Optimising nutrient use efficiency in crop production

Food security for a growing population presents a significant challenge for crop production, with increasing pressures upon agriculutral productivity. There is a vast need to improve crop yield and quality using an efficient approach that does not present negative environmental impacts. A novel interrogation technique that is able to provide information of the overall health of a plant, would be extremely beneficial in an agriculutral, as well as research, setting. This information could be utilised to better understand the mechanisms of plant functions, including stress responses. Vibrational spectroscopy encompasses a range of techniques that are able to derive chemically specific information from a biological sample in a rapid, nondestructive and cost-effective manner. Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy and Raman spectroscopy are two such approaches and have been readily implemented across biological samples. However, their applications in the field of plant science have been relatively underexploited. This is largely associated with the presence of water and fluorescent metabolites found in plant tissues. The application of attenuated total reflectance (ATR)-FTIR and spontaneous Raman spectroscopy for in vivo plant monitoring to elucidate spectral alterations indicative of healthy plant growth in a non-destructive manner. These approaches are able to characterise the biochemical signature of leaves at distinct developmental stages, and correspond to known biological processes within the leaf such as cell wall expansion. This information is useful prior to monitoring studies as normal leaf growth could be considered background variance. No significant local or systemic effects manifest as a consequence of interrogation with these techniques, establishing this as a non-destructive approach for plant system investigations. Raman microspectroscopy as a tool for monitoring nutrient uptake at the leaf surface is also considered, alongside complementary ion probe and elemental analysis. Such a technique is useful in the agrochemical production of foliar fertilisers, where the efficiency of specific formulae can be rapidly compared. This can also further the current understanding of nutrient transport into plant tissues, as well as translocation. Agriculturally relevant levels of calcium were applied to the leaf surface and uptake was successfully illustrated at concentrations as low as 15 mM using Raman microspectroscopy. Ion probe analysis also complemented these findings, with elemental analysis unable to detect this subtle uptake of nutrients. This assay is now being implemented in agrochemical practise as a fertiliser screening method. Deficiencies in essential nutrients such as calcium are detrimental to crop yield and thus are a potential target for improving crop production. A range of spectroscopic methods, including the use of synchrotron radiation, were utilised to presymptomatically detect these deficiencies prior to their onset in live samples. Coupled with multivariate analysis, these techniques discriminate between deficient and control samples with high sensitivity and specificity, without extensive sample preparation that traditional analytical techniques require. These results suggest that Raman and ATRFTIR spectroscopic approaches could highly valuable in the field, where plant health and nutrient status could be assessed rapidly in situ. Here it is shown that these issues can be overcome and that qualitative spectral measurements can be obtained from plant samples. Due to the non-destructive nature of these approaches, they can be applied for a wider range of crop screening investigations, including the efficiency of nutrient uptake, as well as distinguishing nutrient deficiencies presymptomatically. As such, these spectroscopic methods may be implemented to unearth further details regarding nutrient use efficiency during crop production

Atti del XXXV Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche

La XXXV edizione del Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche (IDRA16), co-organizzata dal Gruppo Italiano di Idraulica (GII) e dal Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale, e dei Materiali (DICAM) dell’Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, si è svolta a Bologna dal 14 al 16 settembre 2016. Il Convegno Nazionale è tornato pertanto ad affacciarsi all’ombra del “Nettuno”, dopo l’edizione del 1982 (XVIII edizione). Il titolo della XXXV edizione, “Ambiente, Risorse, Energia: le sfide dell’Ingegneria delle acque in un mondo che cambia”, sottolinea l’importanza e la complessità delle tematiche che rivestono la sfera dello studio e del governo delle risorse idriche. Le sempre più profonde interconnessioni tra risorse idriche, sviluppo economico e benessere sociale, infatti, spronano sia l’Accademia che l’intera comunità tecnico-scientifica nazionale ed internazionale all’identificazione ed alla messa in atto di strategie di gestione innovative ed ottimali: sfide percepite quanto mai necessarie in un contesto ambientale in continua evoluzione, come quello in cui viviamo. La XXXV edizione del Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, pertanto, si è posta come punto d’incontro della comunità tecnico-scientifica italiana per la discussione a tutto tondo di tali problematiche, offrendo un programma scientifico particolarmente ricco e articolato, che ha coperto tutti gli ambiti riconducibili all’Ingegneria delle Acque. L’apertura dei lavori del Convegno si è svolta nella storica cornice della Chiesa di Santa Cristina, uno dei luoghi più caratteristici e belli della città ed oggi luogo privilegiato per l’ascolto della musica classica, mentre le attività di presentazione e discussione scientifica si sono svolte principalmente presso la sede della Scuola di Ingegneria e Architettura dell’Università di Bologna sita in Via Terracini. Il presente volume digitale ad accesso libero (licenza Creative Commons 4.0) raccoglie le memorie brevi pervenute al Comitato Scientifico di IDRA16 ed accettate per la presentazione al convegno a valle di un processo di revisione tra pari. Il volume articola dette memorie in sette macro-tematiche, che costituiscono i capitoli del volume stesso: I. meccanica dei fluidi; II. ambiente marittimo e costiero; III. criteri, metodi e modelli per l’analisi dei processi idrologici e la gestione delle acque; IV. gestione e tutela dei corpi idrici e degli ecosistemi; V. valutazione e mitigazione del rischio idrologico e idraulico; VI. dinamiche acqua-società: sviluppo sostenibile e gestione del territorio; VII. monitoraggio, open-data e software libero. Ciascuna macro-tematica raggruppa più sessioni specialistiche autonome sviluppatesi in parallelo durante le giornate del Convegno, i cui titoli vengono richiamati all’interno del presente volume. La vastità e la diversità delle tematiche affrontate, che ben rappresentano la complessità delle numerose sfide dell’Ingegneria delle Acque, appaiono evidenti dalla consultazione dell’insieme di memorie brevi presentate. La convinta partecipazione della Comunità Scientifica Italiana è dimostrata dalle oltre 350 memorie brevi, distribuite in maniera pressoché uniforme tra le sette macro-tematiche di riferimento. Dette memorie sono sommari estesi di lunghezza variabile redatti in lingua italiana, o inglese. In particolare, la possibilità di stesura in inglese è stata concessa con l’auspicio di portare la visibilità del lavoro presentato ad un livello sovranazionale, grazie alla pubblicazione open access del volume degli Atti del Convegno. Il volume si divide in tre parti: la parte iniziale è dedicata alla presentazione del volume ed all’indice generale dei contributi divisi per macro-tematiche; la parte centrale raccoglie le memorie brevi; la terza parte riporta l’indice analitico degli Autori, che chiude il volume