Diversitat bacteriana a les esponges marines

L’objectiu principal del projecte era aprofundir en el coneixement de les malalties de les esponges, centrant-nos en la diversitat bacteriana que acullen. Als estius 2008 i 2009 va haver episodis d’elevades temperatures de l’aigua de mar que van suposar importants mortalitats massives d’esponges a la Mediterrània. Contra tot pronòstic, els estius del projecte, el 2010 i el 2011, no van resultar especialment calorosos i no hi va haver episodis de mortalitat. És un fet molt positiu per les comunitats bentòniques però algun dels objectius específics de la meva proposta no es va poder dur a terme com havien estat platejats inicialment. Disposàvem de diferents mostres d’esponges malaltes de l’espècie Ircinia fasciculata, sanes i aigua circumdant recollides l’estiu 2009 i fixades per DNA, per això s’han pogut identificar i caracteritzar els canvis en la comunitat microbiològica de les esponges malaltes respecte de les sanes. Hem constatat que més que una infecció per un o pocs patògens puntuals, com havien proposat alguns autors, hi ha un canvi dràstic en la comunitat microbiològica associada a les esponges. Les esponges malaltes, on dominen els bacteris heterotròfics, presenten una major diversitat bacteriana que les sanes, on dominen els autòtrofs. Tot i que no es va poder realitzar un nou mostreig d’individus malalts, i algun objectiu específic no es va poder desenvolupar, vaig aprofitar l’estada en un centre de referència en estudis de la diversitat microbiana, per ampliar el coneixement general de les comunitats bacterianes associades a esponges. Es van realitzar nous estudis en què vam testar si totes les esponges (bacteriosponges i no) presenten simbionts reals o si les no-bacteriosponges presenten un enriquiment de les comunitats de l’aigua de mar però no una flora específica. El resultat és que totes les esponges presenten associacions molt específiques malgrat hi ha fortes diferències entre les comunitats microbianes associades a bacteriosponges i a no-bacteriosponges.

Biogeochemical evolution of a marine shore tailings deposit during bioremediation

Summary : Mining activities produce enormous amounts of waste material known as tailings which are composed of fine to medium size particles. These tailings often contain sulfides, which oxidation can lead to acid and metal contamination of water; therefore they need to be remediated. In this work a tailings bioremediation approach was investigated by an interdisciplinary study including geochemistry, mineralogy and microbiology. The aim of the work was to study the effect of the implementation of wetland above oxidizing tailings on the hydrogeology and the biogeochemical element cycles, and to assess the system evolution over time. To reach these goals, biogeochemical processes occurring in a marine shore tailings deposit were investigated. The studied tailings deposit is located at the Bahìa de Ite, Pacific Ocean, southern Peru, where between 1940 and 1996 the tailings were discharged from the two porphyry copper mines Cuajone and Toquepala. After the end of deposition, a remediation approach was initiated in 1997 with a wetland implementation above the oxidizing tailings. Around 90% of the tailings deposits (total 16 km2) were thus remediated, except the central delta area and some areas close to the shoreline. The multi-stable isotope study showed that the tailings were saturated with fresh water in spite of the marine setting, due to the high hydraulic gradient resulting from the wetland implementation. Submarine groundwater discharge (SGD) was the major source of SO4 2-, C1-, Na+, Fe2+, and Mn2+ input into the tailings at the original shelf-seawater interface. The geochemical study (aquatic geochemistry and X-Ray diffraction (XRD) and sequential extractions from the solid fraction) showed that iron and sulfur oxidation were the main processes in the non-remediated tailings, which showed a top a low-pH oxidation zone with strong accumulation of efflorescent salts at the surface due to capillary upward transport of heavy metals (Fe, Cu, Zn, Mn, Cd, Co, and Ni) in the arid climate. The study showed also that the implementation of the wetland resulted in very low concentrations of heavy metals in solution (mainly under the detection limit) due to the near neutral pH and more reducing conditions (100-150 mV). The heavy metals, which were taken from solution, precipitated as hydroxides and sulfides or were bound to organic matter. The bacterial community composition analysis by Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism (T-RFLP) and cloning and sequencing of 16S rRNA genes combined with a detailed statistical analysis revealed a high correlation between the bacterial distribution and the geochemical variables. Acidophilic autotrophic oxidizing bacteria were dominating the oxidizing tailings, whereas neutrophilic and heterotrophic reducing bacteria were driving the biogeochemical processes in the remediated tailings below the wetland. At the subsurface of the remediated tailings, an iron cycling was highlighted with oxidation and reduction processes due to micro-aerophilic niches provided by the plant rhizosphere in this overall reducing environment. The in situ bioremediation experiment showed that the main parameter to take into account for the effectiveness was the water table and chemistry which controls the system. The constructed remediation cells were more efficient and rapid in metal removal when saturation conditions were available. This study showed that the bioremediation by wetland implementation could be an effective and rapid treatment for some sulfidic mine tailings deposits. However, the water saturation of the tailings has to be managed on a long-term basis in order to guarantee stability. Résumé : L'activité minière produit d'énormes quantités de déchets géologiques connus sous le nom de « tailings » composées de particules de taille fine à moyenne. Ces déchets contiennent souvent des sulfures dont l'oxydation conduit à la formation d'effluents acides contaminés en métaux, d'où la nécessité d'effectuer une remédiation des sites de stockage concernés. Le but de ce travail est dans un premier temps d'étudier l'effet de la bio-remédiation d'un dépôt de tailings oxydés sur l'hydrogéologie du système et les cycles biogéochimiques des éléments et en second lieu, d'évaluer l'évolution du processus de remédiation dans le temps. Le site étudié dans ce travail est situé dans la Bahía de Ite, au sud du Pérou, au bord de l'Océan Pacifique. Les déchets miniers en question sont déposés dans un environnement marin. De 1940 à 1996, les déchets de deux mines de porphyre cuprifère - Cuajone et Toquepala - ont été acheminés sur le site via la rivière Locumba. En 1997, une première remédiation a été initiée avec la construction d'une zone humide sur les tailings. Depuis, environ 90% de la surface du dépôt (16 km2) a été traité, les parties restantes étant la zone centrale du delta du Locumba et certaines zones proches de la plage. Malgré la proximité de l'océan, les études isotopiques menées dans le cadre de ce travail ont montré que les tailings étaient saturés en eau douce. Cette saturation est due à la pression hydraulique résultant de la mise en place des zones humides. Un écoulement d'eau souterrain sous-marin a été à détecté à l'interface entre les résidus et l'ancien fond marin. En raison de la géologie locale, il constitue une source d'entrée de SO4 2-, Cl-, Na+, FeZ+, et Mn2+ dans le système. L'analyse de la géochimie aquatique, la Diffraction aux Rayons X (XRD) et l'extraction séquentielle ont montré que l'oxydation du fer et .des sulfures est le principal processus se produisant dans les déchets non remédiés. Ceci a entraîné le développement d'une zone d'oxydation à pH bas induisant une forte accumulation des sels efflorescents, conséquence de la migration capillaire des métaux lourds (Fe, Cu, Zn, Mn, Cd, Co et Ni) de la solution vers la surface dans ce climat aride. Cette étude a montré également que la construction de la zone humide a eu comme résultats une précipitation des métaux dans des phases minérales en raison du pH neutre et des conditions réductrices (100-150mV). Les métaux lourds ont précipité sous la forme d'hydroxydes et de sulfures ou sont adsorbés à la matière organique. L'analyse de la composition de la communauté bactérienne à l'aide la technique T-RFLP (Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism) et par le clonage/séquençage des gènes de l'ARNr 16S a été combinée à une statistique détaillée. Cette dernière a révélé une forte corrélation entre la distribution de bactéries spécifiques et la géochimie : Les bactéries autotrophes acidophiles dominent dans les déchets oxydés non remédiés, tandis que des bactéries hétérotrophes neutrophiles ont mené les processus microbiens dans les déchets remédiés sous la zone humide. Sous la surface de la zone humide, nos analyses ont également mis en évidence un cycle du fer par des processus d'oxydoréduction rendus possibles par la présence de niches micro-aérées par la rhizosphère dans cet environnement réducteur. L'expérience de bio-remédiation in situ a montré que les paramètres clés qui contrôlent l'efficacité du traitement sont le niveau de la nappe aquifère et la chimie de l'eau. Les cellules de remédiation se sont montrées plus efficaces et plus rapides lorsque le système a pu être saturé en eau. Finalement, cette étude a montré que la bio-remédiation de déchets miniers par la construction de zones humides est un moyen de traitement efficace, rapide et peu coûteux. Cependant, la saturation en eau du système doit être gérée sur le long terme afin de garantir la stabilité de l'ensemble du système.

El fitoplancton de invierno en el crucero de estimación de biomasa de anchoveta 0708-09

Los volúmenes de plancton superficial fluctuaron entre 0,06 y 11,14 mL.m-3 localizados frente a Pisco y Paita, respectivamente, registrando un promedio general de 1,34 mL.m-3. El fitoplancton en superficie predominó en el 31% del área evaluada. El microplancton estuvo caracterizado por diatomeas pequeñas de afloramiento (Chaetoceros sociales, Ch. compressus, Ch. lorenzianus, Skeletonema costatum) y por especies de la fase intermedia de la sucesión (Coscinodiscus perforatus, C. centralis, Thalassionema frauenfeldii, Lithodesmium undulatum). La presencia de especies termófilas también fue representativa encontrándose cerca y lejos de la costa, destacando por su abundancia las diatomeas Planktoniella sol, Proboscia alata f. gracillima y Thalasiothrix longissima. La correlación significativa entre la biomasa planctónica y oxígeno (r=>0,5) sugirió una mayor actividad autotrófica en las zonas norte y sur. El indicador de ACF, Protoperidinium obtusum, presentó una distribución costera con una amplitud máxima hasta las 120 mn al sur de Chicama y Atico y C. praelongum indicador de ASS sólo fue registrado a 70 mn frente a Pucusana.

15N uptake fom manure and fertilizer sources by three consecutive crops under controlled conditions

There are several regions of the world where soil N analysis and/or N budgets are not used to determine how much N to apply, resulting in higher than needed N inputs, especially when manure is used. One such region is the North Central "La Comarca Lagunera", one of the most important dairy production areas of Mexico. We conducted a unique controlled greenhouse study using 15N fertilizer and 15N isotopic-labeled manure that was labeled under local conditions to monitor N cycling and recovery under higher N inputs. The manure-N treatment was applied only once and was incorporated in the soil before planting the first forage crop at an equivalent rate of 30, 60 and 120 Mg ha-1 dry manure. The 15N treatments were equivalent to 120 and 240 kg ha-1 (NH4)2SO4-N for each crop. The total N fertilizer for each N fertilized treatment were 360, and 720 kg ha-1 N. We found very low N recoveries: about 9 % from the manure N inputs, lower than the 22 to 25 % from the fertilizer N inputs. The manure N recovered belowground in soil and roots ranged from 82 to 88 %. The low recoveries of N by the aboveground and low soil inorganic nitrate (NO3-N) and ammonium (NH4-N) content after the third harvested suggested that most of the 15N recovered belowground was in the soil organic form. The losses from manure N inputs ranged from 3 to 11 %, lower than the 34 to 39 % lost from fertilizer N sources. Our study shows that excessive applications of manure or fertilizer N that are traditionally used in this region will not increase the rate of N uptake by aboveground compartment but will increase the potential for N losses to the environment.

Emission of nitrous oxide and carbon dioxide from semi-arid tropical soils in Chiapas México

The semi-arid region of Chiapas is dominated by N2 -fixing shrubs, e.g., Acacia angustissima. Urea-fertilized soil samples under maize were collected from areas covered and uncovered by A. angustissima in different seasons and N2O and CO2 emissions were monitored. The objective of this study was to determine the effects of urea and of the rainy and dry season on gas emissions from semi-arid soil under laboratory conditions. Urea and soil use had no effect on CO2 production. Nitrons oxide emission from soil was three times higher in the dry than in the rainy season, while urea fertilization doubled emissions. Emissions were twice as high from soil sampled under A. angustissima canopy than from arable land, but 1.2 lower than from soil sampled outside the canopy, and five times higher from soil incubated at 40 % of the water-holding capacity (WHC) than at soil moisture content, but 15 times lower than from soil incubated at 100 WHC. It was found that the soil sampling time and water content had a significant effect on N2O emissions, while N fertilizer and sampling location were less influent.

Nitrous oxide and methane fluxes in south Brazilian gleysol as affected by nitrogen fertilizers

Nitrogen fertilizers increase the nitrous oxide (N2O) emission and can reduce the methane (CH4) oxidation from agricultural soils. However, the magnitude of this effect is unknown in Southern Brazilian edaphoclimatic conditions, as well as the potential of different sources of mineral N fertilizers in such an effect. The aim of this study was to investigate the effects of different mineral N sources (urea, ammonium sulphate, calcium nitrate, ammonium nitrate, Uran, controlled- release N fertilizer, and urea with urease inhibitor) on N2O and CH4 fluxes from Gleysol in the South of Brazil (Porto Alegre, RS), in comparison to a control treatment without a N application. The experiment was arranged in a randomized block with three replications, and the N fertilizer was applied to corn at the V5 growth stage. Air samples were collected from a static chambers for 15 days after the N application and the N2O and CH4 concentration were determined by gas chromatography. The topmost emissions occurred three days after the N fertilizer application and ranged from 187.8 to 8587.4 µg m-2 h-1 N. The greatest emissions were observed for N-nitric based fertilizers, while N sources with a urease inhibitor and controlled release N presented the smallest values and the N-ammonium and amidic were intermediate. This peak of N2O emissions was related to soil NO3--N (R² = 0.56, p < 0.08) when the soil water-filled pore space was up to 70 % and it indicated that N2O was predominantly produced by a denitrification process in the soil. Soil CH4 fluxes ranged from -30.1 µg m-2 h-1 C (absorption) to +32.5 µg m-2 h-1 C (emission), and the accumulated emission in the period was related to the soil NH4+-N concentration (R² = 0.82, p < 0.001), probably due to enzymatic competition between nitrification and metanotrophy processes. Despite both of the gas fluxes being affected by N fertilizers, in the average of the treatments, the impact on CH4 emission (0.2 kg ha-1 equivalent CO2-C ) was a hundredfold minor than for N2O (132.8 kg ha-1 equivalent CO2-C). Accounting for the N2O and CH4 emissions plus energetic costs of N fertilizers of 1.3 kg CO2-C kg-1 N regarding the manufacture, transport and application, we estimated an environmental impact of N sources ranging from 220.4 to 664.5 kg ha-1 CO2 -C , which can only be partially offset by C sequestration in the soil, as no study in South Brazil reported an annual net soil C accumulation rate larger than 160 kg ha-1 C due to N fertilization. The N2O mitigation can be obtained by the replacement of N-nitric sources by ammonium and amidic fertilizers. Controlled release N fertilizers and urea with urease inhibitor are also potential alternatives to N2O emission mitigation to atmospheric and systematic studies are necessary to quantify their potential in Brazilian agroecosystems.

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.

Strategies of "Pseudomonas aeruginosa" to overcome copper limitation

Summary Copper is an important trace element and micronutrient for living organisms as it is the cofactor of several enzymes involved in diverse biological redox processes such as aerobic respiration, denitrification and photosynthesis. Despite its importance, copper may be poorly bioavailable in soils and aquatic environments, as well as in the human body, especially at physiological or alkaline pH. In this work, we have investigated the strategies that the versatile bacterium and opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa has evolved to face and overcome copper limitation. The global response of the P. aeruginosa to copper limitation was assessed under aerobic conditions. Numerous iron uptake functions (including the siderophores pyoverdine and pyochelin) were down-regulated whereas expression of cioAB (encoding an alternative, copper-independent, cyanide-resistant ubiquinol oxidase) was up-regulated. Wild type P. aeruginosa was able to grow aerobically in a defined glucose medium depleted of copper by a copper chelator, whereas a cioAB mutant did not grow. Thus, P. aeruginosa relies on the CioAB enzyme to cope with severe copper deprivation. A quadruple cyo cco1 cco2 cox mutant, which was deleted for all known heme-copper terminal oxidases of P. aeruginosa, grew aerobically, albeit more slowly than did the wild type, indicating that the CioAB enzyme is capable of energy conservation. However, the expression of a cioA'-'lacZ fusion was less dependent on the copper status in the quadruple mutant than in the wild type, suggesting that copper availability might affect cioAB expression indirectly, via the function of the heme-copper oxidases. These results suggest that the CioAB enzyme can be used as a by-pass strategy to overcome severe copper limitation and perform aerobic respiration even if virtually no copper is available. The PA0114 gene, which encodes a protein of the SCOT/SenC family, was found to be important for copper acquisition and aerobic respiration in low copper conditions. A PA0114 (sent) mutant grew poorly in low copper media and had low terminal oxidase activity with TMPD (N,N,N',N'-tetramethyl-p-phenylenediamine), but expressed the CioAB enzyme at elevated levels. Addition of copper reversed these phenotypes, suggesting that periplasmic copper capture by the SenC protein is another strategy that helps P. aeruginosa to adapt to copper deprivation. RESUME Le cuivre est un micronutriment important pour les organismes vivants. Il représente le cofacteur de plusieurs enzymes impliquées dans une multitude de processus biologiques tels que la respiration aérobie, la dénitrification et la photosynthèse. Malgré son importance, le cuivre peut être peu disponible dans les sols, les environnements aquatiques et le corps humain, spécialement à pH physiologique ou alcalin. Dans ce travail nous avons étudié les stratégies développées par la bactérie pathogène opportuniste Pseudomonas aeruginosa PAO1 afm de faire face et de surmonter le manque de cuivre. La réponse globale de P. aeruginosa à la carence de cuivre a été analysée dans des conditions aérobie. Les résultats obtenus ont montré que plusieurs gènes impliqués dans l'acquisition du fer, tels que les gènes codant pour les sidérophores (pyoverdine et pyochéline), étaient réprimés, tandis que l'expression de l'opéron cioAB, codant pour l'oxydase terminale insensible au cyanure (CIO), était augmentée. La souche sauvage P. aeruginosa est capable de croître dans un milieu où la concentration en cuivre est limitée, due à la présence d'un chélateur spéciftque de cuivre, tandis que le mutant cioAB ne croît pas dans ces conditions. Nous avons conclu que P. aeruginosa nécessite l'oxydase terminale CIO pour faire face à la carence en cuivre. Un quadruple mutant affecté dans toutes les oxydases dépendantes du cuivre (cyo ccol cco2 cox) et appartenant aux oxydases de type hème-cuivre, peut croître en aérobie, néanmoins plus lentement que la souche sauvage, ce qui montre que l'enzyme CIO est capable de conserver l'énergie. L'expression de la fusion rapportrice cioA'-'IacZ chez le quadruple mutant est moins dépendante de la disponibilité de cuivre que chez la souche sauvage. Ces résultats suggèrent que la disponibilité de cuivre influence l'expression de cioAB d'une façon indirecte, par le biais des oxydases terminales de type héme-cuivre. Il est donc possible qu'en cas de carence de cuivre, P. aeruginosa utilise l'enzyme CIO comme stratégie afin de surmonter ce manque et de réaliser la respiration aérobie. Nous avons démontré que le gène PA0114, codant pour une protéine appartenant à la famille SCO1/SenC, est important dans l'acquisition et dans la respiration aérobie dans des environnements où le cuivre est présent en faible concentration. En ces conditions, la croissance du mutant senC est faible; de plus, l'activité des oxydases terminales en présence du donneur d'électrons TMPD (N,N,N,N'-tetraméthyl-p-phénylenediamine) est basse. Toutefois, l'addition de cuivre au milieu de culture permet de restaurer le phénotype du type sauvage. Ces résultats montrent que la protéine SenC est capable d'acquérir le cuivre et représente donc une autre stratégie chez P. aeruginosa pour s'adapter à un manque de cuivre.

Spatial distribution and biomass of aquatic rooted macrophytes and their relevance in the metabolism of a Mediterranean coastal lagoon

This work aims to characterise the current autotrophic compartment of the Albufera des Grau coastal lagoon (Menorca, Balearic Islands) and to assess the relationship between the submerged macrophytes and the limnological parameters of the lagoon. During the study period the submerged vegetation was dominated by the macrophyte Ruppia cirrhosa, which formed dense extensive meadows covering 79% of the surface. Another macrophyte species, Potamogeton pectinatus, was also observed but only forming small stands near the rushing streams. Macroalgae were only occasionally observed. Macrophyte biomass showed a clear seasonal trend, with maximum values in July. The biomass of R. cirrhosa achieved 1760 g DW m-2, the highest biomass ever reported for this species in the literature. The seasonal production-decomposition cycle of the macrophyte meadows appears to drive the nutrient dynamics and carbon fluxes in the lagoon. Despite the significant biomass accumulation and the absence of a washout of nutrients and organic matter to the sea, the lagoon did not experience a dystrophic collapse. These results indicate that internal metabolism is more important than exchange processes in the lagoon.

The homologous regulators ANR of Pseudomonas aeruginosa and FNR of Escherichia coli have overlapping but distinct specificities for anaerobically inducible promoters.

The anaerobic transcriptional regulator ANR induces the arginine deiminase and denitrification pathways in Pseudomonas aeruginosa during oxygen limitation. The homologous activator FNR of Escherichia coli, when introduced into an anr mutant of P. aeruginosa, could functionally replace ANR for anaerobic growth on nitrate but not for anaerobic induction of arginine deiminase. In an FNR-positive E. coli strain, the ANR-dependent promoter of the arcDABC operon, which encodes the enzymes of the arginine deiminase pathway, was not expressed. To analyse systematically these distinct induction patterns, a lacZ promoter-probe, broad-host-range plasmid containing various -40 regions (the ANR/FNR recognition sequences) and -10 promoter sequences was constructed. These constructs were tested in P. aeruginosa and in E. coli expressing either ANR or FNR. In conjunction with the consensus -10 hexamer of E. coli sigma 70 RNA polymerase (TATAAT), the consensus FNR site (TTGAT ..... ATCAA) was recognized efficiently by ANR and FNR in both hosts. By contrast, when promoters contained the Arc box (TTGAC .... ATCAG), which is found in the arcDABC promoter, or a symmetrical mutant FNR site (CTGAT .... ATCAG), ANR was a more effective activator than was FNR. Conversely, an extended 22 bp, fully symmetrical FNR site allowed better activation with FNR than with ANR. Combination of the arc promoter -10 sequence (CCTAAT) with the Arc box or the consensus FNR site resulted in good ANR-dependent expression in P. aeruginosa but gave practically no expression in E. coli, suggesting that RNA polymerase of P. aeruginosa differs from the E. coli enzyme in -10 recognition specificity. In conclusion, ANR and FNR are able to activate the RNA polymerases of P. aeruginosa and E. coli when the -40 and -10 promoter elements ae identical or close to the E. coli consensus sequences.

Influência de efluentes têxteis e alimentícios sobre o metabolismo e propriedades físicas e químicas do rio Piauitinga (Sergipe)

Metabolic rates were determined by dissolved oxigen changes in light and dark bottles, filled with river water and after input of mixed effluent concentrations. In another experiment, dissolved inorganic nutrients, chlorophyll-alpha and other physico-chemical parameters were analyzed. Water column showed higher decomposition than production rates. Waste inputs increased primary production rates, but in higher concentrations forced the system to heterotrophy. The natural richness of macrophytes and macroalgae could be limiting the phytoplanktonic production by phosphorus assimilation. Observation of the nitrogenated inorganic nutrients suggest that the natural pelagic system is directed to nitrification. Mixed waste input inverted this trend, toward denitrification.

Algumas controvérsias sobre a origem da vida

In the present paper some controversies on the origin of life are discussed. Did the first living beings on Earth have an autotrophic or heterotrophic origin? What did come first, genetic code or metabolism? Were cells invented early? What was the role of minerals regarding the origin of life?

Emissões de óxido nitroso do tanque de aeração de uma estação de tratamento de esgotos com sistema de lodos ativados convencional

Nitrous oxide (N2O) emissions were measured monthly from January to June 2010 in the aeration tank of a wastewater treatment plant (WWTP) in Southeast Brazil. Emissions were lower in summer than winter and were positively related with influent ammonium (NH4+) concentration. The average N2O emission was 1.11 kg N day-1 corresponding to 0.02% of the influent total nitrogen load. The average emission factor calculated for the population served was 2.5 lower than that proposed by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) for inventories of N2O emissions from WWTPs with controlled nitrification and denitrification processes.

Conservative nutrient use by big-leaf mahogany (Swietenia macrophylla king) planted under contrasting environmental conditions

We analyzed the nutritional composition and isotope ratios (C and N) of big-leaf mahogany (Swietenia macrophylla King) leaves in plantations established on contrasting soils and climates in Central America (State of Quintana Roo, Yucatán, México) and South America (State of Pará, Brazil). The objective was to determine the adaptability of this species to large differences in nutrient availability and rainfall regimes. Nutrient concentrations of leaves and soils were determined spectrophotometrically, and isotope ratios were measured using mass spectrometric techniques.In Pará soils were sandier, and acidic, receiving above 2000 mm of rain, whereas in Quintana Roo soils were predominantly clayey, with neutral to alkaline pH due to the underlying calcareous substrate, with about 1300 mm of rain. Leaf area/weight ratio was similar for both sites, but leaves from Quintana Roo were significantly smaller. Average N and K concentrations of adult leaves were similar, whereas Ca concentration was only slightly lower in Pará in spite of large differences in Ca availability. Leaves from this site had slightly higher P and lower Al concentrations. Differences in water use efficiency as measured by the natural abundance of 13C were negligible, the main effect of lower rainfall in Quintana Roo seemed to be a reduction in leaf area. The N isotope signature (δ15N) was more positive in Pará than in Quintana Roo, suggesting higher denitrification rates in the former. Results reveal a calciotrophic behavior and a remarkable capacity of mahogany to compensate for large differences in soil texture and nutrient availability.

Kinetic behavior of nitrification in the post-treatment of poultry wastewater in a sequential batch reactor

A sequential batch reactor with suspended biomass and useful volume of 5 L was used in the removal of nutrients and organic matter in workbench scale under optimal conditions obtained by central composite rotational design (CCRD), with cycle time (CT) of 16 h (10.15 h, aerobic phase, and 4.35 h, anoxic phase) and carbon: nitrogen ratio (COD/NO2--N+NO3--N) equal to 6. Complete cycles (20), nitrification followed by denitrification, were evaluated to investigate the kinetic behavior of degradation of organic (COD) and nitrogenated (NH4+-N, NO2--N and NO3--N) matter present in the effluent from a bird slaughterhouse and industrial processing facility, as well as to evaluate the stability of the reactor using Shewhart control charts of individual measures. The results indicate means total inorganic nitrogen (NH4+-N+NO2- -N+NO3--N) removal of 84.32±1.59% and organic matter (COD) of 53.65±8.48% in the complete process (nitrification-denitrification) with the process under statistical control. The nitrifying activity during the aerobic phase estimated from the determination of the kinetic parameters had mean K1 and K2 values of 0.00381±0.00043 min-1 and 0.00381±0.00043 min-1, respectively. The evaluation of the kinetic behavior of the conversion of nitrogen indicated a possible reduction of CT in the anoxic phase, since removals of NO2--N and NO3--N higher than 90% were obtained with only 1 h of denitrification.