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.

Supporting, Regulating, and Provisioning Hydrological Services

The natural regulation of the water cycle by tropical montane forests is an important ecosystem service. Within this chapter we focus on water balance and regulation of the water cycle. Differences of rainfall-runoff generation across scales change from a near-surface event water driven system in pristine rainforest-covered micro-catchments to a more groundwater pre-event water dominated one on the mesoscale. The highly dynamic discharges are often correlated with total suspended sediment loads. However, we also observed total suspended sediment peaks at times of low flow, indicating a decoupling of erosion and stream transport and a triggering of landslides not directly related to hydrological processes. We also summarize likely future trends of water-related ecosystem services and expect an increase in human use and benefits of fresh water use whereas changes in water regulation and water purification services remain unchanged on a high level.

Climatic drivers of hourly to yearly tree radius variations along a 6°C natural warming gradient

Climate affects the timing, rate and dynamics of tree growth, over time scales ranging from seconds to centuries. Monitoring how a tree's stem radius varies over these time scales can provide insight into intra-annual stem dynamics and improve our understanding of climate impacts on tree physiology and growth processes. Here, we quantify the response of radial conifer stem size to environmental fluctuations via a novel assessment of tree circadian cycles. We analyze four years of sub-hourly data collected from 56 larch and spruce trees growing along a natural temperature gradient of ∼6 °C in the central Swiss Alps. During the growing season, tree stem diameters were greatest at mid-morning and smallest in the late evening, reflecting the daily cycle of water uptake and loss. Along the gradient, amplitudes calculated from the stem radius cycle were ∼50% smaller at the upper site (∼2200 m a.s.l.) relative to the lower site (∼800 m a.s.l.). We show changes in precipitation, temperature and cloud cover have a substantial effect on typical growing season diurnal cycles; amplitudes were nine times smaller on rainy days (>10 mm), and daily amplitudes are approximately 40% larger when the mean daily temperature is 15–20 °C than when it is 5–10 °C. We find that over the growing season in the sub-alpine forests, spruce show greater daily stem water movement than larch. However, under projected future warming, larch could experience up to 50% greater stem water use, which may severely affect future growth on already dry sites. Our data further indicate that because of the confounding influences of radial growth and short-term water dynamics on stem size, conventional methodology probably overstates the effect of water-linked meteorological variables (i.e. precipitation and relative humidity) on intra-annual tree growth. We suggest future studies use intra-seasonal measurements of cell development and consider whether climatic factors produce reversible changes in stem diameter. These study design elements may help researchers more accurately quantify and attribute changes in forest productivity in response to future warming.

CONMICOM – conflict mitigation in communities: LforS learning and simulation game

Three extended families live around a lake. One family are rice farmers, the second family are vegetable farmers, and the third are a family of livestock herders. All of them depend on the use of lake water for their production, and all of them need large quantities of water. All are dependent on the use of the lake water to secure their livelihood. In the game, the families are represented by their councils of elders. Each of the councils has to find means and ways to increase production in order to keep up with the growth of its family and their demands. This puts more and more pressure on the water resources, increasing the risk of overuse. Conflicts over water are about to emerge between the families. Each council of elders must try to pursue its families interests, while at the same time preventing excessive pressure on the water resources. Once a council of elders is no longer able to meet the needs of its family, it is excluded from the game. Will the parties cooperate or compete? To face the challenge of balancing economic well-being, sustainable resource management, and individual and collective interests, the three parties have a set of options for action at hand. These include power play to safeguard their own interests, communication and cooperation to negotiate with neighbours, and searching for alternatives to reduce pressure on existing water resources. During the game the players can experience how tensions may arise, increase and finally escalate. They realise what impact power play has and how alliances form, and the importance of trust-building measures, consensus and cooperation. From the insights gained, important conflict prevention and mitigation measures are derived in a debriefing session. The game is facilitated by a moderator, and lasts for 3-4 hours. Aim of the game: Each family pursues the objective of serving its own interests and securing its position through appropriate strategies and skilful negotiation, while at the same time optimising use of the water resources in a way that prevents their degradation. The end of the game is open. While the game may end by one or two families dropping out because they can no longer secure their subsistence, it is also possible that the three families succeed in creating a situation that allows them to meet their own needs as well as the requirements for sustainable water use in the long term. Learning objectives The game demonstrates how tension builds up, increases, and finally escalates; it shows how power positions work and alliances are formed; and it enables the players to experience the great significance of mutual agreement and cooperation. During the game and particularly during the debriefing and evaluation session it is important to link experiences made during the game to the players’ real-life experiences, and to discuss these links in the group. The resulting insights will provide a basis for deducing important conflict prevention and transformation measures.

Plant diversity moderates drought stress in grasslands: Implications from a large real-world study on 13C natural abundances

Land-use change and intensification play a key role in the current biodiversity crisis. The resulting species loss can have severe effects on ecosystem functions and services, thereby increasing ecosystem vulnerability to climate change. We explored whether land-use intensification (i.e. fertilization intensity), plant diversity and other potentially confounding environmental factors may be significantly related to water use (i.e. drought stress) of grassland plants. Drought stress was assessed using δ13C abundances in aboveground plant biomass of 150 grassland plots across a gradient of land-use intensity. Under water shortage, plants are forced to increasingly take up the heavier 13C due to closing stomata leading to an enrichment of 13C in biomass. Plants were sampled at the community level and for single species, which belong to three different functional groups (one grass, one herb, two legumes). Results show that plant diversity was significantly related to the δ13C signal in community, grass and legume biomass indicating that drought stress was lower under higher diversity, although this relation was not significant for the herb species under study. Fertilization, in turn, mostly increased drought stress as indicated by more positive δ13C values. This effect was mostly indirect by decreasing plant diversity. In line with these results, we found similar patterns in the δ13C signal of the organic matter in the topsoil, indicating a long history of these processes. Our study provided strong indication for a positive biodiversity-ecosystem functioning relationship with reduced drought stress at higher plant diversity. However, it also underlined a negative reinforcing situation: as land-use intensification decreases plant diversity in grasslands, this might subsequently increases drought sensitivity. Vice-versa, enhancing plant diversity in species-poor agricultural grasslands may moderate negative effects of future climate change.

Household risk factors and the health and nutritional status of children in rural Honduras

During this cross-sectional study, both quantitative and qualitative research methods were used to elucidate the role that household environment and sanitation play in the nutritional status of children in a rural Honduran community. Anthropometric measurements were taken as measures of nutritional status among children under five years of age, while interviews regarding the household environment were conducted with their primary caregivers. Community participatory activities were conducted with primary caregivers, and results from water quality testing were analyzed for E. coli contamination. Anthropometric results were compared using the 1977 NCHS Growth Charts and the 2006 WHO Child Growth Standard to examine the implications of using the new WHO standard. The references showed generally good or excellent agreement between z-score categories, except among height-for-age classifications for males 24-35.9 months and weight-for-age classifications for males older than 24 months. Comparing the proportion of stunted, underweight, and wasted children, using the WHO standard generally resulted in higher proportions of stunting, lower underweight proportions, and higher overweight proportions. Logistic regression was used to determine which household and sanitation factors most influenced the growth of children. Results suggest only having water from a spring, stream, or other type of surface water as the primary source of drinking water is a significant risk factor for stunting. A protective association was seen between the household wealth index and stunting. Through participatory activities, the community provided insight on health issues important for improving child health. These activities yielded findings to be harnessed as a powerful resource to unify efforts for change. The qualitative findings were triangulated with the quantitative interview and water testing results to provide intervention recommendations for the community and its primary health care clinic. Recommendations include educating the community on best water consumption practices and encouraging the completion of at least some primary education for primary caregivers to improve child health. It is recommended that a community health worker program be developed to support and implement community interventions to improve water use and household sanitation behaviors and to encourage the involvement of the community in targeting and guiding successful interventions. ^

Evaluating Degradable Mulches for Muskmelon Production

Plastic mulches can provide vegetable growers with earlier crop maturity, increased yields and quality, improved disease, insect and weed control, and more efficient fertilizer and water use. However, standard polyethylene mulches must be removed and disposed of at the end of each season, which is a dirty and costly undertaking. One solution to this problem has been the development of degradable mulches that can be left in the field after harvest to disintegrate and be incorporated into the soil. Unfortunately, degradable mulch performance hasn’t always met expectations. And now there are different types of degradable mulches being aggressively marketed creating questions about which one is best. The objective of this study was to evaluate three types of degradable mulches for ease of use, speed of breakdown, and how they influence transplanted muskmelon performance.

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.

Regulación de la hidratación y la turgencia foliares por mecanismos evitadores del estrés, y resistencia a déficit hídrico en vid

El transporte del agua en las plantas es impulsado por diferencias de energía libre entre el suelo y la atmósfera, y está regulado por mecanismos biológicos evitadores, como el cierre estomático. La hidratación y la turgencia foliares resultan del equilibrio entre ΨL del apoplasto, el potencial osmótico del simplasto y la elasticidad de los tejidos. Sobre esta base se conjeturó que las interacciones de los mecanismos evitadores del estrés hídrico de la planta tienen un rol clave en la definición de su resistencia a déficit hídrico. Para probar esta hipótesis se construyó un modelo mecanístico basado en las leyes del flujo de savia de Van de Honert, de difusión de Fick, de elasticidad de Hooke, la ecuación de Gardner para el flujo del agua en la rizósfera y el modelo de conductancia estomática (gs) de Buckley. Mediante el modelo se demostró teóricamente que la hidratación y la turgencia foliares dependen de la oferta de agua edáfica (representada por el potencial hídrico del suelo) y de la demanda evaporativa de la atmósfera (representada por la radiación absorbida, la temperatura del aire, la velocidad del viento y el déficit de presión de vapor de la atmósfera). También que los mecanismos evitadores del estrés hídrico -i.e., conductancia hidráulica de la planta, conductancia estomática, elasticidad del tejido y potencial osmótico a turgencia máxima- son todos necesarios para determinar la hidratación y la turgencia foliares. El modelo también demostró que la conductancia hidráulica suelo-hoja (kL) depende de la fracción de agua edáfica transpirable (FTSW) con un patrón de decaimiento sigmoide, a medida que el suelo se seca. Esto implica que las variables que dependen en parte de kL (i.e., gs, transpiración, fotosíntesis y superficie foliar) también dependen de FTSW con el mismo patrón. El modelo se probó experimentalmente a distintos niveles de humedad edáfica (desde déficit hídrico nulo, hasta severo) en cinco variedades de vid y mostró un poder predictivo superior al 90%. En todas las variedades las gs se asociaron linealmente con las kL observadas, al considerar todas las situaciones de déficit hídrico en conjunto, si bien la pendiente de estas relaciones fueron distintas en cada variedad. La contrastación experimental mostró que, en una escala de tiempo de varios meses, las variedades más evitadoras -i.e., Grenache y Cereza- mantuvieron mayor kL, ajuste osmótico y rigidez de los tejidos y una menor pendiente de la relación de gs vs. kL, que las variedades menos evitadoras -i.e., Malbec y Syrah-. La menor pendiente de la relación entre gs y kL, en las variedades más evitadoras, estuvo asociada a una mayor cantidad de estomas, en relación con la cantidad de células epidérmicas. Los variedades más evitadoras bajo déficit hídrico moderado -i.e., con una fracción de agua edáfica transpirable entre 0,6 y 0,4- tuvieron mayor superficie foliar y produjeron más biomasa, favoreciendo raíces profundas y densas, y ahorrando agua. Chardonnay mantuvo una alta hidratación y turgencia a expensas de un alto gasto de agua debido a que privilegiaba una alta kL por sobre el ajuste estomático, por lo que no podría considerarse en forma estricta como muy evitadora.

Consumo de agua de plantas jóvenes de manzano regadas por goteo

En la EEA INTA Alto Valle se determinaron coeficientes de cultivos (Kc) de manzano 'Cripp´s Pink', en su segunda temporada de crecimiento, mediante la utilización de tres lisímetros de drenaje. Dentro de cada lisímetro se colocó un manzano, en la misma fecha en la cual se realizó la plantación del monte frutal. El cultivo fue regado diariamente, mediante un lateral, con goteros integrales de 4 l h-1 distanciados cada 0,50 m. Durante la temporada de crecimiento del cultivo se realizaron determinaciones de: volumen de agua aplicada y drenada, tensión del agua en el suelo, área seccional de tronco, intercepción de radiación y porcentaje de superficie sombreada. La mayor evapotranspiración del cultivo (ETc) mensual correspondió a enero con 2,5 mm día-1 lo que equivale a 20 litros planta-1 día-1 teniendo en cuenta el marco de plantación del cultivo. Los Kc incrementaron sus valores desde un valor inicial de 0,26 en plena floración (04/10/09) hasta 0,47 a finales de noviembre, y desde entonces permanecieron casi constantes hasta finales de abril. El valor calculado de la evapotranspiración anual del manzano 'Cripp's Pink', en su segunda temporada de crecimiento fue de 401 mm.

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.