An inverse method for determining source characteristics for emergency response applications

Following a malicious or accidental atmospheric release in an outdoor environment it is essential for first responders to ensure safety by identifying areas where human life may be in danger. For this to happen quickly, reliable information is needed on the source strength and location, and the type of chemical agent released. We present here an inverse modelling technique that estimates the source strength and location of such a release, together with the uncertainty in those estimates, using a limited number of measurements of concentration from a network of chemical sensors considering a single, steady, ground-level source. The technique is evaluated using data from a set of dispersion experiments conducted in a meteorological wind tunnel, where simultaneous measurements of concentration time series were obtained in the plume from a ground-level point-source emission of a passive tracer. In particular, we analyze the response to the number of sensors deployed and their arrangement, and to sampling and model errors. We find that the inverse algorithm can generate acceptable estimates of the source characteristics with as few as four sensors, providing these are well-placed and that the sampling error is controlled. Configurations with at least three sensors in a profile across the plume were found to be superior to other arrangements examined. Analysis of the influence of sampling error due to the use of short averaging times showed that the uncertainty in the source estimates grew as the sampling time decreased. This demonstrated that averaging times greater than about 5min (full scale time) lead to acceptable accuracy.

Contrasting arbuscular mycorrhizal communities colonizing different host plants show a similar response to a soil phosphorus concentration gradient

High soil phosphorus (P) concentration is frequently shown to reduce root colonization by arbuscular mycorrhizal (AM) fungi, but the influence of P on the diversity of colonizing AM fungi is uncertain. We used terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP) of 18S rDNA and cloning to assess diversity of AM fungi colonizing maize (Zea mays), soybean (Glycene max) and field violet (Viola arvensis) at three time points in one season along a P gradient of 10280mgl1 in the field. Percentage AM colonization changed between sampling time points but was not reduced by high soil P except in maize. There was no significant difference in AM diversity between sampling time points. Diversity was reduced at concentrations of P > 25mgl1, particularly in maize and soybean. Both cloning and T-RFLP indicated differences between AM communities in the different host species. Host species was more important than soil P in determining the AM community, except at the highest P concentration. Our results show that the impact of soil P on the diversity of AM fungi colonizing plants was broadly similar, despite the fact that different plants contained different communities. However, subtle differences in the response of the AM community in each host were evident.

High-frequency water quality monitoring in an urban catchment: hydrochemical dynamics, primary production and implications for the Water Framework Directive

This paper describes the hydrochemistry of a lowland, urbanised river-system, The Cut in England, using in situ sub-daily sampling. The Cut receives effluent discharges from four major sewage treatment works serving around 190,000 people. These discharges consist largely of treated water, originally abstracted from the River Thames and returned via the water supply network, substantially increasing the natural flow. The hourly water quality data were supplemented by weekly manual sampling with laboratory analysis to check the hourly data and measure further determinands. Mean phosphorus and nitrate concentrations were very high, breaching standards set by EU legislation. Though 56% of the catchment area is agricultural, the hydrochemical dynamics were significantly impacted by effluent discharges which accounted for approximately 50% of the annual P catchment input loads and, on average, 59% of river flow at the monitoring point. Diurnal dissolved oxygen data demonstrated high in-stream productivity. From a comparison of high frequency and conventional monitoring data, it is inferred that much of the primary production was dominated by benthic algae, largely diatoms. Despite the high productivity and nutrient concentrations, the river water did not become anoxic and major phytoplankton blooms were not observed. The strong diurnal and annual variation observed showed that assessments of water quality made under the Water Framework Directive (WFD) are sensitive to the time and season of sampling. It is recommended that specific sampling time windows be specified for each determinand, and that WFD targets should be applied in combination to help identify periods of greatest ecological risk. This article is protected by copyright. All rights reserved.

Aditivos químicos ou biológicos na ensilagem de cana-de-açúcar: 2. parâmetros ruminais e degradabilidade da matéria seca e das frações fibrosas

Objetivou-se avaliar o efeito da inclusão de aditivos na ensilagem de cana-de-açúcar (Saccharum officinarum L.) sobre a degradação de MS e de componentes da parede celular e sobre os parâmetros de fermentação ruminal em bovinos alimentados com dietas contendo essas silagens. Utilizaram-se cinco novilhos da raça Nelore providos de cânula ruminal, alocados em delineamento quadrado latino 5 ´ 5 e alimentados com dietas com 65% de volumoso (%) MS. Foram avaliadas cinco silagens (base úmida): controle - cana-de-açúcar, sem aditivos; uréia - cana-de-açúcar + 0,5% ureia; benzoato - cana-de-açúcar + 0,1% de benzoato de sódio; LP - cana-de-açúcar inoculada com Lactobacillus plantarum (1 ´ 10(6) ufc/g MV); LB - cana-de-açúcar inoculada com L. buchneri (3,6 ´ 10(5) ufc/g forragem). A forragem foi armazenada em silos do tipo poço por 90 dias antes do fornecimento aos animais. Os parâmetros ruminais foram afetados de forma moderada pelas silagens e tiveram forte efeito do horário de coleta de amostras. As concentrações molares médias dos ácidos acético, propiônico e butírico foram de 60,9; 19,3 e 10,2 mM, respectivamente. O ambiente ruminal proporcionado por dietas formuladas com silagens de cana-de-açúcar foi satisfatório e similar ao tradicionalmente observado em dietas contendo cana. O uso de aditivos na ensilagem influenciou, de forma não-significativa, a degradabilidade ruminal da MS e da MO, mas não alterou a degradabilidade ruminal da fração fibrosa. Os aditivos aplicados à cana-de-açúcar resultaram em pequenas alterações na maior parte das variáveis avaliadas. Apesar de a degradabilidade ruminal das silagens ter sido pouco afetada pelo uso de aditivos, os valores observados foram próximos aos observados para a cana-de-açúcar in natura.

Planos de amostragem seqüenciais para Orthezia praelonga Douglas (Hemiptera: Sternorrhyncha, Ortheziidae) na cultura de citros

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Enxofre disponível para a soja e atividade de arilsulfatase em solo tratado com gesso agrícola

O constante uso de fertilizantes que não contêm S, aliado ao baixo teor de matéria orgânica de alguns solos, pode resultar em limitação desse nutriente para as culturas. Graças à alta mobilidade do íon sulfato no perfil da maioria dos solos, é importante conhecer o efeito residual da aplicação do gesso agrícola feita com a finalidade de fornecimento de S, visando estimar sua freqüência de realização. em dois anos agrícolas, foram efetuados experimentos em campo para avaliar o efeito da aplicação de gesso agrícola nos teores de S-sulfato, S-reserva e atividade da arilsulfatase de um Latossolo Vermelho distrófico cultivado com soja, bem como nos teores de macronutrientes nas folhas e na produtividade de grãos da cultura. Os tratamentos consistiram na aplicação de: 0, 67, 133, 267, 533 e 1.067 kg ha-1 de gesso agrícola, em delineamento inteiramente casualizado, com quatro repetições. Realizaram-se amostragens de solo nas profundidades de 0-20 e 20-40 cm a cada 21 dias durante o ciclo da cultura, totalizando seis por ano. A primeira amostragem de cada ano foi feita antes da aplicação do gesso. No segundo ano, a distribuição dos tratamentos foi feita sobre as mesmas parcelas do ano anterior. O gesso agrícola aumentou os teores de S-sulfato no solo nas épocas próximas à aplicação, os quais diminuíram com o tempo, em decorrência da precipitação pluvial. No primeiro ano, o S-sulfato foi lixiviado para além da profundidade de 20-40 cm, sem efeito residual de um ano para o outro. A atividade da arilsulfatase foi maior a 0-20 cm, de forma semelhante ao observado para o S-reserva, havendo correlação positiva entre essas variáveis. A aplicação de gesso agrícola não influenciou a produção de grãos e, à exceção do teor de S no segundo ano, não alterou os teores de macronutrientes nas folhas de soja.

Atividade de proteases e disponibilidade de nitrogênio para laranjeira cultivada em Latossolo Vermelho distrófico

O conhecimento do potencial da mineralização dos compostos orgânicos nitrogenados do solo é fundamental para o uso eficiente do N em sistemas de produção agrícola. Com o objetivo de avaliar a atividade de proteases e suas relações com os teores de diferentes formas de N em Latossolo Vermelho distrófico cultivado com laranjeira, foram coletadas amostras de solo em duas profundidades (0-10 e 10-20 cm), na linha de projeção da copa e nas entrelinhas, nos meses de novembro e dezembro/98, fevereiro e março/99. em março/99, época recomendada para a diagnose foliar, também foram coletadas amostras de folhas. As amostras de solo foram avaliadas com relação à atividade de proteases e aos teores de N-amoniacal, N-nitrato, N-total, N-amoniacal obtido após incubação anaeróbia (N-pot) e N-amoniacal extraído por solução de CaCl2 sob autoclavagem (N-autoclave). Nas amostras de folha, determinou-se o teor de N-total. A atividade de proteases foi influenciada pelo local e pela profundidade de amostragem, tendo sido mais elevada na linha de projeção da copa e profundidade de 0-10 cm. A aplicação de fertilizante orgânico causou aumento na atividade de proteases, principalmente na camada de 0-10 cm. O coeficiente de correlação entre atividade de proteases e outros métodos para avaliação da disponibilidade de N dependeu da época, do local e da profundidade de amostragem. A correlação entre o N-foliar, obtido na época indicada para diagnose foliar, a atividade de proteases e as demais formas para avaliar disponibilidade de N (N-amoniacal, N-nitrato, N-autoclave e N-pot) variou com a época de amostragem. A atividade de proteases foi positiva e altamente correlacionada com o N-foliar, obtido na época indicada para fins de diagnose foliar, para amostras de terra retiradas nas entrelinhas (0-10 cm), no mês de dezembro/1998.

Rumen fermentation and rumen microbes in Nellore steers receiving diets with different lipid contents

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Acúmulo e distribuição de boro em cultivares de algodão

O algodoeiro é responsivo à adubação boratada, porém há poucas e controversas observações a respeito da mobilidade do nutriente dentro da planta. Este trabalho teve por objetivo avaliar a translocação e o acúmulo de boro (B) em cultivares de algodão. Quatro cultivares de algodão (FM 993, FM 910, FMT 701 e FMT 523) foram cultivadas em duas concentrações de B (0 e 4,5 mmol L-1) na solução nutritiva, em vasos com capacidade de 8 L preenchidos com areia lavada, por seis semanas. Os vasos receberam solução nutritiva uma vez por semana. em seguida, as plantas foram amostradas durante quatro semanas consecutivas, determinando-se a matéria seca e acúmulo total de B nas raízes e na parte aérea, a distribuição e acúmulo de B nos tecidos da planta e o teor e acúmulo de B nas folhas em diferentes nós da haste principal. O delineamento experimental foi em blocos ao acaso, em esquema fatorial 4 x 2, com parcelas subdivididas no tempo (semanas de amostragem), com quatro repetições. As cultivares FM 993 e FMT 523 alcançaram maior produção de matéria seca e acúmulo de B na raiz. Plantas cultivadas sem deficiência de B acumulam mais de 50 % do B nas folhas, ao passo que, em plantas sem aplicação do micronutriente, o B se encontra em maior proporção nas raízes e no caule. Não há evidência de translocação de B em diferentes cultivares de algodão, mesmo quando cultivadas em deficiência desse nutriente.

Taxas de decomposição e de liberação de macronutrientes da palhada de aveia preta em plantio direto

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Efeitos do glyphosate e sulfometuron-methyl no crescimento e na qualidade tecnológica da cana-de-açúcar

Os herbicidas, mesmo quando usados em doses reduzidas ou utilizados como maturadores, podem alterar a morfofisiologia da planta, o que pode levar a modificações qualitativas e quantitativas na produção. O presente estudo objetivou avaliar a eficiência agronômica e os efeitos, durante o crescimento da cana-soca, da aplicação de glyphosate e sulfometuron-methyl em baixas doses. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos casualizados, com quatro repetições. Os tratamentos foram constituídos pelos herbicidas sulfometuron-methyl e glyphosate em diferentes doses e misturas e por uma testemunha (sem aplicação dos produtos). Uma linha de plantas de cana-de-açúcar foi destinada à aferição da qualidade tecnológica, sendo estabelecido 1 m aleatório a cada época de amostragem. Os colmos coletados foram submetidos ao desponte na altura da gema apical e à desfolha; em seguida, foram encaminhados para processamento segundo a metodologia do Sistema de Pagamento de Cana pelo Teor de Sacarose (SPCTS), sendo considerados os parâmetros tecnológicos: pol cana (PCC), pureza do caldo (PUI), açúcar total recuperável (ATR) e Brix. Nas soqueiras de cana-de-açúcar, realizaram-se análises de crescimento (altura e perfilhos). As avaliações foram realizadas na pré-colheita (30 dias após aplicação dos maturadores) e 30, 60, 90, 120, 150 e 180 dias após a colheita. Os herbicidas glyphosate e sulfometuron-methyl propiciaram melhoria da qualidade tecnológica da matéria-prima,com incrementos significativos na pureza do caldo e no Brix. A aplicação dos produtos não interferiu na produtividade e no teor de açúcar. Houve efeito estimulante no perfilhamento quando se usou glyphosate na dose de 400 mL ha-1 e redução em crescimento (altura) no início do desenvolvimento da cana, porém, com o tempo, o efeito não se manteve.

Desenvolvimento de uma unidade laboratorial para quantificação de BTX como poluentes atmosféricos, usando microextração em fase sólida

This dissertation aims the development of an experimental device to determine quantitatively the content of benzene, toluene and xylenes (BTX) in the atmosphere. BTX are extremely volatile solvents, and therefore play an important role in atmospheric chemistry, being precursors in the tropospheric ozone formation. In this work a BTX new standard gas was produced in nitrogen for stagnant systems. The aim of this dissertation is to develop a new method, simple and cheaper, to quantify and monitor BTX in air using solid phase microextraction/ gas chromatography/mass spectrometry (SPME/CG/MS). The features of the calibration method proposed are presented in this dissertation. SPME sampling was carried out under non-equilibrium conditions using a Carboxen/PDMS fiber exposed for 10 min standard gas mixtures. It is observed that the main parameters that affect the extraction process are sampling time and concentration. The results of the BTX multicomponent system studied have shown a linear and a nonlinear range. In the non-linear range, it is remarkable the effect of competition by selective adsorption with the following affinity order p-xylene > toluene > benzene. This behavior represents a limitation of the method, however being in accordance with the literature. Furthermore, this behavior does not prevent the application of the technique out of the non-linear region to quantify the BTX contents in the atmosphere.

Estudos dos aspectos qualitativos e quantitativos da água e do sedimento no baixo curso do Rio Pitimbu (RN)

Urban growth of metropolitan areas has produced impacts of considerable importance on environment and water resources. Such impacts are in general associated with human activities, such as basin area uncontrolled development. In this context, Pitimbu river watershed, located at Natal metropolitan area, has been affected by uncontrolled development caused by urban expansion. Indeed, such effects have been reflected on water quantity and quality, which may produce social consequences. Pitimbu river is an important water supplier for human consumption, actually supplying a 2600 m3/h water discharge. This study aims to analyze the qualitative and quantitative aspects of water and sediment on Pitimbu river lowland portion. For this purpose, physical-chemical water properties were analyzed, and sediment macro invertebrates benthonic were monitored in two cross sections in a period between November 8th, 2007 and October 3rd, 2008. Monitoring methodology consisted of water and sediment sampling for laboratory analysis. Water quality analysis included Dissolved Oxygen, Oxygen Biochemical Demand, Nitrate, pH and Alkalinity, Suspended and Total Solids. The analysis of heavy metals in the sediment included Cadmium, Cobalt, Copper, Chrome, Silver and Nickel. Dry season water discharge data were measured and used to adjust recession function parameters, whose values reveal quick recession and strong river-aquifer unconfined interaction. Water quality analysis revealed the absence of degradation by organic composites. However, DO and BOD levels indicate that more consistent results could be provided if sampling time interval were reduced. Biomonitoring showed signs of aquatic ecosystem degradation by the absence of sensitive and abundance of resistant benthic organisms. Obtained results demonstrate the urgent need of effective management measures to provide environmental protection. The increase of environmental degradation will certainly make impracticable the use of water for human consumption

In vivo CYP2E1 phenotyping as a new potential biomarker of occupational and experimental exposure to benzene

Assessing CYP2E1 phenotype in vivo may be important to predict individual susceptibility to those chemicals, including benzene, which are metabolically activated by this isoenzyme. Chlorzoxazone (CHZ), a specific CYP2E1 substrate, is readily hydroxylated to 6-OH-chlorzoxazone (6-OH-CHZ) by liver CYP2E1 and the metabolic ratio 6-OH-CHZ/CHZ in serum (MR) is a specific and sensitive biomarker of CYP2E1 activity in vivo in humans. We used this MR as a potential biomarker of effect in benzene-treated rats and, also, in humans occupationally exposed to low levels of benzene. Male Sprague-Dawley rats (375-400 g b.w.) were treated i.p. for 3 days with either a 0.5 ml solution of benzene (5 mmol/kg b.w.) in corn oil, or 0.5 ml corn oil alone. Twenty-four hours after the last injection, a polyethylene glycol (PEG) solution of CHZ (20 mg/kg b.w.) was injected i.p. in both treated and control animals. After 2, 5.10,15, 20,30,45, 60, 90, 120, 180, and 240 min from injection, 0.2 ml blood was taken from the tip tail and stored at -20 degrees C until analysis. A modified reverse phase HPLC method using a 5 mu m Ultrasphere C18 column equipped with a direct-connection ODS guard column, was used to measure CHZ and its metabolite 6-OH-CHZ in serum. No statistically significant difference in the MR was observed, at any sampling time, between benzene-treated and control rats. The concentration-versus-time area under the curve (AUC), however, was lower (p < 0.05, Mann-Whitney test), whereas the systemic clearance was higher (p < 0.05) in treated than in control rats. Eleven petrochemical workers occupationally exposed to low levels of airborne benzene (mean +/- SD, 25.0 +/- 24.4 mu g/m(3)) and 13 non-exposed controls from the same factory (mean +/- SD, 6.7 +/- 4.0 mu g/m(3)) signed an informed consent form and were administered 500 mg CHZ p.o. Two hours later a venous blood sample was taken for CHZ and 6-OH-CHZ measurements. Despite exposed subjects showed significantly higher levels of t,t-MA and S-PMA, two biomarkers of exposure to benzene, than non-exposed workers, no difference in the MR mean values +/- SD was found between exposed (0.59 +/- 0.29) and non-exposed (0.57 +/- 0.23) subjects. So, benzene was found to modify CHZ disposition, but not CYP2E1 phenotype in benzene-treated rats, nor in workers exposed to benzene, probably due to the levels of exposure being too low. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Effects of adding a spray-dried polyclonal antibody preparation on ruminal fermentation patterns and digestibility of cows fed high concentrate diets

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)