Spatial crop-water variations in rainfed wheat systems: From simulation modelling to site-specific management

In sloping fields, rainfed crops experience different degrees of water stress caused by spatial variations in water and, consequently, yields also vary spatially within a field. This offers opportunities for precision agriculture through site-specific management. However, while significant advances have been accomplished in the engineering aspects of precision agriculture, such as increasing spatial resolution of data systems and automation, much less effort has been dedicated to the simulation of within field crop responses to spatial variations. Most studies on rainfed yield gaps ignore intra-plot variability, but if crop models are to be used in assisting site-specific management, they may greatly benefit from spatial water modelling approaches capable of accurately representing and simulating within-field variation of water-related processes. This doctoral thesis represents a novel contribution to the agronomy of rainfed agricultural systems, evaluating the role played by water flows in areas of undulating topography in determining the spatial variations of wheat yield. The thesis has been carried out in chapters that are associated by following an integrative approach. The thesis first reviewed some of the most widely adopted crop and hydrologic models and explored new opportunities for simulating spatial water variations at crop field level through the incorporation of lateral inflow at lower elevation zones of the field. From this standpoint, the spatial variations of yield gaps in rainfed wheat, caused by lateral flows from high to low areas, were assessed in Córdoba, Spain. From an agronomic perspective, water lateral inflows (LIF) due to surface and subsurface runoff contribute to yield variations in rainfed wheat production systems such as the one studied here. The net contribution of these flows to spatial variations of rainfed potential yields showed to be relevant but highly irregular among years. Despite the inter-annual variability, typical of Mediterranean conditions, the occurrence of LIF caused simulated wheat yields to vary +16% from up to downslope areas of the field. Average crop yield ranged from 1.3 to 5.4 Mg grain yield (GY) ha−1. The net yield responses to LIF, in downslope areas were on average 383 kg grain yield (GY) ha−1, and the LIF marginal water productivity reached 24.6 (±13.2) kg GY ha−1 mm−1 in years of maximum responsiveness. Such years of maximum responsiveness were associated with low rainfall during the vegetative stages of the crop in combination with LIF occurring at post-flowering stages. However, under field conditions, these differences were only visible in one of the two experimental years. The economic implications associated with multiple scenarios of variable application rate of nitrogen were explored through a case study and several recommendations were proposed. Both farm size (i.e., annual sown area) and topographic structure impacted the dynamics of investment returns. Under current policy-prices conditions, the adoption of variable application rate would have an economic advantage in farms similar to that of the case study with an annual sown area greater than 567 ha year−1. Nevertheless, current trends on energy prices, transportation costs and impacts on both cereal prices and fertilizers costs enhance the viability of variable application rate adoption for a wider population of farm types. The profitability of adopting VAR improves under such scenarios and, in the absence of additional policy support, the minimum area for adoption of variable application rate decreases to a farm size range of 68-177 ha year−1. The combination of price increases with the introduction of an additional subsidy on crop area could substantially lower the adoption threshold down to 46 ha year−1, turning this technology economically viable for a much wider population of farmers.En campos en pendiente, los cultivos de secano experimentan diferentes grados de estrés hídrico causados por variaciones espaciales de la humedad en el suelo, y los rendimientos varían espacialmente dentro del mismo campo. Esta variabilidad supone una oportunidad para la agricultura de precisión a través del manejo espacialmente variable. Sin embargo, si bien se han logrado avances significativos en los aspectos de la ingeniería de la variación espacial, como el aumento de la resolución espacial de los sistemas de datos y la automatización, se ha avanzado mucho menos en relación a la simulación de las respuestas de los cultivos a las variaciones espaciales de la humedad y los flujos hídricos. La mayoría de los estudios sobre las brechas de rendimiento de secano ignoran la variabilidad dentro de la parcela. Sin embargo, el uso de modelos de simulación de cultivos como medida de apoyo a los sistemas de gestión espacialmente variable, requiere que los enfoques de modelación espacial del agua sean capaces de representar y simular con precisión la variación dentro del campo de los factores relacionados con el agua disponible y la respuesta de los cultivos. Esta tesis doctoral representa una nueva contribución a la agronomía de los sistemas agrícolas de secano, con énfasis en el papel que juegan los flujos de agua en zonas de topografía ondulada en la determinación de las variaciones espaciales del rendimiento del trigo. La tesis se ha desarrollado en capítulos que se complementan siguiendo un enfoque integrador. La presente tesis doctoral revisó algunos de los modelos hidrológicos y de cultivo más ampliamente adoptados y exploró nuevas oportunidades para simular variaciones espaciales del agua a nivel de campo mediante la incorporación del flujo lateral de escorrentía superficial y sub-superficial en las zonas de menor elevación del campo. Desde este punto de vista, se evaluaron las variaciones espaciales de las brechas de rendimiento en trigo de secano, en Córdoba, España, que son causadas por flujos laterales de los puntos altos a los bajos. Desde una perspectiva agronómica, las entradas laterales del agua contribuyen a las variaciones de rendimiento en los sistemas de producción de trigo de secano como el que se ha estudiado en el ámbito de esta tesis. La contribución neta de estos flujos a las variaciones espaciales de los rendimientos potenciales de secano se mostró relevante pero altamente irregular entre diferentes años. A pesar de la variabilidad interanual, típica de las condiciones mediterráneas, la existencia de dichos flujos hizo que los rendimientos de trigo simulados variaran un +16% desde las áreas más elevadas de un campo hacia abajo. El rendimiento medio observado osciló entre 1.3 y 5.4 Mg de rendimiento de grano (GY) ha−1. Las respuestas de rendimiento neto al flujo lateral, cuenca abajo, fueron en promedio 383 kg de rendimiento de grano (GY) ha−1, y la productividad marginal de agua de LIF alcanzó 24.6 (±13.2) kg GY ha−1 mm−1 en años de máxima capacidad de respuesta. Dichos años de máxima capacidad de respuesta se asociaron con bajas precipitaciones durante las etapas vegetativas del cultivo en combinación con flujos laterales en las etapas posteriores a la floración. En condiciones de campo, estas diferencias solo fueron visibles en uno de los dos años experimentales. Las implicaciones económicas asociadas con múltiples escenarios de tasa de aplicación variable de nitrógeno se exploraron a través de un caso de estudio y se propusieron varias recomendaciones. Tanto el tamaño de la finca (el área sembrada anual) como la estructura topográfica afectaron la dinámica de los rendimientos de la inversión. Bajo las condiciones actuales de política agrícola, y de precios, la adopción de la tasa de aplicación variable tendría una ventaja económica en fincas similares a la del caso de estudio con un área sembrada anual superior a 567 ha año−1. Sin embargo, las tendencias actuales en los precios de la energía, los costes de transporte y los impactos tanto en los precios de los cereales como en los costes de los fertilizantes mejoran la viabilidad de la adopción de esta tecnología para una población más amplia de tipos de fincas. La rentabilidad de la adopción de aplicación variable de nitrógeno mejora bajo dichos escenarios y, en ausencia de apoyos adicionales, el área mínima para la adopción de aplicación variable disminuye hasta un rango de 68-177 ha año−1 de área de siembra. La combinación de aumentos de precios con la introducción de un subsidio adicional asociado al área de cultivo podría reducir sustancialmente el umbral de adopción hasta 46 ha año−1, lo que hace que la tecnología sea económicamente viable para una población mucho más amplia de agricultores

Habitat use, growth and reproductive behaviour of the western ruivaco (Cyprinidae): contributes to the restocking of wild populations

Tese de mestrado em Biologia da Conservação, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2015Os ciprinídeos (Cyprinidae) constituem a família mais numerosa de peixes de água doce, tendo uma distribuição a nível global e ocupando uma grande diversidade de nichos ecológicos. Na Península Ibérica, encontram-se representados por um grande número de espécies endémicas, a maioria das quais com estatutos de conservação elevados. Para além das ameaças inerentes aos ecossistemas fluviais (e.g. poluição, proliferação de espécies exóticas e destruição de habitats) e do carácter intermitente de grande parte dos rios da região, os ciprinídeos ibéricos apresentam, na sua grande maioria, populações fragmentadas e com reduzida diversidade genética, o que potencia o seu risco de extinção. O ruivaco-do-Oeste Achondrostoma occidentale é uma das espécies endémicas de Portugal que se encontra fortemente ameaçada. Este pequeno ciprinídeo apresenta uma distribuição muito restrita, limitada às ribeiras do Alcabrichel, Sizandro e Safarujo, onde as populações já com baixa diversidade genética enfrentam ainda graves problemas de poluição das águas e destruição de habitats. Face à situação de risco do ruivaco-do-Oeste e ao contexto de seca ocorrido em Portugal em 2006, iniciou-se em 2007 um programa de conservação ex situ desta espécie. Este programa permitiu até à data, a realização de sete acções de repovoamento das populações de ruivaco-do-Oeste do Alcabrichel, Sizandro e Safarujo, com a libertação de um total de 6577 indivíduos. Apesar do sucesso da reprodução do ruivaco-do-Oeste em cativeiro, a sua ecologia permanece pouco conhecida, sendo evidente a falta de informação de base sobre a distribuição e abundância das populações naturais e parâmetros de história de vida, nomeadamente no que se refere aos padrões de crescimento (tanto das populações selvagens como das criadas em cativeiro) e ao comportamento reprodutor. O esclarecimento destes vários aspectos reveste-se de extrema relevância para definir directrizes para futuras acções de repovoamento de populações selvagens desta espécie. Neste contexto, e através de três abordagens distintas, pretende-se com esta tese: (1) avaliar o uso do habitat e o estado actual das populações selvagens, através de estimativas de abundância relativa e determinação do comprimento e condição física; (2) estudar o crescimento das populações em cativeiro e compará-lo com o das populações selvagens; (3) descrever o comportamento reprodutor da espécie, usando uma população mantida em cativeiro em condições que recriam o mais fielmente possível o ambiente natural. Com base na análise integrada dos resultados obtidos com esta abordagem multidisciplinar, pretendem-se indicar formas de melhorar a eficácia das futuras acções de repovoamento a realizar no âmbito do programa de conservação ex situ de que esta espécie é alvo. A monitorização das populações selvagens foi realizada entre Setembro e Outubro de 2014, no final da estação seca, quando a conectividade das ribeiras Alcabrichel, Sizandro e Safarujo estava ainda interrompida e os peixes se encontravam confinados em pêgos isolados, que funcionam como refúgios estivais e fontes de colonizadores para o sistema na estação húmida. As zonas montante das três ribeiras foram percorridas de carro e mapearam-se os pêgos persistentes. Em cada um dos 14 pegos inventariados quantificaram-se, 15 variáveis de habitat, descritoras da morfologia do pêgo (i.e. comprimento, largura e profundidade máximas, área e volume), ensombramento das galerias ripícolas, abundância de macrófitas e de detritos, substrato dominante, heterogeneidade do substrato, temperatura da água, pH e concentração de amónia, nitritos e nitratos na água. A abundância relativa de A. Occidentale foi estimada através de pesca eléctrica, sendo o tempo de amostragem proporcional ao volume do pêgo. Foram medidos o comprimento à furca e o peso de todos os indivíduos capturados, com vista à obtenção de distribuições de comprimento e determinação do factor de condição, respectivamente. Para os peixes com mais de 40 mm, foram ainda retiradas três escamas da terceira fiada de escamas abaixo da barbatana dorsal, para posterior determinação da idade e taxas de crescimento. Foi também verificada a presença, na barbatana dorsal, da cicatriz do corte efectuado aos indivíduos libertados nas acções de repovoamento, para reconhecimento da sua proveniência. Por forma a comparar o crescimento das populações selvagens com o das populações cativas, foram recolhidas escamas em indivíduos das populações mantidas em cativeiro no Aquário Vasco da Gama e na Estação Aquícola de Campelo. A idade de cada indivíduo foi determinada através da contagem, à lupa, das marcas anuais de crescimento. O comprimento à furca em cada idade foi estimado por retrocálculo, a partir das relações entre o raio total da escama e o comprimento à furca, e foram posteriormente determinados os incrementos anuais de comprimento. A componente deste trabalho relativa ao estudo do comportamento reprodutor do ruivaco-do-Oeste foi realizada no Aquário Vasco da Gama, com uma população do Rio Safarujo fundada em 2011. Após um período de observação informal iniciado em Novembro de 2014, os primeiros indícios de início de actividade reprodutora no tanque experimental foram observados no princípio de Abril de 2015, tendo-se então iniciado a descrição dos comportamentos reprodutores e a construção do respectivo etograma. Posteriormente, no início de Maio de 2015, procedeu-se à quantificação dos comportamentos reprodutores em função do substrato (plantas, meadas de lã e areão) e do período do dia (8h30-11h30, 11h30-14h30 e 15h00-18h00). Os valores de temperatura e a quantidade de luz incidente no tanque experimental a cada quatro horas foram registados automaticamente com um data logger. A monitorização dos refúgios estivais revelou que os pêgos com maior área se encontravam no Rio Sizandro, enquanto que os do Rio Alcabrichel apresentavam um maior volume. O número de indivíduos capturados por pêgo foi superior no Rio Sizandro e inferior no Rio Safarujo. A abundância relativa do ruivaco-do-Oeste em cada pêgo apresentou uma associação positiva com a temperatura da água e a abundância de macrófitas e negativa com a profundidade. Os maiores valores de abundância relativa foram observados em dois pêgos que foram alvo de acções de repovoamento, um no Rio Alcabrichel e outro no Rio Sizandro, que foram alvo de acções de repovoamento em 2011 e 2013. Nestes pêgos, os indivíduos capturados apresentaram também valores relativamente altos de condição física. As distribuições de comprimento à furca obtidas para as populações do Alcabrichel e do Sizandro revelaram um padrão bimodal, reflectindo muito provavelmente o efeito das acções de repovoamento no aumento das classes de idade mais jovens (0+ e 1+). Na população do Safarujo, a única que não tinha sido alvo de qualquer acção de repovoamento à data das amostragens, a distribuição de comprimento apresentou um carácter unimodal e uma maior variabilidade. A maior longevidade foi registada em indivíduos criados em cativeiro (5+). Estes indivíduos tendem a apresentar crescimentos superiores aos indivíduos selvagens, nas populações do Alcabrichel e do Safarujo. Pelo contrário, nas populações do Sizandro, os indivíduos selvagens apresentaram maior crescimento, podendo esta diferença dever-se às menores temperaturas a que está sujeita a população do Sizandro mantida em cativeiro em Campelo. Relativamente ao comportamento reprodutor do ruivaco-do-Oeste, foi possível observar comportamentos de pré-postura que envolvem, maioritariamente, a perseguição de fêmeas em pré-postura por parte dos machos. Verificou-se uma maior prevalência dos comportamentos reprodutores junto a plantas aquáticas, em comparação com a actividade observada junto aos outros substratos disponíveis (areão e meadas de lã), o que sugere que as plantas podem constituir o substrato preferencial para a desova nesta espécie. Globalmente, os dados recolhidos através da abordagem multidisciplinar desenvolvida para o estudo do ruivaco-do-Oeste revelaram que (1) as acções de repovoamento podem efectivamente contribuir para o reforço das classes de idade mais jovens e para um possível aumento de tamanho e condição física individual; (2) pêgos com maior volume e abundância de macrófitas são locais potenciais para futuras acções de repovoamento; (3) a presença de plantas aquáticas é, muito provavelmente, essencial para o sucesso reprodutor desta espécie e consequentemente para o recrutamento de colonizadores em cada ano, sendo este um dos critérios que deve ser tido em conta na escolha de locais para futuras acções de repovoamento; (4) independentemente das boas indicações obtidas através das monitorizações de populações selvagens, o programa de conservação ex situ desta espécie, para ser plenamente conseguido, deverá ser acompanhado por uma melhoria significativa de troços de cada uma das ribeiras habitadas pelo ruivaco-do-Oeste.Iberian cyprinids include a high number of endemic and highly threatened species. One of such species is the Portuguese western ruivaco Achondrostoma occidentale which is currently under threat mainly due to habitat degradation and water scarcity, risks that are further potentiated by its low geographic range and reduced genetic diversity. Although A. occidentale has been the target of an ex situ conservation program since 2007, there is still a considerable lack of baseline information on this species. This study aimed to gather data on habitat use, population abundance and condition, growth and reproductive behaviour that could provide valuable guidelines to future restocking actions. Fish and habitat surveys were conducted in persistent pools that could act as summer refugia. Growth rates were determined for wild and captive populations and reproductive behaviour was studied in specimens bred in captivity. Results showed that (1) macrophytes’ coverage was positively associated and pool depth was negatively associated with fish relative abundance; (2) restocking actions led to a reinforcement of lower age classes in A. occidentale wild populations; (3) captive populations of the Alcabrichel and Safarujo rivers have higher growth rates than the corresponding wild ones; and (4) aquatic vegetation is the preferred substrate for spawning in this species. Taken together, these results suggest that future restocking actions should be accompanied by habitat recovery, focusing on river bank vegetation, and conducted in persistent pools with high water volumes and abundant aquatic vegetation. It is also recommended that these actions are followed by annual surveys in order to assess the recovery of wild populations of A. occidentale

Manuel Machado Macedo

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Go with the flow: managing rivers for migratory fish facing fragmentation and climate change

Doutoramento FLUVIO - River Restoration and Management / Instituto Superior de Agronomia / Instituto Superior Técnico / Faculdade de Arquitetura. Universidade de LisboaABSTRACT - Rivers harbour approximately 1100 migratory fish species, facing barriers to free movement, whether they are physical (dams and weirs) or determined by unfavourable habitat conditions. The main goal of this thesis was to evaluate the effect of flow and thermal changes in rivers caused by flow regulation, while also considering the ongoing climate change, to fish passability and swimming behaviour. This thesis is structured in a total of six chapters, with an introduction to the theme (Chapter 1) and four original works, including: (1) two case studies where fish passability through barriers equipped with a fishway was evaluated, in relation to different flows and other environmental variables (Chapter 2) and assuming different discharges under distinct climate change predictions (Chapter 3); and (2) two experimental studies, where swimming behaviour and activity were assessed in response to previous exposure to an experimental heatwave (Chapter 4) and rapid flow fluctuations as a consequence of hydropower generation (hydropeaking), coupled with abrupt thermal variations – cold thermopeaking (Chapter 5). Results from the first two chapters suggest that fishway efficacy is strongly dependant not just on a suitable flow regime (minimum ecological flows may be insufficient under drought scenarios), but also on other favourable habitat conditions such as water temperature, triggering upstream migration. In the experimental designs that were conducted, activity and boldness in juvenile barbel Luciobarbus bocagei were lower after exposure to a heatwave under laboratory conditions; for the other experimental study, the drift of nase Chondrostoma nasus larvae increased with cold thermopeaking. These results highlight the importance of ensuring suitable thermal regimes in rivers, namely by protecting sites that can act as thermal refugia for the most vulnerable life stages of migratory fish, and by monitoring and adjusting flow releases in dams to ensure that water temperature downstream does not change significantlyRESUMO - Os rios albergam cerca de 1100 espécies de peixes migradores a nível global, que enfrentam barreiras ao movimento, sendo estas físicas (barragens e açudes) ou determinadas por condições ambientais desfavoráveis. Esta tese teve como principal objetivo avaliar o efeito de flutuações de caudal e temperatura, causadas pela regularização de caudais, na transponibilidade de barreiras e comportamento natatório de peixes migradores nativos, considerando ainda o impacto que as alterações climáticas poderão ter nos ecossistemas ribeirinhos. A tese é constituída por um capítulo introdutório (Capítulo 1) e quatro trabalhos, incluindo: (1) dois casos de estudo, nos quais é determinada a transponibilidade de barreiras para várias espécies nativas em função de diferentes regimes de caudais e variáveis ambientais (Capítulo 2) e em cenários climáticos distintos (Capítulo 3); e ainda (2) dois ensaios experimentais, em que é avaliado o comportamento natatório dos peixes em resposta a ondas de calor (Capítulo 4) e rápidas flutuações de caudal resultantes da produção de energia hidroelétrica (hydropeaking) com descidas abruptas de temperatura – cold thermopeaking (Capítulo 5). Os primeiros dois capítulos sugerem que a eficácia das passagens para peixes está fortemente dependente não apenas de um regime de caudais adequado (podendo os caudais ecológicos mínimos ser insuficientes em contexto de seca), mas também de condições ambientais favoráveis, nomeadamente a temperatura dos rios. Nos ensaios realizados, a atividade e ousadia de juvenis de Luciobarbus bocagei foram menores após exposição a uma onda de calor; já a deriva de larvas de Chondrostoma nasus aumentou com o cold thermopeaking. Os resultados obtidos realçam a importância de manter regimes térmicos adequados nos rios, passando pela proteção de habitats ripícolas que atuem como refúgios térmicos para as fases mais vulneráveis dos peixes migradores, e pela monitorização das libertações de caudal nas barragens, por forma a não afetarem significativamente a temperatura dos rios a jusanteN/

On Diophantine equations over the ring of all algebraic integers

AbstractGiven m rational functions fi(X1, …, Xn) (1 ≤ i ≤ m), in n variables, with coefficients in a number field K. The Diophantine problem discussed is as follows: under what conditions does there exist a vector (z1, …, zn) of numbers algebraic over K, such that the fi(z1, …, zn) are algebraic integers? This is called a Skolem problem with data f1, …, fm. In this paper a Hasse principle (local-global) for Skolem problems is established. This result implies that there exists a decision procedure for Skolem problems, because the corresponding local problems are decidable due to A. Robinson. Parallel to the Hasse principle, a strong approximation theorem is proved, which says that the space of global solutions of a Skolem problem is dense in the space of adelic solutions

Geographical patterns of the incidence and mortality of colorectal cancer in mainland Portugal municipalities (2007-2011)

Free PMC Article: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6542026/Background: Cancer is a leading cause of morbidity and mortality in the world. In Portugal, colorectal cancer is one of the most incident cancers; thus, it is crucial to act to fight it. Knowledge of the geographical distribution of the incidence and mortality of colorectal cancer can facilitate the execution of these actions and make them more effective. Methods: Our paper aims to describe and discuss the geographical patterns of colorectal cancer incidence and mortality in mainland Portugal municipalities (2007–2011). We used the Besag, York and Mollié (BYM) model to compute the relative risk (RR) and posterior probability (PP). We performed a cluster analysis with Global Moran’s Index and Local Moran’s Index (LISA). We ran a geographically weighted regression (GWR) to compare incidence and mortality patterns. Results: Incidence and mortality have different distributions of RR values. The interval of RR concerning incidence was higher than the interval of RR concerning mortality. PP values reinforce the finding of higher heterogeneity of the incidence of colorectal cancer. The comparison of the cluster maps for incidence and mortality shows a few municipalities classified with the same cluster type in both maps. Additionally, the GWR results show that the percentage of RR mortality explained by RR incidence differs throughout mainland Portugal. From the comparison of our results with the prevalence of risk factors (at NUTS II level), the need to be aware of smoking habits, alcohol consumption and the unhealthy diet of the Portuguese population stands out. Conclusions: There are differences in the geographical distribution of the RR incidence and RR mortality of colorectal cancer in mainland Portugal municipalities. Likewise, it is relevant to highlight the cluster of two municipalities with high RR values concerning colorectal cancer’s incidence and mortality. Future research is necessary to explain the geographical differences in the distribution of colorectal cancer in mainland Portugal municipalities. Based on our findings, it may be interesting to examine the influence of smoking, alcohol consumption, diet and screening on colorectal cancer in greater detail. Additionally, it may be relevant to develop an analysis focused on municipalities where the incidence values explain the mortality values poorly (or well).info:eu-repo/semantics/publishedVersio

A new luxury era - the future dynamics of the luxury market

LVMH has undoubtedly a leading position in the Luxury Market with a representation of 14% of the whole market. It is also the highest luxury conglomerate operating in five main business segments: luxury and leather goods, watches and jewelry, perfumes and cosmetics, wines and spirits ,and selective retailing. The group definitely benefits from competitive positioning through their strategic alliances, joint ventures, and M&A which are generated of value and will continue to impulse their market share growth. In addition to this, there are new drivers arising such as the importance of Asia as a market, the leading position of the US as a key location, the impulse in the online channel, and finally the high penetration in the new generations in this market. Also, the economic outlook of the following years with low-interest rates, low unemployment rates, and a higher HNWI segment will confirm the wealth growth and therefore leverage LVMH performance. With this being said, we strongly believe that LVMH will continue to be a leader in this market as so our target price is 767€. Our recommendation is to hold the stock