Evaluation des pratiques d'irrigation, de fertilisation et d'application de pesticides dans l'agriculture périurbaine de Dakar, Sénégal

RESUMEL'agriculture urbaine et périurbalne - nommée ci-après AU - est un thème fort de recherche transversale, au vu des nombreux enjeux économiques, sociaux et environnementaux. L'objectif de cette recherche était de contribuer à une meilleure connaissance des processus de transfert de polluants et du cycle des nutriments à l'échelle locale, afin de déterminer sous quelles conditions l'AU de Dakar peut être pratiquée sans porter atteinte à la santé et à l'environnement.Une approche basée sur l'étude des processus géochimiques dans ie sol jusqu'à la nappe a été choisie, à l'échelle de la parcelle cultivée et à une échelle un peu plus large de la zone périurbaine de Dakar pour déterminer les influences du type d'occupation du sol.L'évaluation des impacts de l'irrigation avec des eaux usées brutes et des eaux de nappe saumâtres sur la qualité des sols (chapitre 2) a montré que l'alcalinité et les teneurs en calcium élevées des eaux saumâtres induisent la précipitation de CaC03 dans l'horizon superficiel du sol. Na remplace consécutivement Ca sur le complexe argilo-humique du sol et les bicarbonates diminuent dans la solution du sol. Le carbone organique dissout (COD) augmente significativement dans la solution du sol et dans la nappe sous-jacente. Malgré l'alcalinité et les teneurs très élevées en calcium des eaux usées, il y a peu de précipitation de CaC03 dans l'horizon superficiel du sol et une faible augmentation du sodium échangeable ESP. La nitrification de l'ammonium des eaux usées (moy 190mg/L à Pikine) produit des protons, qui ne sont plus tamponnés par les bicarbonates exportés hors du profil. Il y a alors une nette baisse de pH des sols irrigués par des eaux usées non traitées. Les sols irrigués par des eaux usées et saumâtres stockent moins de C et Ν que les sols de référence.L'évaluation de l'influence de l'occupation des sols en zone périurbaine sur à la nappe phréatique peu profonde (chapitre 3) a permis de déterminer les traceurs représentatifs de l'occupation du sol, à savoir Br/CI, NO3/CI et δ180-Ν03 pour l'irrigation par des eaux usées, pH et δ15Ν-Ν03 pour l'irrigation par des eaux de nappe, et Rb+Cr et Κ pour les lixiviats de fosses septiques. Ce chapitre a mis en évidence des points importants de la dynamique de l'azote en zone périurbaine sous deux occupations du sol : (1) la dénitrification est un processus important dans l'agrosystème périurbain de Dakar en bas de dune, dans les gleysols où l'on trouve des conditions temporairement réduites et un substrat organique favorables aux microorganismes de la dénitrification. Les teneurs en nitrates sont presque nulles avec irrigation d'eau de nappe. (2) en bas de pente, mais avec irrigation quotidienne par les eaux usées, l'apport continu d'ammonium inhibe probablement la dénitrification, mais favorise la volatilisation. (3) la nitrification de l'ammonium dans la nappe lors de la lixiviation des fosses septiques se distingue de la nitrification de l'ammonium dans la zone non saturée dans la zone d'agriculture périurbaine par la composition isotopique de l'oxygène de l'eau. Une comparaison des flux d'azote entre l'agrosystème et les quartiers périurbains de Dakar (chapitre 4) ont révélé que ces derniers étaient du même ordre de grandeur par unité de surface, à savoir 2-4 tonnes Ν /ha/an.L'évaluation des flux de pesticides dans l'agrosystème et des risques induits pour les eaux souterraines (chapitre 5) a révélé un fiux total de pesticides de 60kg/ha/an, totalisant 15 matières actives. Seules deux de ces matières actives sont autorisées par le comité des pesticides sahélien. Les pesticides les plus utilisés par les producteurs sont l'organochloré dicofol, les organophosphorés methamidophos, dimethoate et fenithrotion ainsi que le cabamate methomyl. Les flux les plus importants sont de 9 à 7 kg/ha/an (methomyl, methamidophos, ethoprophos et dicofol). Les pesticides qui présentent un risque élevé de contamination des eaux souterraines et qui devraient être prioritaires pour un suivi analytique sont : le carbofuran, le dimethoate, l'ethoprophos et le methomyl.En conclusion, une meilleure gestion de la fertilisation est nécessaire dans la zone d'AU de Dakar, afin de (1) réduire les pertes gazeuses qui contribuent à l'effet de serre, (2) de ralentir la minéralisation du carbone et de l'azote organiques pour créer un stock de C et Ν dans ces sols, (3) de limiter le lessivage dans la nappe et enfin, 4) d'augmenter l'efficacité d'utilisation de Ν par les plantes. Une optimisation de l'irrigation devrait limiter l'alcalinisation secondaire. Enfin, la mise en place d'une lutte intégrée ou biologique contre les ravageurs est indispensable afin de minimiser les risques pour les eaux souterraines et les mares permanentes.ABSTRACTUrban and periurban agriculture (UA) is an important issue in southern countries, because of its key role in their social and economical development and its environmental concern. The goal of this study was to contribute to a better understanding of pollutant transfer and nutrient cycling at the local scale, in order to implement the necessary improvements to guarantee the sustainability of this practice.An approach based on geochemical processes occurring in the vadose zone from the surface down to the groundwater level was chosen, at the scale of cultivated plots and at the regional scale of Dakar periurban areas, to determine the influence of land use.The assessment of irrigation with untreated domestic wastewater and brackish water on soil quality (chapter 2) showed: (1) that the high alkalinity and calcium contents of brackish water induce CaC03 precipitation in the top layer of the soil and therefore a replacement of Ca by Na on the clay- humic complexes, strongly marked during the dry season. Dissolved organic carbon (DOC) increased significantly in the soil solution and in the underlying groundwater. (2) in spite of the similarly high alkalinity and Ca contents of waste water, there is only little CaC03 precipitation and a low increase of the percentage of exchangeable sodium (ESP) in the soil top layer. The nitrification of the ammonium of wastewater (mean 190 mg/L in Pikine) produces protons, which are not any more buffered by bicarbonates exported out of the soil profile, which leads to a net decline of soil pH. Both soils irrigated with untreated wastewater and brackish water store less of C and Ν than soils irrigated with non saline groundwater.The assessment of the impact of land use on the shallow groundwater (chapter 3) allowed determining representative tracers of the land use. Low Br/CI ratio, high NO3/CI ratio and low δ1βΟ- nitrate indicated the influence of wastewater; high pH and high 515N-nitrates indicated the influence of brackish water together with high amendments of organic fertilizers; high Rb+Cr and Κ indicated the influence of poor sanitation facilities in periurban districts (septic tank leakage). This chapter also pointed out the following facts about the nitrogen dynamics : (1) denitrification is a key-process in the Dakar UA agrosystem in the gleysols irrigated with groundwater. The underlying groundwater is almost nitrate free. (2) in the Gleysols irrigated with waste water, ammonium inhibits denitrification but facilitate ammoniac volatilization. A comparison of nitrogen balance between the UA agrosystem and the periurban districts of Dakar (chapter 4) revealed similar flows per surface unit, namely 2-4 tons Ν / ha / year.The evaluation of pesticides use in the UA agrosystem and the risk assessment for the groundwater (chapter 5) revealed a total flow of pesticides of 60kg / ha / year, totalizing 15 active substances. Only two of these are authorized by the Sahelian Pesticides Committee. The most used pesticides are dicofol (organochlorinated), methamidophos, dimethoate and fenithrotion (organophosphate) as well as methomyl. (carbamate). The most important flows vary between 9 to 7 kg / ha / year. Pesticides with a high risk of groundwater contamination - according to SIRIS and EPRIP 2 indicators - are: carbofuran, dimethoate, ethoprophos and methomyl. These substances should be established as a priority for an analytical follow-up in the different environmental compartments.In conclusion, a better management of the fertilization is necessary in the Dakar UA, (1) to reduce the gaseous losses which contribute to greenhouse emissions (2) to slow down the mineralization of the organic carbon and the nitrogen, in order to enhance the C and Ν stock in these soils, (3) to limit the nitrate leaching in the groundwater and finally, 4) to increase the N-use efficiency of plants. An optimization of the irrigation scheme should limit the secondary sodisation if coupled with an increase the stable organic matter of the soil. An integrated or biologic crop pest strategy is urgently needed to minimize risks with respect to ground and surface water (ponds used for fishing).RESUME LARGE PUBLICL'agriculture mondiale connaît actuellement une crise majeure, affectée par les changements climatiques, la sécurité alimentaire et les dégradations de l'environnement. Elle n'a plus le rôle unique de produire, mais devient un élément essentiel de la protection des ressources naturelles et du paysage. Les politiques agricoles basées sur les marchés mondiaux devront se réorienter vers une agriculture locale basée sur le développement durable.La production alimentaire située dans l'enceinte des villes, nommée agriculture urbaine ou périurbaine (AU ci-après) joue un rôle important dans le contexte actuel d'accroissement de la population et de la pauvreté urbaines. L'AU concerne en effet la majorité des mégapoies du monde, fait vivre plus de 200 millions de personnes dans les pays du Sud, fournit jusqu'à 80% de la demande urbaine en certains produits frais, fait barrière à l'extension urbaine et permet un recyclage de certains déchets urbains. L'AU a pour particularité d'être à cheval entre des politiques rurales et urbaines, d'où un délaissement ce cette activité au secteur informel. Ce qui a développé de nombreuses stratégies à risques, comme à Dakar, où les petits producteurs périurbains irriguent quotidiennement avec des eaux usées domestiques par manque d'accès à une eau de bonne qualité et pour raccourcir les cycles de production. L'extrême précarité foncière des acteurs de l'AU de Dakar les empêchent d'investir à long terme et induit des pratiques inadéquates d'irrigation, d'usage de pesticides et de fertilisation de ces sols sableux.L'objectif de cette recherche était de contribuer à une meilleure connaissance des processus de transfert de polluants et du cycle des nutriments à l'échelle des parcelles cultivées par des eaux usées et des eaux saumâtres, afin de déterminer sous quelles conditions l'AU de Dakar peut être pratiquée et surtout maintenue sans porter atteinte à la santé et à l'environnement. Pour cela, une approche basée sur l'étude des processus géochimiques dans le sol jusqu'à la nappe a été choisie, à l'échelle de la parcelle cultivée et à une échelle un peu plus large de la zone périurbaine de Dakar pour déterminer les influences du type d'occupation du sol.Les résultats principaux de cette étude ont montré que (1) il y a un processus de salinisation anthropique des sols (sodisation) lors d'irrigation avec des eaux de nappe saumâtres, un processus accentué en saison sèche et lors d'années à pluviométrie déficitaire. Bien que les eaux usées soient aussi salines que les eaux de nappe, la salinisation des sols irrigués' par des eaux usées est limitée par l'ammonium présent dans les eaux usées (moy 190mg NH4/L à Pikine) qui produit de l'acidité lors de la transformation en nitrates dans le sol (nitrification). (2) les sols irrigués par des eaux usées (EU) stockent moins de C et Ν que les sois de référence, ce qui montrent bien que l'azote des eaux usées n'est pas disponible pour les plantes, mais est lessivé dans la nappe (100 à 450 mg/L N03 sous irrigation par EU, alors que la limite de OMS est de 50mg/L). (3) l'utilisation des isotopes stables des nitrates et des éléments traces, notamment le bore et le brome, ont permis de distinguer l'influence de l'irrigation par des eaux usées, de l'irrigation par des eaux de nappe et des lixiviats de fosses septiques sur les propriétés de la nappe. (4) Le processus de la dénitrification (atténuation naturelle des concentrations en nitrates de la nappe par biotransformation en azote gazeux) est important dans les zones basses de l'agrosystème périurbain de Dakar, sous irrigation par eaux naturelles (ΝΟ3 < 50mg/L). Tandis que sous habitat sans assainissement adéquat, les nitrates atteignent 300 à 700 mg/L. (5) Le flux total de pesticides dans l'AU est énorme (60kg/ha/an) totalisant 15 pesticides, dont deux seulement sont autorisés. Les pesticides les plus utilisés sont des insecticides organophosphorés et organochlorés classés extrêmement dangereux à dangereux par l'OMS, appliqués à des doses de 2 à 9 kg/ha/an. Les pesticides qui ont montré un risque élevé de contamination des eaux souterraines avec les indicateurs SIRIS et EPRIP2 sont : le carbofuran, le dimethoate, l'ethoprophos et le methomyl.En conclusion, nous recommandons la reconstitution d'un horizon superficiel des sols riche en matière organique stable et structuré par production locale de compost. Cette mesure réduira les pertes gazeuses contribuant à l'effet de serre, augmentera le stock de Ν dans ces sols, alors utilisable par les plantes et permettra de diminuer l'irrigation car la capacité de rétention de l'eau dans le sol sera accru, ce qui limitera le lessivage des nitrates dans la nappe et l'alcalinisation secondaire. Enfin, la mise en place d'une lutte intégrée ou biologique contre les ravageurs est indispensable afin de minimiser les risques pour les eaux souterraines et lesmares permanentes.

Scale decisions can reverse conclusions on community assembly processes.

AIM: Phylogenetic diversity patterns are increasingly being used to better understand the role of ecological and evolutionary processes in community assembly. Here, we quantify how these patterns are influenced by scale choices in terms of spatial and environmental extent and organismic scales. LOCATION: European Alps. METHODS: We applied 42 sampling strategies differing in their combination of focal scales. For each resulting sub-dataset, we estimated the phylogenetic diversity of the species pools, phylogenetic α-diversities of local communities, and statistics commonly used together with null models in order to infer non-random diversity patterns (i.e. phylogenetic clustering versus over-dispersion). Finally, we studied the effects of scale choices on these measures using regression analyses. RESULTS: Scale choices were decisive for revealing signals in diversity patterns. Notably, changes in focal scales sometimes reversed a pattern of over-dispersion into clustering. Organismic scale had a stronger effect than spatial and environmental extent. However, we did not find general rules for the direction of change from over-dispersion to clustering with changing scales. Importantly, these scale issues had only a weak influence when focusing on regional diversity patterns that change along abiotic gradients. MAIN CONCLUSIONS: Our results call for caution when combining phylogenetic data with distributional data to study how and why communities differ from random expectations of phylogenetic relatedness. These analyses seem to be robust when the focus is on relating community diversity patterns to variation in habitat conditions, such as abiotic gradients. However, if the focus is on identifying relevant assembly rules for local communities, the uncertainty arising from a certain scale choice can be immense. In the latter case, it becomes necessary to test whether emerging patterns are robust to alternative scale choices.

Optimization of Soil Stabilization with Class C Fly Ash, January 1987

Previous Iowa DOT sponsored research has shown that some Class C fly ashes are ementitious (because calcium is combined as calcium aluminates) while other Class C ashes containing similar amounts of elemental calcium are not (1). Fly ashes from modern power plants in Iowa contain significant amounts of calcium in their glassy phases, regardless of their cementitious properties. The present research was based on these findings and on the hyphothesis that: attack of the amorphous phase of high calcium fly ash could be initiated with trace additives, thus making calcium available for formation of useful calcium-silicate cements. Phase I research was devoted to finding potential additives through a screening process; the likely chemicals were tested with fly ashes representative of the cementitious and non-cementitious ashes available in the state. Ammonium phosphate, a fertilizer, was found to produce 3,600 psi cement with cementitious Neal #4 fly ash; this strength is roughly equivalent to that of portland cement, but at about one-third the cost. Neal #2 fly ash, a slightly cementitious Class C, was found to respond best with ammonium nitrate; through the additive, a near-zero strength material was transformed into a 1,200 psi cement. The second research phase was directed to optimimizing trace additive concentrations, defining the behavior of the resulting cements, evaluating more comprehensively the fly ashes available in Iowa, and explaining the cement formation mechanisms of the most promising trace additives. X-ray diffraction data demonstrate that both amorphous and crystalline hydrates of chemically enhanced fly ash differ from those of unaltered fly ash hydrates. Calciumaluminum- silicate hydrates were formed, rather than the expected (and hypothesized) calcium-silicate hydrates. These new reaction products explain the observed strength enhancement. The final phase concentrated on laboratory application of the chemically-enhanced fly ash cements to road base stabilization. Emphasis was placed on use of marginal aggregates, such as limestone crusher fines and unprocessed blow sand. The nature of the chemically modified fly ash cements led to an evaluation of fine grained soil stabilization where a wide range of materials, defined by plasticity index, could be stabilized. Parameters used for evaluation included strength, compaction requirements, set time, and frost resistance.

A comparison of the processes of institutionalisation of political economy in Spain and Italy (1860-1900)

[spa] El estudio de los procesos a través de los cuales la economía política se ha transformado en una disciplina académica es un área de creciente interés en la historia del pensamiento económico. Dicho estudio se ha abordado a través del análisis de la importancia de la economía política en un conjunto de instituciones, consideradas clave en la expansión de la economía en las sociedades occidentales en la segunda mitad del siglo XIX y primeras décadas del XX: universidades, sociedades económicas, publicaciones periódicas de contenido económico y los parlamentos nacionales. Este papel presenta una comparación entre los desarrollos del proceso de institutionalización de la economía política en España e Italia, a través del estudio de la presencia de esta disciplina en las instituciones mencionadas para el periodo 1860-1900. El objetivo es medir la posible existencia de una vía común en la institucionalización de la economía política en ambos países, como un primer paso hacia la elaboración de un modelo supranacional de institucionalización de la economía en este periodo.

Why Italy and not Spain?: comparing two industrialization processes from a dissagregate time-series perspective

This study presents new evidence concerning the uneven processes of industrialization innineteenth century Spain and Italy based on a disaggregate analysis of the productivesectors from which the behaviour of the aggregate indices is comprised. The use of multivariate time-series analysis techniques can aid our understanding and characterization of these two processes of industrialization. The identification of those sectors with key rolesin leading industrial growth provides new evidence concerning the factors that governed thebehaviour of the aggregates in the two economies. In addition, the analysis of the existenceof interindustry linkages reveals the scale of the industrialization process, and wheresignificant differences exist, accounts for many of the divergences recorded in the historiography for the period 1850-1913.

Artificial-Intelligence-Based Optimization of the Management of Snow Removal Assets and Resources Final Report, October 2002

Geographic information systems (GIS) and artificial intelligence (AI) techniques were used to develop an intelligent snow removal asset management system (SRAMS). The system has been evaluated through a case study examining snow removal from the roads in Black Hawk County, Iowa, for which the Iowa Department of Transportation (Iowa DOT) is responsible. The SRAMS is comprised of an expert system that contains the logical rules and expertise of the Iowa DOT’s snow removal experts in Black Hawk County, and a geographic information system to access and manage road data. The system is implemented on a mid-range PC by integrating MapObjects 2.1 (a GIS package), Visual Rule Studio 2.2 (an AI shell), and Visual Basic 6.0 (a programming tool). The system could efficiently be used to generate prioritized snowplowing routes in visual format, to optimize the allocation of assets for plowing, and to track materials (e.g., salt and sand). A test of the system reveals an improvement in snowplowing time by 1.9 percent for moderate snowfall and 9.7 percent for snowstorm conditions over the current manual system.

The role of oxidative stress during inflammatory processes.

Abstract The production of various reactive oxidant species in excess of endogenous antioxidant defense mechanisms promotes the development of a state of oxidative stress, with significant biological consequences. In recent years, evidence has emerged that oxidative stress plays a crucial role in the development and perpetuation of inflammation, and thus contributes to the pathophysiology of a number of debilitating illnesses, such as cardiovascular diseases, diabetes, cancer, or neurodegenerative processes. Oxidants affect all stages of the inflammatory response, including the release by damaged tissues of molecules acting as endogenous danger signals, their sensing by innate immune receptors from the Toll-like (TLRs) and the NOD-like (NLRs) families, and the activation of signaling pathways initiating the adaptive cellular response to such signals. In this article, after summarizing the basic aspects of redox biology and inflammation, we review in detail the current knowledge on the fundamental connections between oxidative stress and inflammatory processes, with a special emphasis on the danger molecule high-mobility group box-1, the TLRs, the NLRP-3 receptor, and the inflammasome, as well as the transcription factor nuclear factor-κB.

Geochemical and H-O-Sr-Nd isotope evidence for magmatic processes and meteoric-water interactions in the basal complex of La Gomera, Canary Islands

The plutonic rocks of the Basal Complex of La Gomera, Canary Islands, Spain, were studied by means of major and trace element contents and by H-O-Sr-Nd isotope compositions in order to distinguish primary magmatic characteristics and late-stage alteration products. Deciphering the effects of alteration allowed us to determine primary, plume-related compositions that indicated D- and (18)O-depletion relative to normal upper mantle, supporting the conclusions of earlier studies on the plutonic rocks of Fuerteventura and La Palma. Late-stage alteration took place during the formation of the intrusive series induced by interaction with meteoric water. Inferred isotopic compositions of the meteoric water indicate that the water infiltrated into the rock edifice at a height of about 1500 m above sea level, suggesting the existence of a subaerial volcano which was active during the intrusive activity and that it has been either distroyed or remain buried by later volcanic and landslide events.

Optimization of analytical methods for the assessment of the quality of fats and oils used in continuous deep fat frying

La aplicabilidad, repetibilidad y capacidad de diferentes métodos de análisis para discriminar muestras de aceites con diferentes grados de oxidación fueron evaluadas mediante aceites recogidos en procesos de fritura en continuo en varias empresas españolas. El objetivo de este trabajo fue encontrar métodos complementarios a la determinación del índice de acidez para el control de calidad rutinario de los aceites de fritura empleados en estas empresas. La optimización de la determinación de la constante dieléctrica conllevó una clara mejora de la variabilidad. No obstante, excepto en el caso del índice del ATB, el resto de métodos ensayados mostraron una menor variabilidad. La determinación del índice del ATB fue descartada ya que su sensibilidad fue insuficiente para discriminar entre aceites con diferente grado de oxidación. Los diferentes parámetros de alteración determinados en los aceites de fritura mostraron correlaciones significativas entre el índice de acidez y varios parámetros de oxidación diferentes, como la constante dieléctrica, el índice de p-anisidina, la absorción al ultravioleta y el contenido en polímeros de los triacilgliceroles. El índice de acidez solo evalúa la alteración hidrolítica, por lo que estos parámetros aportan información complementaria al evaluar la alteración termooxidativa.

Mean first-passage time of continuous non-Markovian processes driven by colored noise

An equation for mean first-passage times of non-Markovian processes driven by colored noise is derived through an appropriate backward integro-differential equation. The equation is solved in a Bourret-like approximation. In a weak-noise bistable situation, non-Markovian effects are taken into account by an effective diffusion coefficient. In this situation, our results compare satisfactorily with other approaches and experimental data.