Distribution of water in sandy soil applied by drip

The search for the use of water with high levels of efficiency has motivated the use of drip irrigation in several agricultural systems. However, for the efficiency be ensured, it is necessary that the water distribution in the soil profile must to be known in more details. As it is a highly variable process, function of the local characteristics, is essential the study of each case. The objective of this research was evaluating the water distribution in the soil profile, from drippers installed in surface and 0.15 m below the soil surface. The experiment was realized in the Technical Center of Irrigation (TCI) of the State University of Maringá - PR. The water monitoring in the soil profile was done with TDR probes installed in a box containing sandy soil, at the depths from 0.05 to 0.80 m; and 0.05 to 0.35 m of lateral spacing, at intervals of 0.05 m, totalizing 30 probes. The treatments were differentiated in relation of the installation depth of the emitters (0.0 and 0.15 m) and flow (1, 2, 4, 6, and 8 L h-1). The irrigation time was 8 hours continuous with reading of the TDR probes each 30 minutes. The results allowed concluding that the wet area with the emitter positioned on the soil surface was directly proportional to the flow increase. For the underground dripper, this area was substantially smaller and the water losses by percolation were higher, mainly to the flows higher than 4 L h-1, which provided to unacceptable water losses that should be avoided.

Root exudation of imazapyr by eucalypt, cultivated in soil

Imazapyr has been used to control stump sprouting in stand of Eucalyptus plantations, where herbicide is applied to the tree trunk before cutting. The herbicide is applied exclusively on the stump to be killed, but little is known about the final fate of the molecule. Imazapyr exudation via roots of eucalypt grown in soil as the substrate was evaluated under greenhouse conditions. Different herbicide doses (0.000, 0.375, 0.750, 1.125, 1.500, and 3.000 kg ha-1 a.i.) were applied on the aerial parts of 8-month-old Eucalyptus grandis clonal seedlings, cultivated in pots with 18.0 dm³ of soil. Forty days after this treatment, the eucalypt plants were cut and a lateral opening in the containers was made and the plants inclined 90º, with plants sensitive to herbicide presence (sorghum and cucumber) sown into the openings along the exposed soil surface. After 15-day sowing, toxicity symptoms on the shoots as well as the shoot and root system dry biomass of the bio-indicators were evaluated. The results suggest that eucalypt roots do exude imazapyr, and/or its metabolites, at concentrations high enough to cause toxicity to the bio-indicators. Toxicity effects were observed in all plants sown along the exposed soil profile of the container, with higher intensity at higher doses.

Seed longevity of red rice ecotypes buried in soil

Red rice is a troublesome weed in irrigated rice production and is spread through contaminated commercial rice seed and machinery. Seed dormancy is a major trait for red rice. Studies were carried out at two locations to determine red rice seed longevity in the soil of several ecotypes from four US states. Five months after burial near Beaumont, Texas only three ecotypes had viable seed (<1%) when buried at 5 cm, but 9 ecotypes had viable seed after two years when buried at 25 cm. At the thirty-sixth month after burial, ecotypes Arkansas 2, Louisiana 2 and 4, Mississippi 4 and Texas 1 had viable seeds, but at less than 1%. Freshly harvested red rice seeds buried at 12 cm near College Station, TX, survived longer than seeds placed on the soil surface. The percentage of maximum viable seeds was 2% for blackhull type Texas 4, after 17 months. In both studies, commercial rice cultivar seeds were not viable after 5 months, regardless of their position in the soil. Under farming conditions with no fallow land preparations or deep tillage, most red rice seed germinated or was dead after 2 to 3 years, with only minor variation among ecotypes.

Utilisation du concept de connectivité en hydrologie : définitions, approches expérimentales et éléments de modélisation

Alors que certains mécanismes pourtant jugés cruciaux pour la transformation de la pluie en débit restent peu ou mal compris, le concept de connectivité hydrologique a récemment été proposé pour expliquer pourquoi certains processus sont déclenchés de manière épisodique en fonction des caractéristiques des événements de pluie et de la teneur en eau des sols avant l’événement. L’adoption de ce nouveau concept en hydrologie reste cependant difficile puisqu’il n’y a pas de consensus sur la définition de la connectivité, sa mesure, son intégration dans les modèles hydrologiques et son comportement lors des transferts d’échelles spatiales et temporelles. Le but de ce travail doctoral est donc de préciser la définition, la mesure, l’agrégation et la prédiction des processus liés à la connectivité hydrologique en s’attardant aux questions suivantes : 1) Quel cadre méthodologique adopter pour une étude sur la connectivité hydrologique ?, 2) Comment évaluer le degré de connectivité hydrologique des bassins versants à partir de données de terrain ?, et 3) Dans quelle mesure nos connaissances sur la connectivité hydrologique doivent-elles conduire à la modification des postulats de modélisation hydrologique ? Trois approches d’étude sont différenciées, soit i) une approche de type « boite noire », basée uniquement sur l’exploitation des données de pluie et de débits sans examiner le fonctionnement interne du bassin versant ; ii) une approche de type « boite grise » reposant sur l’étude de données géochimiques ponctuelles illustrant la dynamique interne du bassin versant ; et iii) une approche de type « boite blanche » axée sur l’analyse de patrons spatiaux exhaustifs de la topographie de surface, la topographie de subsurface et l’humidité du sol. Ces trois approches sont ensuite validées expérimentalement dans le bassin versant de l’Hermine (Basses Laurentides, Québec). Quatre types de réponses hydrologiques sont distingués en fonction de leur magnitude et de leur synchronisme, sachant que leur présence relative dépend des conditions antécédentes. Les forts débits enregistrés à l’exutoire du bassin versant sont associés à une contribution accrue de certaines sources de ruissellement, ce qui témoigne d’un lien hydraulique accru et donc d’un fort degré de connectivité hydrologique entre les sources concernées et le cours d’eau. Les aires saturées couvrant des superficies supérieures à 0,85 ha sont jugées critiques pour la genèse de forts débits de crue. La preuve est aussi faite que les propriétés statistiques des patrons d’humidité du sol en milieu forestier tempéré humide sont nettement différentes de celles observées en milieu de prairie tempéré sec, d’où la nécessité d’utiliser des méthodes de calcul différentes pour dériver des métriques spatiales de connectivité dans les deux types de milieux. Enfin, la double existence de sources contributives « linéaires » et « non linéaires » est mise en évidence à l’Hermine. Ces résultats suggèrent la révision de concepts qui sous-tendent l’élaboration et l’exécution des modèles hydrologiques. L’originalité de cette thèse est le fait même de son sujet. En effet, les objectifs de recherche poursuivis sont conformes à la théorie hydrologique renouvelée qui prône l’arrêt des études de particularismes de petite échelle au profit de l’examen des propriétés émergentes des bassins versants telles que la connectivité hydrologique. La contribution majeure de cette thèse consiste ainsi en la proposition d’une définition unifiée de la connectivité, d’un cadre méthodologique, d’approches de mesure sur le terrain, d’outils techniques et de pistes de solution pour la modélisation des systèmes hydrologiques.

La configuration spatiale et la hiérarchie urbaine en Colombie

Ce mémoire présente les résultats d'une recherche portant sur cinq villes colombiennes sélectionnées selon leur taille et le nombre d’emplois par secteur économique, d’après les données des recensements du Département Administratif National des Statistiques (DANE) qui s’étalent entre 1985 et 2005. La méthode d'analyse adoptée est de type descriptif et met l'accent sur des facteurs de taille et de nombre d’habitants afin d’évaluer la hiérarchie entre les villes entre 1985 et 2005, et de comprendre, pour la même période, la spécialisation des cinq villes à travers leurs données d’emplois respectives. Cette méthode est complétée par l’utilisation des outils d’évaluation régionale et urbaine pour comprendre le processus de polarisation en Colombie. L’économie colombienne est dominée par les villes de grande taille ou les régions métropolitaines qui constituent les plus grands marchés (économies d'agglomération). Cependant, ces zones (Bogota, Medellin, Cali, Barranquilla et Bucaramanga) ne sont pas intégrées. Par conséquent, la prédominance de ces centres s’est considérablement réduite.

Photorealistic Surface Rendering with Microfacet Theory

La synthèse d'images dites photoréalistes nécessite d'évaluer numériquement la manière dont la lumière et la matière interagissent physiquement, ce qui, malgré la puissance de calcul impressionnante dont nous bénéficions aujourd'hui et qui ne cesse d'augmenter, est encore bien loin de devenir une tâche triviale pour nos ordinateurs. Ceci est dû en majeure partie à la manière dont nous représentons les objets: afin de reproduire les interactions subtiles qui mènent à la perception du détail, il est nécessaire de modéliser des quantités phénoménales de géométries. Au moment du rendu, cette complexité conduit inexorablement à de lourdes requêtes d'entrées-sorties, qui, couplées à des évaluations d'opérateurs de filtrage complexes, rendent les temps de calcul nécessaires à produire des images sans défaut totalement déraisonnables. Afin de pallier ces limitations sous les contraintes actuelles, il est nécessaire de dériver une représentation multiéchelle de la matière. Dans cette thèse, nous construisons une telle représentation pour la matière dont l'interface correspond à une surface perturbée, une configuration qui se construit généralement via des cartes d'élévations en infographie. Nous dérivons notre représentation dans le contexte de la théorie des microfacettes (conçue à l'origine pour modéliser la réflectance de surfaces rugueuses), que nous présentons d'abord, puis augmentons en deux temps. Dans un premier temps, nous rendons la théorie applicable à travers plusieurs échelles d'observation en la généralisant aux statistiques de microfacettes décentrées. Dans l'autre, nous dérivons une procédure d'inversion capable de reconstruire les statistiques de microfacettes à partir de réponses de réflexion d'un matériau arbitraire dans les configurations de rétroréflexion. Nous montrons comment cette théorie augmentée peut être exploitée afin de dériver un opérateur général et efficace de rééchantillonnage approximatif de cartes d'élévations qui (a) préserve l'anisotropie du transport de la lumière pour n'importe quelle résolution, (b) peut être appliqué en amont du rendu et stocké dans des MIP maps afin de diminuer drastiquement le nombre de requêtes d'entrées-sorties, et (c) simplifie de manière considérable les opérations de filtrage par pixel, le tout conduisant à des temps de rendu plus courts. Afin de valider et démontrer l'efficacité de notre opérateur, nous synthétisons des images photoréalistes anticrenelées et les comparons à des images de référence. De plus, nous fournissons une implantation C++ complète tout au long de la dissertation afin de faciliter la reproduction des résultats obtenus. Nous concluons avec une discussion portant sur les limitations de notre approche, ainsi que sur les verrous restant à lever afin de dériver une représentation multiéchelle de la matière encore plus générale.

Depth wise variation of microbial load in the soils of midland region of Kerala: a function of important soil physicochemical characteristics and nutrients

Soil microorganisms play a main part in organic matter decomposition and are consequently necessary to soil ecosystem processes maintaining primary productivity of plants. In light of current concerns about the impact of cultivation and climate change on biodiversity and ecosystem performance, it is vital to expand a complete understanding of the microbial community ecology in our soils. In the present study we measured the depth wise profile of microbial load in relation with important soil physicochemical characteristics (soil temperature, soil pH, moisture content, organic carbon and available NPK) of the soil samples collected from Mahatma Gandhi University Campus, Kottayam (midland region of Kerala). Soil cores (30 cm deep) were taken and the cores were separated into three 10-cm depths to examine depth wise distribution. In the present study, bacterial load ranged from 141×105 to 271×105 CFU/g (10cm depth), from 80×105 to 131×105 CFU/g (20cm depth) and from 260×104 to 47×105 CFU/g (30cm depth). Fungal load varies from 124×103 to 27×104 CFU/g, from 61×103 to110×103 CFU/g and from 16×103 to 49×103 CFU/g at 10, 20 and 30 cm respectively. Actinomycetes count ranged from 129×103 to 60×104 CFU/g (10cm), from 70×103 to 31×104 CFU/g (20cm) and from 14×103 to 66×103 CFU/g (30cm). The study revealed that there was a significant difference in the depthwise distribution of microbial load and soil physico-chemical properties. Bacterial, fungal and actinomycetes load showed a decreasing trend with increasing depth at all the sites. Except pH all other physicochemical properties showed decreasing trend with increasing depth. The vertical profile of total microbial load was well matched with the depthwise profiles of soil nutrients and organic carbon that is microbial load was highest at the soil surface where organics and nutrients were highest

Estimation of Effective Impervious Surface Area of Cochin using Satellite Images

Urbanization refers to the process in which an increasing proportion of a population lives in cities and suburbs. Urbanization fuels the alteration of the Land use/Land cover pattern of the region including increase in built-up area, leading to imperviousness of the ground surface. With increasing urbanization and population pressures; the impervious areas in the cities are increasing fast. An impervious surface refers to an anthropogenic ally modified surface that prevents water from infiltrating into the soil. Surface imperviousness mapping is important for the studies related to water cycling, water quality, soil erosion, flood water drainage, non-point source pollution, urban heat island effect and urban hydrology. The present study estimates the Total Impervious Area (TIA) of the city of Kochi using high resolution satellite image (LISS IV, 5m. resolution). Additionally the study maps the Effective Impervious Area (EIA) by coupling the capabilities of GIS and Remote Sensing. Land use/Land cover map of the study area was prepared from the LISS IV image acquired for the year 2012. The classes were merged to prepare a map showing pervious and impervious area. Supervised Maximum Likelihood Classification (Supervised MLC),which is a simple but accurate method for image classification, is used in calculating TIA and an overall classification accuracy of 86.33% was obtained. Water bodies are 100% pervious, whereas urban built up area are 100% impervious. Further based on percentage of imperviousness, the Total Impervious Area is categorized into various classes

Efectes de la invasió de la formiga argentina, Linepithema humile (Mayr), sobre el procés de dispersió de llavors de plantes mediterrànies

La formiga invasora Linepithema humile (Mayr), també coneguda com la formiga argentina, és una espècie present a la península Ibèrica. En aquesta tesi s'ha estudiat com afecta la presència d'aquesta espècie plaga a la comunitat de formigues autòctones y al procés de dispersió de llavors de plantes mediterrànies. L'estudi es va dur a terme en una àrea de sureda i brolla d'estepes i bruc boal situada al nord-est peninsular, prop de la línia de costa mediterrània. Un dels primers y més notables efectes de la invasió a les nostres àrees d'estudi és la dramàtica alteració de la comunitat de formigues, en forma de una reducció de la riquesa específica i de la homogeneïtat d'abundàncies. A més, a les zones envaïdes no hi queda cap espècie de formiga autòctona dispersant de llavors. A causa de la gran abundància d'obreres de la formiga argentina a les zones envaïdes, i del seu elevat ritme d'activitat, aquesta espècie efectua un intens rastreig del sòl, la qual cosa li permet localitzar els recursos en un temps menor que les formigues autòctones de les zones no envaïdes. No obstant, la obertura mandibular de la comunitat de formigues esdevé molt disminuïda a les zones envaïdes a causa de la desaparició de les espècies autòctones, la majoria d'elles de mida més grossa que la formiga argentina, la qual cosa podria limitar la capacitat de manipulació de l'entorn que té la comunitat de formigues a les zones envaïdes, i podria explicar la falta de reemplaçament d'alguns dels rols que duien a terme les espècies de formigues autòctones abans de la invasió. La formiga argentina es mostra atreta per les llavors de les nou espècies vegetals estudiades (dues euforbiàcies: Euphorbia biumbellata i E. characias; dues compostes: Cirsium vulgare i Galactites tomentosa; i cinc papilionàcies: Genista linifolia, G. monspessulana, G. triflora, Sarothamnus arboreus i Ulex parviflorus), arribant a transportar i fins i tot introduir al niu algunes llavors, però amb probabilitats inferiors a les realitzades per les formigues autòctones de les zones no envaïdes. No obstant, el seu comportament davant les nou espècies de llavors és variable, de manera que sembla que el seu efecte sobre la dispersió de llavors podria ser diferent per a cada espècie vegetal. L'alteració del procés de dispersió no sembla alterar l'èxit reproductiu d'una espècie concreta, Euphorbia characias, a les zones envaïdes; ni el seu reclutament, ni la distribució espacial, ni la supervivència de les plàntules són significativament diferents a les zones envaïdes que a les no envaïdes. La desaparició de les espècies de formigues granívores de les zones envaïdes pot afectar la dinàmica de les llavors de plantes no mirmecòcores. Així, les llavors de tres papilionàcies (Calicotome spinosa, Psoralea bituminosa i Spartium junceum) resulten amb un menor nivell de transports (i probablement menor depredació) a les zones envaïdes per la formiga argentina.

The effects of scene heterogeneity on soil moisture retrieval from passive microwave data

The s–x model of microwave emission from soil and vegetation layers is widely used to estimate soil moisture content from passive microwave observations. Its application to prospective satellite-based observations aggregating several thousand square kilometres requires understanding of the effects of scene heterogeneity. The effects of heterogeneity in soil surface roughness, soil moisture, water area and vegetation density on the retrieval of soil moisture from simulated single- and multi-angle observing systems were tested. Uncertainty in water area proved the most serious problem for both systems, causing errors of a few percent in soil moisture retrieval. Single-angle retrieval was largely unaffected by the other factors studied here. Multiple-angle retrievals errors around one percent arose from heterogeneity in either soil roughness or soil moisture. Errors of a few percent were caused by vegetation heterogeneity. A simple extension of the model vegetation representation was shown to reduce this error substantially for scenes containing a range of vegetation types.

Moving towards a more mechanistic approach in the determination of soil heat flux from remote measurements - II. Diurnal shape of soil heat flux

For vegetated surfaces, calculation of soil heat flux, G, with the Exact or Analytical method requires a harmonic analysis of below-canopy soil surface temperature, to obtain the shape of the diurnal course of G. When determining G with remote sensing methods, only composite (vegetation plus soil) radiometric brightness temperature is available. This paper presents a simple equation that relates the sum of the harmonic terms derived for the composite radiometric surface temperature to that of belowcanopy soil surface temperature. The thermal inertia, Gamma(,) for which a simple equation has been presented in a companion paper, paper I, is used to set the magnitude of G. To assess the success of the method proposed in this paper for the estimation of the diurnal shape of G, a comparison was made between 'remote' and in situ calculated values from described field sites. This indicated that the proposed method was suitable for the estimation of the shape of G for a variety of vegetation types and densities. The approach outlined in paper I, to obtain Gamma, was then combined with the estimated harmonic terms to predict estimates of G, which were compared to values predicted by empirical remote methods found in the literature. This indicated that the method proposed in the combination of papers I and II gave reliable estimates of G, which, in comparison to the other methods, resulted in more realistic predictions for vegetated surfaces. This set of equations can also be used for bare and sparsely vegetated soils, making it a universally applicable method. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Mineral and geochemical characterization of a leptic aluandic soil and a thapto aluandic-ferralsol developed on trachytes in Mount Bambouto (Cameroon volcanic line)

Mineral and geochemical investigations were carried out on soil samples and fresh rock (trachytes) from two selected soil profiles (TM profile on leptic aluandic soils and TL profile on thapto aluandic-ferralsols) from Mount Bambouto to better understand geochemical processes and mineral paragenesis involved in the development of soils in this environment. In TM profile, the hydrated halloysites and goethite occur in the weathered saprolite boulders of BC horizon while dehydrated halloysite, gibbsite and goethite dominate the soils matrices of BC and A horizons. In TL profile, the dehydrated halloysites and goethite are the most abundant secondary minerals in the weathered saprolites of C and BC horizons while gibbsite, hematite and kaolinite occur in the soil matrices of BC, B and A horizons. The highest gibbsite content is in the platy nodules of B horizon. In both soil profiles, organo-metal complexes (most likely of AI and Fe) are present in the surface A horizon. Geochemically, between the fresh rock and the weathered saprolites in both soils, SiO2, K2O, CaO, Na2O and MgO contents decrease strongly while Fe2O3 and Al2O3 tend to accumulate. The molar ratio of SiO2/Al2O3 (Ki) and the sum of Ca, Mg, K and Na ions (TRB) also decreases abruptly between fresh rocks and the weathered saprolites, but increases significantly at the soil surface. The TM profile shows intense Al enrichment whereas the TL profile highlights enrichment in both AI and Fe as the weathering progresses upwards. Both soil profiles are enriched in Ni, Cu, Ba and Co and depleted in U, Th, Ta, Hf, Y, Sr, Pb, Zr and Zn relative to fresh rock. They also show a relatively low fractionation of the rare earth elements (REE: La, Nd, Sm, Eu, Tb, Yb and Lu), except for Ce which tends to be enriched in soils compared to CI chondrite. All these results give evidence of intense hydrolysis at soil deep in Mount Bambouto resulting in the formation of halloysite which progressively transforms into gibbsite and/or dehydrated halloysite. At the soil surface, the prominent pedogenetic process refers to andosolization with formation of organo-metal complexes. In TL profile, the presence of kaolinite in soil matrices BC and B horizons is consistent with ferralitization at soil deep. In conclusion, soil forming processes in Mount Bambouto are strongly influenced by local climate: (i) in the upper mountain (>2000 m), the fresh, misty and humid climate favors andosolization; whereas (ii) in the middle lands (1700-2000 m) with a relatively dry climate, both andosolization at the soil surface and ferralitization at soil deep act together. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Soil disturbed using a strip tillage implement on a range of soil types and the effects on sugar beet establishment

The area of soil disturbed using a single tine is well documented. However, modern strip tillage implements using a tine and disc design have not been assessed in the UK or in mainland Europe. Using a strip tillage implement has potential benefits for European agriculture where economic returns and sustainability are key issues. Using a strip tillage system a narrow zone is cultivated leaving most of the straw residue on the soil surface. Small field plot experiments were undertaken on three soil types and the operating parameters of forward speed, tine depth and tine design were investigated together with measurements of seedbed tilth and crop emergence. The type of tine used was found to be the primary factor in achieving the required volume of disturbance within a narrow zone whilst maintaining an area of undisturbed soil with straw residue on the surface. The winged tine produced greater disturbance at a given depth compared with the knife tine. Increasing forward speed did not consistently increase the volume of disturbance. In a sandy clay loam the tilth created and emergence of sugar beet by strip tillage and ploughing were similar but on a sandy loam the strip tillage treatments generally gave a finer tilth but poorer emergence particularly at greater working depth.

Is silt the most influential soil grain size fraction?

The contribution of individual grain size fractions (2000–500, 500–250, 250–63, 63–2 and < 2 μm) to bulk soil surface area and reactivity is discussed with reference to mineralogical and oxalate and dithionite extractions data. The 63–2 μm fraction contributed up to 56% and 67% of bulk soil volume and BET surface area, respectively. Consideration of these observations and the mineralogy of this fraction suggest that the 63–2 μm fraction may be the most influential for the release of elements via mineral dissolution in the bulk soil.

Spatial Assessment of Indices for Characterizing the Erosive Force of Rainfall in El Salvador Republic

Soil erosion data in El Salvador Republic are scarce and there is no rainfall erosivity map for this region. Considering that rainfall erosivity is an important guide for planning soil erosion control practices, a spatial assessment of indices for characterizing the erosive force of rainfall in El Salvador Republic was carried out. Using pluviometric records from 25 weather stations, we applied two methods: erosivity index equation and the Fournier index. In all study area, the rainiest period is from May to November. Annual values of erosivity index ranged from 7,196 to 17,856 MJ mm ha(-1) h(-1) year(-1) and the Fournier index ranged from 52.9 to 110.0 mm. The erosivity map showed that the study area can be broadly divided into three major erosion risk zones, and the Fournier index map was divided into four zones. Both methods revealed that the erosive force is severe in all study area and presented significant spatial correlation with each other. The erosive force in the country is concentrated mainly from May to November.