25 research outputs found

    Fuzzy-GIS development of land evaluation system for agricultural production in North West Libya

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    The continuing deterioration of land and water resources occurring in several regions of the world is partly as a result of the mismatch between land suitability or capability and land use. Failure to achieve a perfect match between land capability and use can be particularly problematic for agricultural production because cultivating the wrong crops on wrong soils can only result in poor yields and its associated financial and other losses. There is therefore, a pressing need for effective land evaluation through better matching of land characteristics with land use to achieve optimal utilisation of available land resources for sustainable agricultural production. As far as agriculture is concerned such an exercise will result in defining which part of an area is suitable for particular crops, based on the available land resources and other production inputs, and which parts are better left for other uses. In this study, a land evaluation system for predicting the physical suitability of land for key crops, namely Wheat, Barley and Olive in the north west of Libya was developed based on matching land use requirement for these crops with the available land resources in the area. It involved a modelling strategy based on Boolean and Fuzzy logic sets, implemented within a Geographic Information System (GIS) environment. While the Boolean method assumes that the attributes of a given soil type are known with certainty and the boundaries between soil types are clearly defined, Fuzzy logic can be used to accommodate uncertainties in the available knowledge on these attributes through the use of membership functions. The GIS-based models developed comprise four layers; namely, soil, climate, slope and erosion hazard all of which have been shown directly influence land suitability for agricultural production. This resulted in the classification of the soil into 4 suitability classes, i.e. high suitability, moderate suitability, marginal suitability and not suitable. The results show that for Barley for example 52% of the soil in the north western Libya is highly suitable using Fuzzy approach while the corresponding figure for the Boolean is 62%. The two approaches were compared on cell by cell basis using map agreement. The comparison shows that there were reasonable agreements in evaluations by the two approaches for barley, wheat and olive of 51%, 46% and 56% respectively

    Origin and properties of microbial hotspots in top- and subsoil

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    Mikrobielle Hotspots zeichnen sich durch erhöhte mikrobielle Biomasse und AktivitĂ€t im Vergleich zum Gesamtboden aus. Sie umfassen nur einen sehr kleinen Teil des Bodenvolumens, indem jedoch die meisten fĂŒr StoffkreislĂ€ufe relevanten mikrobiellen biogeochemischen Prozesse ablaufen. In mikrobielle Hotspots sind Prozessraten erhöht, wie beispielsweise verkĂŒrzte Umsatzzeiten der organischen Substanz und eine erhöhte NĂ€hrstoffmobilisierung im Vergleich zum Gesamtboden. Eine verbesserte VerfĂŒgbarkeit von niedermolekularen organischen Substanzen im Vergleich zum Gesamtboden stimuliert das Wachstum und die AktivitĂ€t von Bodenmikroorganismen. Mikrobielle Hotspots entstehen in Bodenkompartimenten, die durch Rhizodeposition, den Eintrag von Wurzelstreu, den Eintrag von nĂ€hrstoffreichem Material von der Bodenfauna und die Auswaschung von organischen Verbindungen aus dem Oberboden einen erhöhten Substrateintrag aufweisen. Im Boden stellen die RhizosphĂ€re sowie Bioporen wichtige mikrobielle Hotspots dar. Speziell im nĂ€hrstoffarmen Unterboden sind mikrobielle Hotspots wichtig, da die NĂ€hrstoffe in den Hotspots im Vergleich zum Gesamtboden fĂŒr Pflanzen besser verfĂŒgbar sind. Im Rahmen dieser Dissertation wurden 1) mikrobielle Hotspots anhand molekularer Proxies unterschieden; und 2) das Potential von VorfrĂŒchten mit Pfahlwurzelsystem zur Ausbildung und Aufrechterhaltung von mikrobiellen Hotspots im Unterboden untersucht; darĂŒber hinaus wurde 3) die mikrobielle Umsetzung des wurzelbĂŒrtigen Kohlenstoffs entlag eines Teifengradienten bis in 105 cm Tiefe bestimmt; und 4) die rĂ€umliche Ausdehnung der mikrobiellen Hotspots im Ober- und Unterboden anhand der Verteilung und anhand des Umsatzes von wurzelbĂŒrtigem Kohlenstoff, sowie anhand von sich ausbildenden pH, Sauerstoff- und Redoxpotentialgradienten von der WurzeloberflĂ€che in den Gesamtboden bestimmt. Im Rahmen eines Feldexperimentes wurde Luzerne (Medicago sativa L.) zwei Jahre lang auf einem Haplic Luvisol angebaut. DrilsophĂ€re, RhizosphĂ€re und der Gesamtboden wurden in 15 cm Intervallen bis in eine Tiefe von 105 cm beprobt, um mikrobielle Hotspots anhand von molekularen Proxies zur unterscheiden. Die Proben wurden auf ihre Gehalte an freien extrahierbaren FettsĂ€uren untersucht. DafĂŒr wurden aus dem Gesamtlipidextrakt die FettsĂ€uren durch Festphasenextraktion abgetrennt. Die Differenzierung des organischen Materials aus der DrilosphĂ€re, der RhizosphĂ€re und dem Gesamtboden wurde mittels einer linearen Diskriminanzanalyse durchgefĂŒhrt. Desweiteren wurde auf der VersuchsflĂ€che neben Luzerne auch Wegwarte (Cichorium intybus L.) angebaut. Um den Kohlenstoffeintrag von Luzerne und Wegwarte in den Boden entlag eines Tiefengradientens zu vergleichen, wurden je drei Luzerne und drei Wegwarteparzellen nach 110 Tage Wachstum in situ mittels 13CO2 pulsmarkiert. Die Verteilung des assimilierten 13C in Spross, Wurzeln und Bodenkohlenstoffpools sowie die Bestimmungen der jeweiligen KohlenstoffpoolgrĂ¶ĂŸen ermöglichte es, den Kohlenstoffeintrag bis in eine Bodentiefe von 105 cm zu quantifizieren. In einer Laborstudie wurde die rĂ€umliche Ausdehnung mikrobieller Hotspots untersucht. Zu diesem Zweck wurde Luzerne in T-förmigen GefĂ€ĂŸen mit drei Kompartimenten zwei Monate lang kultiviert. Die GefĂ€ĂŸe waren entweder mit Ober- oder Unterboden gefĂŒllt. Die Wurzeln konnten nur im mittleren Teil der GefĂ€ĂŸe wachsen, da eine Nylongaze sie daran hinderte in die seitlichen RhizosphĂ€renkompartimente vorzudringen. Unterschiedliche Maschenweiten der Gaze verhinderten entweder nur das Wurzelwachstum oder sowohl das Wurzelwachstum als auch das Eindringen der Hyphen von arbuskulĂ€ren Mykorrhizapilzen in die RhizosphĂ€renkompartimente. Die Dynamik und Verteilung von wurzelbĂŒrtigem Kohlenstoff in der RhizosphĂ€re, wurde durch die Markierung der Luzerne mit 14CO2 und anschließende Messung der 14C-AktivitĂ€t im gelösten organischen Kohlenstoff und im gesamten organischen Kohlenstoff ermittelt. Um Unterschiede im mikrobiellen Abbau der abgegebenen Substanzen in der Ober- und UnterbodenrhizosphĂ€re zu bestimmen, wurden die AktivitĂ€ten extrazellulĂ€rer Enzyme gemessen. Zur Messung von Sauerstoff- und Redoxpotentialgradienten bei unterschiedlichem Matrixpotenzial in der Ober- und UnterbodenrhizosphĂ€re wurden ein Sauerstoffmikrosensor und Platinelektroden verwendet. WĂ€hrend die relativen Gehalte an ungesĂ€ttigten FettsĂ€uren von DrilosphĂ€re, ĂŒber RhizosphĂ€re bis zum Gesamtboden abnahmen, verhielten sich die DicarbonfettsĂ€uren genau umgekehrt. Da diese Unterschiede unabhĂ€ngig von der Bodentiefe waren, konnten diese Proxies zur Unterscheidung der Herkunft des organischen Materials verwendet werden. Mittels einer linearen Diskriminanzanalyse konnte so das organsiche Material mikrobieller Hotspots von dem des Gesamtbodens durch eine lineare Kombination der relativen Gehalte an ungesĂ€ttigten FettsĂ€uren und DicarbonsĂ€uren unterschieden werden. Die unterschiedlichen Quellen des organischen Materials und dessen intensive mikrobielle Überformung veranschaulichen die KomplexitĂ€t der Prozessse, die zur Entstehung von mikrobiellen Hotspots beitragen. Um diese Prozesse zu untersuchen, wurde das Potential von VorfrĂŒchten mit Pfahlwurzelsystem zur Ausbildung und Aufrechterhaltung mikrobieller Hotspots im Unterboden analysiert. DafĂŒr wurde der Kohlenstoffeintrag ĂŒber die Wurzelbiomasse und durch Rhizodeposition sowie die mikrobielle Aufnahme bis in eine Tiefe von 105 cm quantifiziert. Die Ergebnisse zeigten, dass die Ausbildung mikrobieller Hotspots im Unterboden wĂ€hrend der ersten Vegetationsperiode durch Luzerne stĂ€rker ist als durch Wegwarte. Die GrĂŒnde hierfĂŒr waren: 1) Ein höherer Biomassezuwachs von Luzerne und 2) eine 8 fach höherere Verlagerung des assimilierten Kohlenstoffs in das Wurzelwachstum sowie in Rhizodeposite im Unterboden durch Luzerne. Unter Luzerne wurde durch den erhöhten Eintrag von leichtverfĂŒgbarem Kohlenstoff das mikrobielle Wachstum und der Umsatz an mikrobiellem C im Unterboden erhöht. Dies weist auf höhere NĂ€hrstoffumsatzraten und damit auf deren höhere PflanzenverfĂŒgbarkeit hin. Das könnte zu einer verbesserten NĂ€hrstoffversorgung der HauptfrĂŒchte beitragen, wenn deren Wurzeln durch die ehemaligen Luzernewurzelporen im Unterboden wachsen. Im Gegensatz zur Luzerne bildete die Wegwarte den grĂ¶ĂŸten Teil ihrer Wurzelbiomasse im Oberboden aus wohin sie auch den grĂ¶ĂŸten Teil ihrer Rhizodeposite exsudierte. Aus diesem Grund ist die Wegwarte zumindest in der ersten Vegetationsperiode nicht als Vorfrucht zu empfehlen, um die NĂ€hrstoffverfĂŒgbarkeit im Unterboden zu verbessern. Um die Relevanz von mikrobiellen Hotspots fĂŒr NĂ€hrstoffkreislĂ€ufe besser zu verstehen, ist es notwendig die Ausdehnung des Bodenvolumens mit erhöhten Prozessraten und die Gradienten mit denen diese Prozessraten zum Gesamtboden hin abnehmen zu untersuchen. Dies ermöglichte das oben beschriebene Experiment, bei dem Luzerne in den kompartimentierten WachstumsgefĂ€ĂŸen angezogen wurde. Hierbei zeigte sich, dass die Wurzelexsudation in die OberbodenrhizosphĂ€re verglichen mit der Exsudation in die UnterbodenrhizosphĂ€re deutlich höher war. Allerdings waren die Gradienten der 14C markierten Wurzelexsudate im gelösten organischen Kohlenstoff von der WurzeloberflĂ€che in Richtung Gesamtboden steiler als im Unterboden. Da zusĂ€tzlich zu dem erhöhten Eintrag und den steileren Gradienten auch die EnzymaktivitĂ€ten im Oberboden höher waren, kann von einem erhöhtem mikrobiellem Abbau der Wurzelexsudate im Vergleich zur UnterbodenrhizosphĂ€re ausgegeangen werden. Obwohl erwartet wurde, dass erhöhter mikrobieller Abbau zu einer geringeren diffusiven Ausdehnung der Wurzelexsudate in der OberbodenrhizosphĂ€re fĂŒhren wĂŒrde, war dies nicht der Fall. Sowohl in der Oberboden- als auch in der UnterbodenrhizosphĂ€re wurde 14C aus Exsudaten bis in eine Entfernung von 28 mm im DOC und 20 mm im TOC zur WurzeloberflĂ€che nachgewiesen. Die Sauerstoffkonzentration nahm in Richtung zur WurzeloberflĂ€che ab, wobei der Gradient in Ober- und UnterbodenrhizosphĂ€re identisch war. Ein RhizosphĂ€reneffekt auf die Sauerstoffkonzentration konnte bis in 20 mm Entfernung zur WurzeloberflĂ€che gemessen werden. Das Matrixpotenzial war ausschlaggebend fĂŒr die diffusive Nachlieferung von Sauerstoff, und damit fĂŒr die Aufrechterhaltung der aeroben Respiration in der RhizosphĂ€re. Bei einem Matrixpotenzial von -200 hPa oder weniger fand keine Hemmung der Respirationsprozesse durch mangelnde O2 Nachlieferung zur WurzeloberflĂ€che statt. Die auf der Sauerstoffkonzentration beruhenden VerĂ€nderungen des Redoxpotentials konnten bis in eine Entfernung von 2 mm zur WurzeloberflĂ€che erfasst werden. Nur unter stĂ€ndiger WassersĂ€ttigung wurden in der RhizosphĂ€re schwach reduzierende Bedingungen erreicht. Im Rahmen dieses Dissertation konnte gezeigt werden, dass mikrobielle Hotspots im Boden eine grĂ¶ĂŸere laterale Ausdehnung erreichen als bislang angenommen. DarĂŒber hinaus konnte gezeigt werden, dass diese Hotspots eine SchlĂŒsselfunktion bei der Erhöhung von Kohlenstoff- und NĂ€hrstoffumsĂ€tzen besitzen. Daher empfiehlt sich der Anbau von tiefwurzelnden VorfrĂŒchten mit ausgeprĂ€gter C-Verlagerung in den Unterboden, wie beispielsweise Luzerne, um die NĂ€hrstoffverfĂŒgbarkeit aus dem Unterboden in Agrarökosystemen zu verbessern

    Conserving land, protecting water

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    Water resource management / Water productivity / Water conservation / Recycling / Land management / Soil conservation / Ecosystems / Ecology / Evapotranspiration / Food security / Poverty / River basins / Irrigated farming

    Nutrient dynamics of sitka spruce stands after clearfelling on peaty gley soils

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    SIGLEAvailable from British Library Document Supply Centre- DSC:D66701/86 / BLDSC - British Library Document Supply CentreGBUnited Kingdo

    Synthesis on Rapid Repair Methods for Embankment Slope Failure: Final Report

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    0-6957Although the majority of slope repairs using common repair approaches show a satisfactory performance, some repair attempts have shown a recurring failure after a period of time. Recurring slope failures happen frequently in Texas, due to the extreme weather and soil conditions. The Texas Department of Transportation (TxDOT) annually spends millions of dollars to repair embankment slope failures along the state roads and highways. The primary objectives of this research project were to (1) synthesize and critically evaluate existing methods for rapid repair of embankment slope failures, and (2) recommend appropriate implementation procedures to avoid recurring failures considering different district conditions. These methods were evaluated and compared based on various factors, such as (1) long-term performance and applicability to the embankment soil; (2) constructability considering the minimal impact to existing roadway and traffic conditions; and (3) ease of implementation by TxDOT maintenance workforces. The project findings clearly show that there are practices that could reduce the chance of recurring failures of repair methods, even for those methods that are highly prone to failure (e.g., rebuilding and compaction method). These recommended practices, representing the invaluable collective experience of several TxDOT engineers, supervisors, and maintenance crews, are highlighted in this research. Moreover, the results show that repair methods could be combined to prevent recurring failures. Case studies highlighted in this research present excellent examples of these combinations. The reduction in recurring slope failures could significantly reduce construction operations and maintenance costs

    Life Cycle Assessment in the Agri-food sector

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    Focus on sustainable (agricultural) production should go hand in hand with the quest for sus-tainable (food) consumption. This idea is in agreement with principles of Integrated Product Policy, which is the modern chain based and product-oriented approach to environmental im-provement and regulation adopted by national environmental authorities, the EU Commission, UNEP and increasingly also by private companies. The regulation of agri-environmental problems has so far focused on improvements in farm production systems in relation to local effects. This approach does not take into consideration the developments in food processing and consumer choices as well as more global environmental effects. In the coming decades production and consumption of livestock products and processed food is expected to increase significantly and the globalisation of the food systems will continue. Therefore, as much as ever there is a need for a complementary focus on the environmental impact per unit of food produced including the whole production chain and taking into account global effects of dif-ferent systems for food provision and consumption patterns. Food consumption is one of the major causes for resource use and environmental impact by modern households. But the relative importance of these burdens in the primary production, industrial food processing and kitchen preparation respectively differ among products. It is, however, not easy to define and compare the environmental burden from different choices of food. Life Cycle Assessment (LCA) is a tool for an aggregated description of emissions, waste and the resource use from soil to kitchen per unit of different food items. The method-ology for LCA in the food sector has been developed during the last decade and progress in terms of methodological robustness and data availability has been demonstrated - among oth-ers – at a series of LCA-food conferences organised in Brussels (1996, 1998) and Gothenburg (2001). The present proceedings from the Fourth International Conference of LCA in the Agri-Food Sector presents a number of papers based on floor- and poster presentations show-ing both the recent advances in methodology and inventories and the wide range of applica-tions and objectives for LCA in the food sector

    Climate-Smart Forestry in Mountain Regions

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    This open access book offers a cross-sectoral reference for both managers and scientists interested in climate-smart forestry, focusing on mountain regions. It provides a comprehensive analysis on forest issues, facilitating the implementation of climate objectives. This book includes structured summaries of each chapter. Funded by the EU’s Horizon 2020 programme, CLIMO has brought together scientists and experts in continental and regional focus assessments through a cross-sectoral approach, facilitating the implementation of climate objectives. CLIMO has provided scientific analysis on issues including criteria and indicators, growth dynamics, management prescriptions, long-term perspectives, monitoring technologies, economic impacts, and governance tools

    Climate-Smart Forestry in Mountain Regions

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    This open access book offers a cross-sectoral reference for both managers and scientists interested in climate-smart forestry, focusing on mountain regions. It provides a comprehensive analysis on forest issues, facilitating the implementation of climate objectives. This book includes structured summaries of each chapter. Funded by the EU’s Horizon 2020 programme, CLIMO has brought together scientists and experts in continental and regional focus assessments through a cross-sectoral approach, facilitating the implementation of climate objectives. CLIMO has provided scientific analysis on issues including criteria and indicators, growth dynamics, management prescriptions, long-term perspectives, monitoring technologies, economic impacts, and governance tools
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