Topographic effects on dispersal patterns of Phytophthora cinnamomi at a stand scale in a Spanish heathland

Phytophthora cinnamomi es uno de los patógenos de plantas más importantes del mundo, causando la putrefacción de las raíces en más de mil especies de plantas. Este estudio de observación se llevó a cabo en un brezal infectado con P. cinnamomi de Erica umbellata utilizado como pasto para cabras. Los patrones y formas de los focos de la enfermedad y su distribución se describieron en un contexto espacial y temporal mediante un registro de fotografías aéreas. Se seleccionó un conjunto de rasgos topográficos sobre la base de una hipótesis de dinámica de la enfermedad y se analizaron sus efectos en los patrones espaciales de la enfermedad observados. Las infecciones incipientes situadas en terreno llano se expandieron como patrones de frente circular compacto con una baja tasa de crecimiento. En las laderas, los parches de la enfermedad se desarrollaron más rápidamente en la pendiente, formando formas parabólicas. La dirección del eje de las parábolas estaba altamente correlacionada con el aspecto del terreno, mientras que la amplitud parabólica se asociaba con la curvatura y la pendiente del terreno. Con el paso de los años aparecieron nuevos focos secundarios que produjeron un aumento acelerado de la superficie afectada. Estos nuevos focos se observaron en sitios donde la densidad de la enfermedad era mayor o cerca de sitios más frecuentemente visitados por animales como el establo o el cultivo de forraje. Por el contrario, un menor número de focos de enfermedad se producen en zonas que los animales son reacios a visitar, por ejemplo, donde tienen un corto alcance de visión. Nuestros resultados sugieren que 1) el crecimiento de los focos existentes de P. cinnamomi se controla mediante una combinación de contacto de raíz a raíz y flujos de agua, 2) el aumento del área enferma surge principalmente de la multiplicación de parches, 3) la formación de nuevos focos está mediada por el transporte a larga distancia debido al movimiento de animales y humanos a lo largo de ciertas rutas preferenciales, y 4) los rasgos de geomorfología y topografía están asociados con la epidemiología de este patógeno transmitido por el suelo.Phytophthora cinnamomi is one of the most important plant pathogens in the world, causing root rot in more than a thousand plant species. This observational study was carried out on a P. cinnamomi infected heathland of Erica umbellata used as goat pasture. The patterns and shapes of disease foci and their distribution were described in a spatial and temporal context using an aerial photograph record. A set of topographic traits was selected on the basis of a disease dynamic hypothesis and their effects on observed spatial disease patterns were analyzed. Incipient infections situated in flat terrain expanded as compact circular front patterns with a low growth rate. On slopes, disease patches developed more rapidly down slope, forming parabolic shapes. The axis direction of the parabolas was highly correlated with terrain aspect, while the parabolic amplitude was associated with land curvature and slope. New secondary foci appeared over the years producing an accelerated increase of the affected surface. These new foci were observed in sites where disease density was higher or near sites more frequently visited by animals such as the stable or the forage crop. In contrast, a smaller number of disease foci occur in areas which animals are reluctant to visit, such as where they have a short range of vision. Our results suggest that 1) the growth of existing P. cinnamomi foci is controlled by a combination of root-to-root contact and wáter flows, 2) the increase in the diseased area arises mainly from the multiplication of patches, 3) the formation of new foci is mediated by long-distance transport due to the movement of animals and humans along certain preferential pathways, and 4) geomorphology and topography traits are associated with the epidemiology of this soil-borne pathogen.• Gobierno de Extremadura. Ayuda • Ministerio de Economía y Competitividad. Proyecto FIS2016-76359-P, para Enrique Alfonso Abad JarillopeerReviewe

On the mean square displacement of intruders in freely cooling granular gases

• Financiación de acceso abierto gracias al acuerdo CRUE-CSIC con Springer NatureCalculamos el desplazamiento cuadrático medio (MSD) de intrusos inmersos en un gas granular que se enfría libremente y que está formado por esferas lisas, inelásticas y duras. inelásticas. En general, se supone que los intrusos y las partículas del gas granular tienen propiedades mecánicas diferentes, lo que implica que la energía no se reparte equitativamente. lo que implica que en el cálculo del coeficiente de difusión debe tenerse en cuenta la no repartición de la energía. D. En el régimen hidrodinámico, se sabe que el decaimiento temporal de la temperatura granular T del gas granular refrigerante está dictada por la ley de Haff; el correspondiente decaimiento de la frecuencia de colisión del intruso conlleva una disminución temporal del coeficiente de difusión D. El conocimiento explícito del decaimiento de la frecuencia de colisión del intruso conlleva una disminución temporal del coeficiente de difusión D. El conocimiento explícito de esta dependencia temporal nos permite determinar el MSD integrando la ecuación de difusión correspondiente. ecuación de difusión. Al igual que en estudios anteriores sobre la autodifusión (intrusos mecánicamente equivalentes a partículas de gas) y el límite browniano (masa del intruso mucho mayor que la masa del grano), encontramos una dependencia temporal logarítmica de la MSD como consecuencia de la ley de Haff. Esta dependencia se extiende mucho más allá de los dos casos mencionados, ya que se mantiene en todas las dimensiones espaciales dimensiones para valores arbitrarios de los parámetros mecánicos del sistema (masas y diámetros de los intrusos y de los granos así como sus coeficientes de restitución normal). Nuestro resultado para la autodifusión en un gas granular tridimensional concuerda cualitativamente, pero no cuantitativamente, con el obtenido recientemente por Blumenfeld [arXiv: 2111.06260] en el marco de un modelo de paseo aleatorio. modelo de paseo aleatorio. Más allá del crecimiento logarítmico del tiempo, encontramos que el MSD depende de los parámetros mecánicos del sistema de forma muy compleja. Llevamos a cabo un análisis exhaustivo del que emergen características interesantes, como una dependencia no monotónica de los coeficientes de restitución normal y de la relación de masas intruso-grano. Para explicar Para explicar el comportamiento observado, analizamos en detalle el paseo aleatorio del intruso, consistente en desplazamientos balísticos interrumpidos por deflexiones anisótropas causadas por las colisiones con las esferas duras. También mostramos que el MSD puede considerarse como que surge de un paseo aleatorio equivalente con pasos isótropos no correlacionados. Por último, derivamos algunos resultados para la TME de un intruso inmerso en un gas granular impulsado y los comparamos con los obtenidos para el caso de enfriamiento libre. En general encontramos diferencias cuantitativas significativas en la dependencia del coeficiente de difusión escalado con el coeficiente de restitución normal normal para las colisiones grano-grano.We compute the mean square displacement (MSD) of intruders immersed in a freely cooling granular gas made up of smooth inelastic hard spheres. In general, intruders and particles of the granular gas are assumed to have different mechanical properties, implying that non-equipartition of energy must be accounted for in the computation of the diffusion coefficient D. In the hydrodynamic regime, the time decay of the granular temperature T of the cooling granular gas is known to be dictated by Haff’s law; the corresponding decay of the intruder’s collision frequency entails a time decrease of the diffusion coefficient D. Explicit knowledge of this time dependence allows us to determine the MSD by integrating the corresponding diffusion equation. As in previous studies of self-diffusion (intruders mechanically equivalent to gas particles) and the Brownian limit (intruder’s mass much larger than the grain’s mass), we find a logarithmic time dependence of the MSD as a consequence of Haff’s law. This dependence extends well beyond the two aforementioned cases, as it holds in all spatial dimensions for arbitrary values of the mechanical parameters of the system (masses and diameters of intruders and grains, as well as their coefficients of normal restitution). Our result for self-diffusion in a three-dimensional granular gas agrees qualitatively, but not quantitatively, with that recently obtained by Blumenfeld [arXiv: 2111.06260] in the framework of a random walk model. Beyond the logarithmic time growth, we find that the MSD depends on the mechanical system parameters in a highly complex way. We carry out a comprehensive analysis from which interesting features emerge, such a nonmonotonic dependence of the MSD on the coefficients of normal restitution and on the intruder-grain mass ratio. To explain the observed behaviour, we analyze in detail the intruder’s random walk, consisting of ballistic displacements interrupted by anisotropic deflections caused by the collisions with the hard spheres. We also show that the MSD can be thought of as arising from an equivalent random walk with isotropic, uncorrelated steps. Finally, we derive some results for the MSD of an intruder inmersed in a driven granular gas and compare them with those obtained for the freely cooling case. In general, we find significant quantitative differences in the dependence of the scaled diffusion coefficient on the coefficient of normal restitution for the grain-grain collisions.peerReviewe