in three points: In the Helvetic Alps, the transition between the Lower Schrattenkalk (Upper Barremian) and the Rawil Member (Lowermost Aptian) is characterized by a change from a predominantly photozoan to a heterozoan carbonate-producing system, which coincides in time with a general increase in detrital and nutrient input. The clay mineral record shows the appearance of kaolinite within the Rawil Member, whereas this mineral is absent from the uppermost Lower and lowermost Upper Schrattenkalk Members. This indicates the installation of a warmer and more humid climate during this time period. A negative peak in 513C is recorded at the top of the Lower Schrattenkalk Member, and correlates with the well-known negative excursion of -l%o occurring in other basins and dated as latest Barremian, thus confirming a latest Barremian and earliest Aptian age for the Lower Schrattenkalk and Rawil Members, respectively. Furthermore, a sequence stratigraphie framework has been defined for the Rawil Member, based on both the ecology of faunal and floral assemblages, and their palaeoenvironmental interpretation, as well as on the stacking pattern of limestone beds observed during field prospection. The presence of a sequence boundary is postulated near the top of the Lower Schrattenkalk Member, which is correlated with the earliest Aptian SbAl defined in Vercors (France). The SbAl is characterized by a maximum of proximal assemblages and by the disappearance of several benthic foraminiferal species. Within the Rawil Member itself, the stacking pattern and microfacies trends are interpreted to represent the TST of the first Aptian sequence. With regards to the pelagic setting in the Tethyan realm, I investigated the Gorgo a Cerbara section (central Italy). There, thin organic-rich layers occur episodically in pelagic carbonates of the upper Barremian portion of the Maiolica Formation. They are associated with high Corg:Ptot ratios, which indicate the presence of intermittent dysoxic to anoxic conditions. Coarse correlations are also observed between TOC, Ρ and biogenic silica contents, indicating links between Ρ availability, productivity, and organic matter preservation. The corresponding 813Ccarb and δ180 records remain, however, quite stable, indicating that these brief periods of enhanced TOC preservation did not have sufficient impact on the marine carbon household to deviate 6,3C records, and are probably not the consequence of major climate change. On the other hand, organic-rich layers become more frequent around the Barremian-Aptian boundary in both pelagic and hemi-pelagic environments (Gorgo a Cerbara and La Bédoule, France), which are correlated with negative excursions in 6l3Ccarb and 613Corg records. During the earliest Aptian, at Gorgo a Cerbara, the frequency of organic-rich intervals progressively increases and redox-sensitive trace-element enrichments become more frequent, until the highest TOC-enriched level just below the "Livello Selli", indicator of Oceanic Anoxic Event la (OAEla). The latter is associated with the well-known negative spike in 613Ccarb and S,3Corg records, a diminution in the δ,80 record interpreted as the consequence of a wanning interval, an important peak in Ρ accumulation and high Cor::Ptot ratios indicating the prevalence of anoxic conditions. The Selli Level (OAEla) documents a general cooling phase and coincides with maximum RSTE enrichments as well as high Corg:Ptot ratios, which confirm the importance of anoxic conditions during OAE1 a at this site.During the Early Aptian, environmental change on the platform is expressed by orbitolinids proliferation that may be induced by both climate change and sea-level rise. In the basin, the successive black shales horizons from the Late Barremian until the OAE la are interpreted as the progressive impact of palaeoenvironmental change probably linked to the formation of the Ontong- Java plate-basalt plateau.RésuméCe travail de thèse a permis d'investiguer les interactions entre les variations du niveau marin et les changements climatiques sur la plate-forme helvétique ainsi qu'en domaine pélagique à la limite Barrémien-Aptien (Crétacé).Dans les Alpes helvétiques, la limite Barrémien-Aptien est marquée par la transition du Schrattenkalk inférieur, caractérisé par des carbonates photozaires, au Membre de Rawil caractérisé par des carbonates héterozoaires. Cette transition est marquée par une arrivée massive d'éléments détritiques et un apport de nutriments ayant entraîné la prolifération de foraminifères agglutinés tels que les orbitolines. L'analyse des minéraux argileux indique l'apparition de la kaolinite durant le Membre de Rawil, interprétée comme l'installation d'un climat plus chaud et humide. Un pic négatif en 513C est enregistré au sommet du Schrattenkalk inférieur correspond à l'excursion négative de -1%0 bien connue en domaine pélagique et datée comme Barrémien terminal. Cette corrélation apporte un contrôle chronostratigraphique supplémentaire permettant de dater le Schrattenkalk inférieur du Barrémien sup. et le Membre de Rawil de l'Aptien inf. D'autre part, une étude stratigraphique, basée sur des observations de terrain et sur l'interprétation d'assemblages floristiques et faunistiques en terme de paléoenvironnement a permis de mettre en évidence une limite de séquence au sommet du Schrattenkalk inf., corrélable avec la SbAl définie dans le Vercors. Durant la mise en place du Membre de Rawil, l'évolution des microfaciès est interprétée comme le « Transgressive System Tract » de la première séquence aptienne.En domaine pélagique, de minces couches riches en matière organique (MO) apparaissent dès le Barrémien sup. dans la coupe de Gorgo a Cerbara (Italie). Elles sont associées à un ratio C:P élevé indiquant des conditions épisodiquement dysoxiques à anoxiques. De plus, une corrélation nette entre Carbone Organique Total (TOC), phosphore (P) et silice biogénique est observée correspondant à un lien entre Ρ disponible, productivité et préservation de la MO. Pourtant, dans le même temps, le ÔI3C et le δ1βΟ restent constants indiquant des conditions environnementales stables et un cycle du carbone non perturbé par la préservation de MO qui ne serait pas la conséquence d'un changement climatique global mais juste d'un effet local.Ala limite Barrémien-Aptien, en domaine hémi-pélagique (La Bédoule, France) et pélagique (Gorgo a Cerbara), les couches riches en MO sont plus fréquentes et plus épaisses, elles se sont déposées en même temps qu'un pic négatif en 513CCARB et ô13Coib probablement dû à un épisode volcanique. A l'Aptien inf. le TOC des niveaux riches en MO augmente progressivement en même temps que la teneur en éléments traces jusqu'au dernier enrichissement avant l'événement anoxique océanique la (OAE la) correspondant au « niveau critique inf. », indiquant des conditions anoxiques moins restreintes. Celui-ci est également caractérisé par le fameux pic négatif en Ô13C (C3), une diminution du δ180 interprétée comme un réchauffement, par un pic en Ρ et un ratio C:P élevé. L'OAE 1 a, quant à lui, enregistre un refroidissement et coïncide avec le maximum en éléments traces ainsi qu'un fort ratio C:P mettant en valeur l'importance des conditions anoxiques pendant 1ΌΑΕ la dans cette coupe alors qu'aucune perturbation n'est enregistrés à La Bédoule probablement à cause de conditions paléogéographiques locales.Durant l'Aptien inf., les changements environnementaux sur la plate-forme se marquent par la prolifération d'orbitolines due à un changement climatique et une hausse du niveau marin. En domaine profond, la succession de niveaux riches en MO du Barrémien sup. jusqu'à l'OAE la documente l'impact progressif de changements paléoenvironnementaux, probablement liés à la formation du plateau d'Ontong Java à l'ouest de l'océan Pacifique.

Groundwater Availability Modeling of the Lower Dakota Aquifer in Northwest Iowa, October 2008

The 2007 Iowa General Assembly, recognizing the increased demand for water to support the growth of industries and municipalities, approved funding for the first year of a multi-year evaluation and modeling of Iowa’s major aquifers by the Iowa Department of Natural Resources. The task of conducting this evaluation and modeling was assigned to the Iowa Geological and Water Survey (IGWS). The first aquifer to be studied was the Lower Dakota aquifer in a sixteen county area of northwest Iowa.