Soil thermal diffusivity estimated from data of soil temperature and single soil component properties

Under field conditions, thermal diffusivity can be estimated from soil temperature data but also from the properties of soil components together with their spatial organization. We aimed to determine soil thermal diffusivity from half-hourly temperature measurements in a Rhodic Kanhapludalf, using three calculation procedures (the amplitude ratio, phase lag and Seemann procedures), as well as from soil component properties, for a comparison of procedures and methods. To determine thermal conductivity for short wave periods (one day), the phase lag method was more reliable than the amplitude ratio or the Seemann method, especially in deeper layers, where temperature variations are small. The phase lag method resulted in coherent values of thermal diffusivity. The method using properties of single soil components with the values of thermal conductivity for sandstone and kaolinite resulted in thermal diffusivity values of the same order. In the observed water content range (0.26-0.34 m³ m-3), the average thermal diffusivity was 0.034 m² d-1 in the top layer (0.05-0.15 m) and 0.027 m² d-1 in the subsurface layer (0.15-0.30 m).

Physical quality of an Oxisol after different periods of management systems

Management systems may lead to a loss of soil physical quality as a result of removal of the plant cover and excessive agricultural mechanization. The hypothesis of this study was that the soil aggregate stability, bulk density, macro- and microporosity, and the S index and saturated hydraulic conductivity may be used as indicators of the soil physical quality. The aim was to study the effects of different periods and managements on the physical attributes of a medium-textured Red Oxisol under soybean and corn for two growing seasons, and determine which layers are most susceptible to variations. A completely randomized experimental design was used with split plots (five treatments and four layers), with four replications. The treatments in 2008/09 consisted of: five years of no-tillage (NTS5), seven years of no-tillage (NTS7), nine years of no-tillage (NTS9), conventional tillage (CTS) and an adjacent area of native forest (NF). The treatments were extended for another year, identified in 2009/10 as: NTS6, NTS8, NTS10, CTS and NF. The soil layers 0-0.05, 0.05-0.10, 0.10-0.20 and 0.20-0.30 m were sampled. The highest S index values were observed in the treatment CTS in the 0-0.05 m layer (0.106) and the 0.05-0.10 m layer (0.099) in 2008/09, and in the 0-0.05 m layer (0.066) in 2009/10. This fact may be associated with soil turnover, resulting in high macroporosity in this treatment. In contrast, in the NTS, limiting macroporosity values were observed in some layers (below 0.10 m³ m-3). Highest aggregate stability as well as the highest saturated hydraulic conductivity (Kθ) values were observed in NF in relation to the other treatments. In 2009/10, the Kθ in NF differed only from NTS10. This study showed that the use of the S index alone cannot be recommended as an absolute indicator of the soil physical quality, even at values greater than 0.035.

Sugarcane trash management assessed by the interaction of yield with soil properties

Currently, sugarcane plays an important global role, particularly with a view to alternative energy sources. Thus, in a sugarcane field of the mill Vale do Paraná S/A Álcool e Açúcar, Rubineia, São Paulo State, managed under two green cane harvest systems (cane trash left on and cane trash removed from the soil), Pearson and spatial correlations between the sugarcane yield (variety RB855035 in the third cut) and soil physical and chemical properties were studied to identify the property best correlated with stalk yield and the best harvest method. For this purpose, two geostatistical grids (121 sampling points on 1.30 ha) were installed on a eutrophic Red Argisol (homogeneous slope of 0.065 m m-1), in 2011, to determine the properties: stalk yield and sugarcane plant population, and soil resistance to penetration, gravimetric moisture, bulk density, and carbon stock, in the layers 0-0.20 and 0.20-0.40 m. The data were analyzed by descriptive, linear correlation and geostatistical analysis. In both treatments, the property stand density was best correlated with sugarcane yield (r = 0.725 in the trash mulching treatment - TM and r = 0.769 in the trash removal treatment - TR). However, in relation to the soil properties, bulk density (0-0.20 m) was best correlated (r = 0.305 in TM, r = 0.211 in TR). Similarly, from the spatial point of view, stand density was the property that best explained the sugarcane yield. However, in the TM treatment the density (0.20-0.40 m) was the only soil property spatially correlated with stalk yield. The carbon stock in the soil of the TM was 11.5 % higher than in the TR treatment. Results of the TM treatment were best, also with regard to soil management and conservation.

Effect of management systems and cover crops on organic matter dynamics of soil under vegetables

Vegetable production in conservation tillage has increased in Brazil, with positive effects on the soil quality. Since management systems alter the quantity and quality of organic matter, this study evaluated the influence of different management systems and cover crops on the organic matter dynamics of a dystrophic Red Latosol under vegetables. The treatments consisted of the combination of three soil tillage systems: no-tillage (NT), reduced tillage (RT) and conventional tillage (CT) and of two cover crops: maize monoculture and maize-mucuna intercrop. Vegetables were grown in the winter and the cover crops in the summer for straw production. The experiment was arranged in a randomized block design with four replications. Soil samples were collected between the crop rows in three layers (0.0-0.05, 0.05-0.10, and 0.10-0.30 m) twice: in October, before planting cover crops for straw, and in July, during vegetable cultivation. The total organic carbon (TOC), microbial biomass carbon (MBC), oxidizable fractions, and the carbon fractions fulvic acid (C FA), humic acid (C HA) and humin (C HUM) were determined. The main changes in these properties occurred in the upper layers (0.0-0.05 and 0.05-0.10 m) where, in general, TOC levels were highest in NT with maize straw. The MBC levels were lowest in CT systems, indicating sensitivity to soil disturbance. Under mucuna, the levels of C HA were lower in RT than NT systems, while the C FA levels were lower in RT than CT. For vegetable production, the C HUM values were lowest in the 0.05-0.10 m layer under CT. With regard to the oxidizable fractions, the tillage systems differed only in the most labile C fractions, with higher levels in NT than CT in the 0.0-0.05 m layer in both summer and winter, with no differences between these systems in the other layers. The cabbage yield was not influenced by the soil management system, but benefited from the mulch production of the preceding maize-mucuna intercrop as cover plant.

Rice husk ash as corrective of soil acidity

Rice husk ash (RHA) is a by-product from the burning of rice husk that can have favorable effects on the soil in terms of acidity correction. The objectives of this study were to determine the effective calcium carbonate equivalent (ECC) of RHA under field conditions, and establish technical criteria as a basis for estimating the overall ECC of RHA. The 12 treatments of the experiment consisted of 10 RHA dosages (0, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, and 140 Mg ha-1) and two references, one of which was an absolute control (AC) and the other a plot limed and fertilized according to official recommendations (recommended fertilization - RF). The soil was sampled twice (15 and 210 days after incorporating RHA), in the layers 0.00-0.10 and 0.10-0.20 m, to determine the pH(H2O) and base saturation (V%). The ECC and neutralizing value (NV) of RHA were also determined. The results showed that RHA neutralizes soil acidity, in a faster reaction than conventional limestone, despite a low ECC (around 3 %).

Effect of potassium fertilization on yield and nutrition of yerba mate (Ilex paraguariensis)

Yerba mate (Ilex paraguariensis) is a tree species native to the subtropical regions of South America, and is found in Brazil predominantly in the southern region. Despite the historical importance in this region, so far, studies on crop nutrition to improve yields are scarce. Thus, this study evaluated the effect of potassium rates on K soil availability, and the yield and nutritional status of yerba mate. The experiment was conducted in São Mateus do Sul, State of Paraná, on a Humox soil, where K2O rates of 0, 20, 40, 80, 160, and 320 kg ha-1 were tested on 7-year-old plantations. The experiment was harvested 24 months after installation by removing approximately 95 % of the canopy that had sprouted from the previous harvest. The soil was evaluated for K availability in the layers 0-10, 0-20, 10-20, and 20-40 cm. The plant parts leaf fresh matter (LM), twigs (TW), thick branches (BR) and commercial yerba mate (COYM), i.e., LM+TW, were analyzed. In addition, the relationship between fresh matter/dry matter (FM/DM) and K concentration in LM, AG and BR were evaluated. The fertilization increased K availability in all evaluated soil layers, indicating good mobility of the nutrient even at low rates. Yerba mate responded positively to increasing K2O rates with higher yields of all harvested components. The crop proved K-demanding, with a maximum COYM yield of 28.5 t ha-1, when 72 mg dm-3 K was available in the 0-20 cm layer. Yerba mate in the plant production stage requires soil K availability at medium to high level; in clayey soil with low K availability, a rate of 300 kg ha-1 K2O should be applied at 24 month intervals to obtain high yields. A leaf K concentration of 16.0 g ha-1 is suitable for yerba mate in the growth stage.

Physical-hydraulic properties of a sandy loam typic paleudalf soil under organic cultivation of 'montenegrina' mandarin (Citrus deliciosa Tenore)¹

Citrus plants are the most important fruit species in the world, with emphasis to oranges, mandarins and lemons. In Rio Grande do Sul, Brazil, most fruit production is found on small properties under organic cultivation. Soil compaction is one of the factors limiting production and due to the fixed row placement of this crop, compaction can arise in various manners in the interrows of the orchard. The aim of this study was to evaluate soil physical properties and water infiltration capacity in response to interrow management in an orchard of mandarin (Citrus deliciosa Tenore 'Montenegrina') under organic cultivation. Interrow management was performed through harrowing, logs in em "V", mowing, and cutting/knocking down plants with a knife roller. Soil physical properties were evaluated in the wheel tracks of the tractor (WT), between the wheel tracks (BWT), and in the area under the line projection of the canopy (CLP), with undisturbed soil samples collected in the 0.00-0.15, 0.15-0.30, 0.30-0.45, and 0.45-0.60 m layers, with four replicates. The soil water infiltration test was performed using the concentric cylinder method, with a maximum time of 90 min for each test. In general, soil analysis showed a variation in the physical-hydraulic properties of the Argissolo Vermelho-Amarelo distrófico arênico (sandy loam Typic Paleudalf) in the three sampling sites in all layers, regardless of the management procedure in the interrows. Machinery traffic leads to heterogeneity in the soil physical-hydraulic properties in the interrows of the orchard. Soil porosity and bulk density are affected especially in the wheel tracks of the tractor (WT), which causes a reduction in the constant rate of infiltration and in the accumulated infiltration of water in this sampling site. The use of the disk harrow and mower leads to greater harmful effects on the soil, which can interfere with mandarin production.

TrkB signaling is required for postnatal survival of CNS neurons and protects hippocampal and motor neurons from axotomy-induced cell death

Newborn mice carrying targeted mutations in genes encoding neurotrophins or their signaling Trk receptors display severe neuronal deficits in the peripheral nervous system but not in the CNS. In this study, we show that trkB (¿/¿) mice have a significant increase in apoptotic cell death in different regions of the brain during early postnatal life. The most affected region in the brain is the dentate gyrus of the hippocampus, although elevated levels of pyknotic nuclei were also detected in cortical layers II and III and V and VI, the striatum, and the thalamus. Furthermore, axotomized hippocampal and motor neurons of trkB (¿/¿) mice have significantly lower survival rates than those of wild-type littermates. These results suggest that neurotrophin signaling through TrkB receptors plays a role in the survival of CNS neurons during postnatal development. Moreover, they indicate that TrkB receptor signaling protects subpopulations of CNS neurons from injury- and axotomy-induced cell death.

Fossil resource depletion and climate change emissions: the role of physical constrictions

[spa] En lo que concierne al cambio climático, los pronósticos de cercanos picos de combustible fósiles parecen buenas noticias pues la mayoría de las emisiones proceden de la quema de combustibles fósiles. Sin embargo, esto podría resultar engañoso de confirmarse las enormes estimaciones de reservas de carbón pues puede divisarse un intercambio de combustible fósiles con baja concentración de carbono (petróleo y gas) por otros de mayor (carbón). Ciñéndonos a esta hipótesis desarrollamos escenarios donde tan pronto el petróleo y el gas natural alcanzan su cénit la extracción de carbón crece lo necesario para compensar el descenso de los primeros. Estimamos las emisiones que se deriva de tales supuestos y las comparamos con el peor escenario del IPCC. Si bien dicho escenario parece improbable concluimos que los picos de petróleo y gas no son suficientes para evitar peligrosas sendas de gases de efecto invernadero. Las concentraciones de CO2 halladas superan con creces las 450 ppm sin signos de remisión.

Water stress before harvest of pepper-rosmarin

The objective of this work was to assess the effect of different periods of water stress before harvest of pepper-rosmarin (Lippia sidoides) on the contents of essential oil and flavonoids. The experiment was carried out during 270 days of cultivation, with drainage lysimeters, in a completely randomized block design with five treatments: 0, 2, 4, 6, and 8 days of water suppression before harvest, with four replicates. Fresh and dry matter yield, essential oil content, total flavonoids content, and water potential and temperature of leaves were determined. There was a decrease of approximately 50% in oil content and of 60% in total flavonoid content with the reduction of leaf water potential in 0.3 MPa. Essential oil is more sensitive to water stress than total flavonoids.

CO2:n käyttö puhdistuksessa ja inerttinä kaasuna öljynjalostusympäristössä

Tutkimuksen tavoitteena on löytää CO2:lle puhdistus- ja inertointikohteita öljynjalostusympäristöstä. CO2:na käytettäisiin Porvoon vetylaitokselta sivutuotteena tulevaa CO2:a. Vetylaitokselta saatava CO2-virta ei ole riittävän puhdasta käytettäväksi suoraan pesuissa ja inertoinnissa. CO2:n eri olomuotoja voidaan käyttää puhdistuksessa. Tutkimuksen lähtökohtana olleen ylikriittisen CO2:n tehokkuus perustuu sen liuottavuuteen. Huonosti liukenevien aineiden liukoisuus ylikriittiseen CO2:in paranee lisäaineiden ja pinta-aktiivisten aineiden käytöllä. Kiinteä CO2 jäädyttää ja poistaa epäpuhtauden sublimoitumisesta aiheutuvan paineaallon voimasta. Kuivajääpuhdistus soveltuu parhaiten tasaisten pintojen puhdistamiseen. Ylikriittisellä CO2:lla onnistuu nykyisellä teknologialla vain pienien kappaleiden puhdistaminen. Kuivajääpuhdistuksen toimivuutta kokeiltiin käytännössä Neste Oilin Porvoon jalostamolla hyvin tuloksin. Tasaisilta pinnoilta saatiin poistetuksi bitumia ja rasvakerros. Käyttökustannusvertailussa osoittautui ylikriittistä CO2:a käyttävä laitteisto halvemmaksi ja kuivajääpuhallus kalliimmaksi kuin konventionaaliset menetelmät. Säiliöiden paineistamiseen ja inertointiin käytetään yleisesti N2:ä. N2:llä inertoitavia kohteita voitaisiin korvata CO2:lla. CO2:n käyttöä rajoittavia seikkoja on hinta ja sen reaktiivisuus alkalimetallien kanssa. Vertailtaessa näiden kahden liukoisuuksia hiilivetyihin osoittautui CO2 monin kerroin liukoisemmaksi. Tämän ominaisuuden ansiosta CO2 voisi olla hyvä väliaine laitteiden hiilivetyvapaaksi saattamisessa.

Wastewater Treatment of Diesel Power Plant

Diplomityön tavoitteena on selvittää Wärtsilän dieselvoimalaitosten jätevedenkäsittelyn vallitseva tila. Tutkimuksessa keskitytään raskaspolttoöljykäyttöisiin voimalaitoksiin. Työssä selvitetään yleisimmät dieselvoimalaitosten jätevesille asetetut vaatimukset. Selvitys tehdään keräämälläja tutkimalla dieselvoimalaitosten jätevesille sovellettuja standardeja. Työssä selvitetään myös dieselvoimalaitokselta ulostulevan jäteveden laatu sekä nykyisen jätevedenkäsittelyjärjestelmän toiminta. Selvitys tehdään keräämällä ja tutkimalla yrityksen sisäisiä tietoja, sekä ottamalla ja analysoimalla jätevesinäytteitä. Näytteiden otto ja analysointi toteutetaan vierailemallakahdessa voimalaitoksessa sekä yhdessä muussa kohteessa. Jäteveden laatu ennen ja jälkeen käsittelyn määritetään. Myös öljynjalostusteollisuuden jätevedenkäsittelyä tarkastellaan kirjallisuuteen pohjautuen. Tarkastelun tavoitteena on hankkia tietoa jätevedenkäsittelystä kohteissa, joissa jäteveden laatu vastaa dieselvoimalaitoksella syntyvää jätevettä. Vertailun vuoksi myös öljynjalostusteollisuudelle asetetuttuja jätevesistandardeja tutkitaan. Lisäksi työssä tutkitaan myös joitakin muita jätevedenkäsittelymenetelmiä. Diplomityön tuloksena määritetään dieselvoimalaitosten jätevedenkäsittelyn tulevaisuuden haasteet ja mahdollisuudet.

Voimalaitoksen höyryjärjestelmän paineensäädön hallinta

Diplomityön tavoitteena oli selvittää tapoja hallita voimalaitoksen höyryjärjestelmän paineensäätöä. Työ on tehty Neste Oilin Porvoon jalostamon energialaitoksen höyryjärjestelmästä. Energialaitos käsittää kaksi höyrykattilaa ja kaasuturbiinivoimalaitoksen, sekä öljynjalostamolla sijaitsevat höyrykattilan ja kaasuturbiinivoimalaitoksen. Höyryverkon häiriötilanteet aiheuttavat paineenlaskua höyryverkossa, jos jonkun höyryntuottajan tuotanto keskeytyy, tai paineennousua höyryverkossa, jos joku höyrynkuluttajista ei kuluta enää höyryä. Nykyisessä tilanteessa vakavin paineen laskua aiheuttava häiriötilanne olisi energialaitoksen höyrykattilan tuotannon keskeytyminen. Vakavin paineennousua aiheuttava häiriötilanne olisi suurimman kuluttajan,eli energialaitoksen vastapaineturbiinin, irtaantuminen höyryverkosta. Paineen hallinta voidaan toteuttaa oikeanlaisilla automaation ratkaisuilla, joita on mahdollista kehittää käyttökokemukseen perustuen järjestelmäpäivitysten yhteydessä. Häiriötilanteita voidaan yrittää ennakoida kunnossapidon keinoin niin, että vikaantuminen havaitaan ennen kuin vakava häiriö tapahtuu. Erityisesti kunnossapitostrategian kehittäminen auttaisi kohdistamaan kunnossapitotoimenpiteet oleellisimpiin kohteisiin kustannustehokkaasti. Lisäksi käyttöhenkilökunnan oikeanlaisella toiminnalla häiriön sattuessa voidaan häiriöiden aiheuttamia seuraamuksia tuotantoon ja turvallisuuteen lieventää. Käyttöhenkilökunnan toimintaa voidaan parantaa koulutuksella.

Uudet tiedonsiirtotekniikat teollisuusympäristössä

Diplomityössä tehdään perusselvitys olemassaolevista tiedonsiirtotekniikoista, joita voidaan käyttää teollisuusympäristössä. Tiedonsiirtojärjestelmiä tarvitaan teollisuuden prosessien ja laitteiden ohjauksessa monessa eri tasossa. Ylemmän tason tiedonsiirtoväyliin kuuluu esimerkiksi taloushallinnan talousväylä, jota pitkin tapahtuu operatiivista tiedonsiirtoa. Operatiivinen tiedonsiirto koostuu tuotantotiedonsiirrosta ja koneiden toimintaan liittyvien tietojen siirrosta. Tavoitteena on tuotannon tehostaminen sekä logistiikan ja koneiden käytettävyyden parantaminen. Alemman tason väyliin kuuluu käyttöväylä, joka voi koostua useammasta osaväylästä: tehdasväylästä, prosessiväylästä ja kenttäväylästä. Ohjaustiedonsiirto ja laitteiden välinen tiedonsiirto tapahtuu käyttöväylää pitkin. Tiedonsiirtoa tapahtuu myös laitteiden sisäisesti. Työn alkuosassa esitellään laitteita, joiden välillä voidaan tarvita tiedonsiirtoyhteyttä ja vaatimuksia, joita teollisuusympäristö asettaa tiedonsiirtoyhteyksille. Työssä esitellään teollisuusympäristöön soveltuvien tiedonsiirtotekniikoiden ominaisuuksia ja sovelluksia. Eri tiedonsiirtoyhteyksien toteuttamiseen sopivien tiedonsiirtojärjestelmien valintaa käsitellään esimerkkien valossa. Työssä esitellään myös esimerkkilaitteisto, jonka avulla tutkitaan pienjännitteisen sähköverkon soveltuvuutta tiedonsiirtoon. Työssä esitetään yhteenveto siitä, millä tiedonsiirtotekniikoilla eri laitteiden välinen tiedonsiirto on toteutettavissa ja pohditaan uusien tiedonsiirtotekniikoiden tarjoamia mahdollisuuksia ja niiden käyttöön liittyviä vaatimuksia.

Kulutus- korroosionkestävien materiaalien laserpinnoitus

Diplomityössä tutkitaan kulutus- ja korrosionkestävien materiaalien laserpinnoitusta. Laserpinnoituksessa sulatetaan uutta materiaalia työkappaleen pintaan lasersäteen avulla. Tarkoituksena on yleensä parantaa pinnan korroosion, kulumisen tai pintapaineen kestävyyttä. Laserpinnoitukseen liittyy useita etuja verrattuna konventionaalisiin päällehitsausprosesseihin. Työssä tutkittavat pinnoitemateriaalit ovat kobolttipohjaiset Stellite 1 ja Stellite 6, työkaluteräkset WR 4 ja WR 6 sekä metallimatriisikomposiitti Anval50/50+30 % Cr3C2. Pinnoitettavat perusaineet ovat hiiliteräs Fe 52, ruostumaton teräs AISI 316 ja valurauta GRP 500. Työn tavoitteena on löytää kunkin pinnoite/perusaine-yhdistelmän pinnoitusparametrit. Pinnoituskokeissa käytettiin LTKK:n 6 kW:n CO2-laseria. Pinnoitetuille koekappeleille tehtiin kovuusmittaukset ja kulutuskokeet. Pinnoitteiden mikrorakenteet analysoitiin ja sekoittumisasteet laskettiin. Virheitä tutkittiin silmämääräisesti sekä radiografisella kuvauksella. Optimiparametreja pinnoitemateriaaleille ei löydetty. Pinnoitteiden sekoittumisasteet muodostuivat suuriksi liiallisen lasertehon ja/tai huonon lisäaineen kohdistuksen vuoksi. Suuri sekoittuminen alensi pinnoitteiden kovuutta ja kulumiskestävyyttä. Pinnoitusparametreja arvioidaan koetulosten perusteella ja niille annetaan korjausehdotuksia. Lopuksi esitetään suosituksia tutkimusprojektin jatkotoimille.