Composting is an increasingly popular method of municipal and residential waste management. Uniform composting is necessary to obtain a consistent product and to ensure the destruction of pathogens. It requires that a homogeneous temperature be maintained throughout the compost. To accomplish this, a compost vessel with a heat redistribution system (HRS) was designed, constructed and tested. This system was composed of a heat exchanger, plastic tubing and a copper coil filled with water. The system moved heat from the warmer center of the compost bed to the cooler areas at the outside and bottom of the bed without external inputs of energy. Once composting began, the temperature of the water inside the heat exchanger increased and buoyancy effects caused the water to flow through the copper tubing, distributing the core heat throughout the compost. Heat was also redistributed by conduction along the copper tubing. The HRS can be used in applications requiring assurance of uniform composting conditions and a high-quality product. Previously obtained test data suggested that the HRS system accomplished its goal, but high amounts of heat loss occurred through the four-inch exhaust vent. An air heat exchanger (AES) was added to reduce heat loss from the top aeration vent. A total of twelve experiments were run: four with the HRS, four with the AES and four controls. The vessels were fitted with thermocouples at 33, 54 and 84 cm from the bottom. The HRS vessels demonstrated higher temperatures during the first 10 days of the experiment (p<0.001). / Le compostage est une méthode de plus en plus populaire pour la gestion municipale et résidentielle des déchets. Le compostage uniforme est nécessaire pour obtenir un produit homogène de haute qualité et assurer la destruction des agents pathogènes. Il est donc essentiel de maintenir une température uniforme dans tout le compost. Pour mieux y parvenir, un récipient de compost équipé d'un système de redistribution de la chaleur (HRS) a été conçu, construit et vérifié. Ce système est composé d'un échangeur de chaleur, un tube en plastique, et une bobine de cuivre rempli d'eau. La digestion bactérienne des matières organiques cause une augmentation de la température de l'eau à l'intérieur du HRS et provoque un effet de flottabilité qui enchaîne un déplacement d'eau à l'intérieur du tube de cuivre, distribuant la chaleur du centre le plus chaud du compost vers les zones plus froides et ce, sans apport d'énergie externe. La chaleur est également redistribuée par conduction le long du tube de cuivre. Les résultats obtenus suggèrent que le HRS atteint son objectif, mais des pertes de chaleur ont été découvertes à la sortie d'air de 4 ̎. Un échangeur de chaleur à air (AES) a été ajouté pour réduire la perte de chaleur. Un total de douze expériences ont été effectuées : quatre avec le HRS, quatre avec l'AES et quatre contrôles. Les vaisseaux été équipés de thermocouples placés à 33, 54 et 84 cm du sol. Les vaisseaux équipés du HRS ont démontré des températures plus élevées au cours des 10 premiers jours de l'expérience (p < 0,001).

There are four important dimensions of food security: food availability, food access, food utilization and food system stability. However, although the concept of food security has come of age, food security remains difficult to measure across these dimensions. In the first chapter of this thesis, I review the concepts and indicators used to assess the four dimensions of food security at the household level, and argue that a multidimensional approach to food security analysis is fundamental to understanding the overall impacts of development strategies on the food security of households. This is an important area of research because many strategies to improve food security in the developing world focus on income (supposedly an indicator of food access) and neglect to consider the other three dimensions of food security and associated indicators. Food system stability, in particular, is often overlooked in assessments of food security.In the second chapter of this thesis, I present a case study exploring the food security implications of farming broccoli for export in Guatemala, recognizing that broccoli, a non-traditional export crop, is widely promoted in this region as a means to increase smallholder incomes and food security. I use a multidimensional approach to explore the four dimensions of household food security, and compare the food security of broccoli farmers (adopters) and corn farmers (non-adopters) in the community of Chilascó, in Central Guatemala. Neither food availability nor food utilization differed significantly between adopters and non-adopters. Although adopters earned significantly higher income (40%) than non-adopters, income gains did not translate into improvements in food access according to outcome indicators. The majority of adopters and non-adopters alike were categorized as moderately to extremely food insecure according to the Household Food Insecurity Access Scale. Households in the top income tercile had significantly higher dietary diversity (an indicator of food access) compared to households in the bottom tercile. A nuanced conclusion from this work is that income can lead to positive food security outcomes, but does not guarantee them. In terms of food system stability, adopters applied twice as much manure per hectare, three times more inorganic fertilizer per hectare, and had a higher environmental impact associated with pesticide use. Taken together, there are trade-offs among the different dimensions of food security, whereby some indicators improve (e.g. income), others remain unchanged (e.g., staple crop production), and others degrade (e.g. the ecosystem service of biological pest control) for adopters relative to non-adopters. My results show that narrow, often income-oriented approaches to food security analysis may mask important differences among the four dimensions of food security. Future research into the food security implications of non-traditional export agriculture must move beyond the dualistic understanding of food security outcomes (better/worse) in order to better target interventions. This will require a systematic consideration of all four dimensions of food security in assessments and development planning. / La sécurité alimentaire comporte quatre dimensions importantes: la disponibilité des produits alimentaires, l'accessibilité, la qualité de l'alimentation, et la stabilité des systèmes alimentaires. Bien que le concept de la sécurité alimentaire soit maintenant établi, il demeure encore difficile à mesurer. Dans le premier chapitre de cette thèse, je fais une revue des indicateurs utilisés pour évaluer les quatre dimensions de la sécurité alimentaire à l'échelle des ménages familiaux, et je mets de l'avant qu'une approche multidimensionnelle d'analyse et de mesure de la sécurité alimentaire est nécessaire pour comprendre les impacts des stratégies de développement sur la sécurité alimentaire des ménages. Ceci est un domaine de recherche important car beaucoup de stratégies visant à améliorer la sécurité alimentaire dans les pays en voie de développement se concentrent sur l'augmentation du revenu (considéré comme un indicateur de l'accès) et négligent souvent de considérer les trois autres dimensions. Une dimension qui est souvent ignorée est la stabilité des systèmes alimentaires. Dans le deuxième chapitre de cette thèse, je présente un cas d'étude de la culture de brocoli au Guatemala, destinée à l'exportation. J'explore les implications de cette culture non-traditionnelle d'exportation sur la sécurité alimentaire locale dans la perspective que cette culture est favorisée dans cette région en tant que moyen d'augmenter les revenus de petits exploitants et leur sécurité alimentaire. J'emploie une approche multidimensionnelle pour explorer les quatre dimensions de la sécurité alimentaire et je compare la sécurité alimentaire des producteurs de brocoli (adopteurs) avec celle des producteurs de maïs (non-adopteurs) dans la communauté de Chilascó, au centre du Guatemala. J'ai constaté que la disponibilité des produits alimentaires et l'utilisation des aliments n'étaient pas différentes entre les deux groupes. Bien que les revenus gagnés par les adopteurs étaient significativement plus élevés que les non-adopteurs (40% plus élevé), les gains de revenus ne se traduisaient pas par une amélioration de l'accès aux aliments selon les indicateurs utilisés. La majorité des adopteurs et des non-adopteurs confondus ont été classés comme modérément à extrêmement insécures face à l'alimentation selon l'Échelle de l'Accès déterminant l'Insécurité Alimentaire des Ménages. Ce travail démontre que le revenu peut améliorer la sécurité alimentaire, mais ne le garantit pas. Les ménages dans le tercile supérieur du revenu avaient une diversité diététique significativement plus élevée que les ménages du tercile inférieur. En termes des indicateurs liés à la stabilité du système alimentaire, les adopteurs ont appliqué deux fois plus de fumier par hectare, trois fois plus d'engrais minéraux par hectare, et avaient un impact environnemental plus élevé associé à l'utilisation de pesticides. Dans l'ensemble, il y a des différences entre le succès des différentes dimensions de la sécurité alimentaire, où certains indicateurs s'améliorent (par exemple, le revenu), d'autres restent inchangés (par exemple, la production des cultures vivrières), et d'autres se dégradent (par exemple, le service écosystémique de la lutte biologique contre les ravageurs) pour les adopteurs comparés aux non-adopteurs. Mes résultats démontrent que les approches étroites de l'analyse de la sécurité alimentaire, souvent axées sur le revenu, peuvent masquer des différences importantes entre les quatre dimensions de la sécurité alimentaire. Les recherches sur les implications de l'agriculture d'exportation non traditionnelle sur la sécurité alimentaire doivent aller au-delà du concept dualiste de sécurité alimentaire (meilleur / pire) afin de mieux cibler les interventions. Cela nécessitera une prise en compte beaucoup plus systématique des quatre dimensions de la sécurité alimentaire dans les évaluations et la planification du développement.

Light emitting diodes (LEDs) emit narrow bandwidth light and have the potential to increase the spectral efficiency of supplemental lighting in greenhouses by optimizing spectral output for plant growth and yields. At the moment of writing, data describing the plant response to varying light quality and quantity was limited. The objective of this research was to examine photosynthetic response of plants to varying light quality and quantity and to gather photosynthetic response data that could be used to design an optimal spectrum for a prototype LED array for plant growth experiments. The action spectrum of tomato (Solanum lycopersicum), lettuce (Lactuca sativa) and petunia (Petunia × hybrida) seedlings was measured at three irradiances (30, 60 and 120 µmol m-2 sec-1) using LED arrays with peak wavelengths from 405nm – 700nm and a bandwidth of 25nm (full width at half maximum). The action spectrums for all plant species at all three irradiances were characterized by localized blue and red action peaks within the range of 430 to 449 nm and 624 to 660 nm respectively. A peak also occurred at 595 nm for 30 µmol m-2 sec-1. The photosynthetic response of tomato, lettuce and petunia to varying red (660nm) and blue (430nm) wavelengths with and without background broadband radiation was also measured. For all three species tested, with and without background radiation, the optimum photosynthesis range occurred within the red to blue ratio (r:b) range of 5:1- 15:1 except for petunia without background radiation for which the maximum occurred at 50:1. These results suggest that the optimal red to blue ratio for photosynthetic activity for tomato, lettuce and petunia occurred between a red to blue ratio of 5:1-15:1. / Les diodes électroluminescentes (DEL) émettent une lumière relativement monochromatique et pourraient accroître l'efficacité des lampes pour les serres commerciales en émettant des longueurs d'ondes optimisées pour le rendement des plantes. L'objectif de ce projet a consisté à examiner l'effet des longueurs d'ondes sur l'activité photosynthétique des plantes. L'activité photosynthétique des tomates (Solanum lycopersicum), laitues (Lactuca sativa) et pétunias (Petunia × hybrida) a été mesurée à trois puissances d'irradiation (30, 60 and 120 µmol m-2 sec-1) en utilisant des DELs avec une émission maximale entre 405 nm et 700 nm et une bande passante de 25 nm. La réponse photosynthétique maximale à chaque niveau d'irradiation se situait dans la portion bleu et rouge du spectre visible, soit respectivement entre 430 - 449 nm et 624 to 660 nm. Un maximum a aussi été observé à 595 nm à 30 µmol m-2 sec-1. L'effet de la proportion des longueurs d'onde bleue et rouge (émises par les DELs) sur l'activité photosynthétique des tomates, laitues et pétunias a aussi été mesuré avec et sans le rayonnement de fond. Pour chaque espèce, avec et sans le rayonnement de fond, la proportion optimale (en terme de rouge et bleu) pour l'activité photosynthétique se situait entre of 5:1- 15:1, sauf dans le cas du pétunia, pour lequel le maximum se situait à 50:1 sans rayonnement de fond. La proportion optimale pour l'activité photosynthétique a diminué avec le rayonnement de fond pour chaque espèce à chaque niveau d'irradiation.

Microwave-convective and conventional hot air drying of flax fibre and straw was compared at three drying temperatures (40°C, 60°C and 80°C). Microwave-convective drying ensured a 30% to 70 % reduction in drying time compared to hot air drying. Microwave-convective drying at 80°C was found to be most suitable method in terms of drying time. Drying curve fitting with different mathematical models was carried out. The colour change of the flax fibre and straw upon drying was measured and the brightness and colour change increased with an increase in drying temperature. For both drying processes, the tensile strength and modulus of elasticity of the flax fibre and straw increased with an increase in drying temperature.The properties of firelogs mixed with different proportions of flax straw, sawdust and wax were assessed. A maximum burning temperature of 231°C was achieved by firelogs containing 60% sawdust and 40% wax binder, followed by firelogs with 70% flax straw and 30% wax (228° C). The burning rate rose with an increase in the percentage of wax, and was lowest (3.18 g min-1) for firelogs containing 35% flax straw, 35% sawdust and 30% wax. Firelogs with only flax straw and wax produced the greater quantity of residues compared to sawdust-only firelogs. The maximum load applied and energy to break a firelog was greatest for 70% flax straw, 30% wax and this combination was considered as the most feasible flax-containing firelog. / Le séchage micro-onde/convectif ou à air chaud (conventionnel) de fibres ou de paille de lin fut comparée à trois températures de séchage (40°C, 60°C et 80°C). Le séchage micro-onde/convectif assura une réduction de 30% à 70 % dans le temps de séchage des fibres ou de la paille de lin par rapport au séchage à l'air chaud. Un séchage micro-onde/convectif à 80°C s'avéra le meilleur procédé en terme du temps de séchage. Un ajustement de courbes de séchage à différentes modélisations mathématiques fut entreprise. Le changement de couleur des fibres et de la paille de lin advenant du séchage fut évalué. La clarté (L*) et le changement de couleur augmentèrent avec une augmentation de la température de séchage. Pour les deux modes de séchage, la résistance à la traction et le module d'élasticité des fibres et de la paille de lin augmentèrent avec une augmentation de la température de séchage.Les propriétés des bûches artificielles formées avec différentes proportions of de paille de lin, de brin de scie et d'agent liant (cire) furent évaluées. Une température de combustion maximale de 231°C fut atteinte par les bûches comportant 60% de brin de scie et 40% de cire, suivi par les bûches comportant 70% de paille de lin et 30% de cire (228° C). La rapidité de combustion augmenta avec l'augmentation de la proportion de cire. La combustion la plus lente (3.18 g min-1) fut celle des bûches comportant 35% de paille de lin, 35% de brin de scie et 30% de cire. Les bûches comportant seulement de la paille de lin et de la cire produisirent la plus grande quantité de cendres, par rapport aux bûches comportant seulement du brin de scie et de la cire, qui en produisirent le moins. La charge maximale et l'énergie necessary pour briser une bûche fut maximum pour les bûches formés de paille de lin à 70% et de cire à 30%. Considérant tous les facteurs, cette bûche sembla la plus faisable du côté pratique.

This thesis examined the role of phenolic substances in resistance to insect pests of maize and sorghum. Eight landraces of sorghum collected in Ethiopia were assessed for methanol soluble phenolic content (as catechin equivalents) by the Prussian blue procedure and storage insect resistance in standardized tests with Sitophilus oryzae and were found to show significant variation by genotype. Significant inverse linear relationships were also found between resistance parameters such as weight loss of grain, the Dobie index of susceptibility, number of eggs laid and progeny emerged and the phenolic content of the grain (r2 = 0.85, 0.55, 0.46 and 0.52 respectively). The results suggest that the soluble phenolic content, which has been shown to consist primarily of proanthocyanidins, can be used as a leading indicator of resistance. Host plant resistance in maize, Zea mays L. to the southwestern corn borer (SWCE), Diatraea grandiosella, and the sugarcane borer (SCB), Diatraea saccharalis, was investigated in relation to bound phenolics in the leaf cell wall. A mapping population was developed from CML131 x CML 67 as the susceptible and resistant parents, respectively. Recombinant inbred lines were rated for leaf feeding damage after artificial infestation. Leaf tissue toughness, fiber content and gravimetric soluble metabolites (GSM) were quantified. A significant negative correlation was found between tissue toughness and leaf feeding damage (r = -0.37, P = 0.001) with the SCB in 1997A. Fiber and GSM were not significantly correlated to leaf feeding damage. Cell wall bound phenolics were investigated as possible mechanisms for elevated levels of tissue toughness. Both cell wall bound p-coumaric acid and ferulic acid were significantly and negatively correlated to leaf feeding damage. Diferulic acid (DFA), which cross-links cell wall arabinoxylans was found to be significantly correlated to tissue toughness in 1997A. Also, significant negative correlations were found between DFA and leaf feeding damage for both insects in 1996B and 1997A. Leaf nitrogen levels were investigated as a nutritional basis for resistance. Nitrogen levels were positively correlated with leaf feeding damage, lower levels of nitrogen resulted in reduced feeding. Approximately 40% of the variation in leaf feeding damage for SCB could be accounted for by nitrogen, DFA and ferulic acid content in leaf tissue. Putative phytochemical traits for insect resistance were further investigated with quantitative traits loci (QTL) mapping. Five out of eight QTLs for 5-5 ' DFA were located at the same position or close to QTLs for SWCB and SCB leaf feeding damage. Eight QTLs for 5-5' DFA could explain 44% of the phenotypic variation for this dimer. QTLs for p-coumaric acid and ferulic acid were also associated with QTLs for leaf feeding damage. QTLs for cell wall bound phenolics linked with QTLs for leaf tissue toughness in four chromosome locations. (Abstract shortened by UMI.)

The objective of this program of intensive field research was to use quantitative measurements and detailed observation over a significant period of time in order to evaluate the performance of a large farmer-managed irrigation system in the Terai region of Nepal. This study sought to evaluate the 1500 hectare Sorha Mauja Irrigation System (SMIS) near Butwal, Nepal, through one year of field research. Specific measures evaluated include water use efficiency, water allocation and equity, water supply adequacy, cropping intensity and crop production. Data collected over an eight month period corresponding to the "dry season" included: climate, water supply and deliveries at all levels of the system, second and third crop season irrigations, cropping intensity, crop production and management activities. SMIS farmers face a problem of high water conveyance and delivery losses between the source and their fields during the dry season. Nevertheless, the water supply is adequate for irrigated cropping of all the cultivable land in the command area except during the period of February through May. Resolution of the water adequacy and conveyance loss problems during the third crop period may facilitate even higher annual production. (Abstract shortened by UMI.)

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