Aluminium toxicity is a significant limiting factor to agricultural crop production globally, promoting the need for plants that are resistant to low pH and high Al3 +, Current literature suggests that Al3 + inhibits plant growth by stopping root elongation. Although considerable research has been directed towards Al3+-inhibited root growth, the initial cellular targets and primary mechanisms of Al3+ toxicity still remain unclear. The present study, therefore, considered an alternate approach to investigating Al3 + toxicity and Al3 + resistance. Callus, a group of actively dividing meristematic cells, was exposed to Al3 + and the influence of Al3 + on callus growth was investigated. In South Africa, gold mining results in the production of wastes that require vegetation cover resistant to low pH and high Al3+, in order to promote stabilisation and prevent erosion. Cynodon dactylon was considered a key species for such a purpose since small populations of this grass were found growing on the acidic gold tailings. Different C. dactylon genotypes were exposed to Al3 + and the feasibility of using differences in callus growth to identify potential Al3 +-resistant individuals was assessed. An in vitro method for indirect somatic embryogenesis was concurrently established to regenerate whole plants from such calli. Embryogenic calli were initiated from young leaf segments, using 2,4-D. Somatic embryo maturation and plant regeneration were achieved on a hormone-free Murashige ~d Skoog (MS) nutrient medium. In addition to this protocol for micropropagation via indirect somatic embryogenesis, nodal cuttings, on a single hormone-free MS nutrient medium, were shown to be suitable explants for micropropagation via direct organogenesis, albeit resulting in low plantlet yields (1 plant/explant). In the investigation of Al3 + resistance, each of the three parameters tested (genotype, Al3+ concentration and exposure time) had a significant influence on callus growth rate. The nutrient medium supporting callus growth was modified in order to ensure known concentrations of free Al3 + ions (0.08-2.3 mM). This was achieved through the use of a chemical speclatlOn model (MINTEQA2). Fresh callus mass measurements for three genotypes were recorded at two-weekly intervals for a total of 8 weeks. Significant differences in callus growth rate were used to identify the genotypes as Al3+-sensitive (AlS), moderately Al3+-resistant and Al3+-resistant (Al-R), suggesting that it is feasible to use undifferentiated meristematic callus cells to screen for resistance to Al3+. In addition to callus growth rate, it was also possible to differentiate between the Al-S and the Al-R genotype using differences in cell numbers. Exposure to 0.8 mM AI3+ for 2 weeks resulted in an 88% reduction in the Al-S meristematic cell number whereas no Al3 + concentration tested had a significant inhibitory effect on the Al-R cell number. Aluminium was detected inside the callus cells, with the Al-S cells accumulating three times more Al in the nucleus than did the Al-R cells. It is suggested, therefore, that Al3 + inhibited meristematic cell number in the Al-S genotype by interfering with cell division. Two possible mechanisms by which the Al-R genotype was able to exclude Al3+ from its cells were investigated. The Al-R callus was able to maintain a higher extracellular pH (4.34 in Al-R and 4.08 in Al-S) and immobilise more Al in the cell wall (33% more in the Al-R) than the Al-S genotype. The present study has developed a valuable tool for investigating the physiological effects of Al3 + on actively dividing meristematic cells. In addition, the somatic embryogenesis route allows for the concurrent in vitro selection and plantlet regeneration of genotypes of interest. Future work is necessary to confirm that the properties of undifferentiated cells in culture are maintained by the ex vitro whole mature plants. / Thesis (Ph.D.)-University of KwaZulu-Natal, 2004.

The accumulation and mineralization of soil organic matter is of great interest to both farmers and policy makers, because of its important functions in soil structure and in the global carbon cycle. The purpose of this study was to determine the long term effects of tillage practices and residue management on (1) the yield of Zea mays L. grown for corn grain or corn silage, (2) the size of the total soil organic carbon pool, (3) the relative sizes of the labile soil organic carbon and nitrogen pools, and (4) the size and structure of the microbial biomass. The experimental plots in Ste. Anne de Bellevue, Quebec, Canada were established on a sandy-loam soil in 1991 with a factorial design that includes three levels of tillage (no-till, reduced tillage, and conventional tillage), and two levels of residue input (corn roots and stover, corn roots only). At harvest in 2007, the corn grain yield was between 11.2 and 11.7 Mg dry matter ha-1, but not affected by tillage or residue treatments. Soils were collected from the plots following harvest at two depths: 0-5 cm and 5-20 cm. The total soil organic carbon pool contained between 37 and 58 Mg C ha-1 in the top 20 cm. There was no difference between tillage treatments, but the high residue plots had more soil organic carbon than the low residue input plots (P<0.05, Tukey test). Carbon and nitrogen mineralization during a 20 week laboratory incubation was used as an indicator of the relative size of the labile carbon and nitrogen pools under the different tillage and residue treatments. Both labile carbon and nitrogen pools were affected significantly by tillage and residue inputs. In the 0-5 cm depth, the labile carbon and / L'accumulation et la décomposition de la matière organique du sol est de grand intérêt aux fermiers et aux décideurs politiques, en raison de ses fonctions importantes en structure de sol et dans le cycle de carbone global. Le but de cette étude était de déterminer les effets à long terme des pratiques de labourage et de la gestion de résidu sur (1) le rendement du Zea mays L. pour le maïs-grain ou le maïs d'ensilage, (2) la taille du réservoir de carbone organique du sol, (3) la quantité des formes labiles de carbone organique et d'azote organique du sol, et (4) la biomasse et la structure de la communauté microbienne. Les parcelles expérimentales à Ste-Anne-de-Bellevue, Québec, Canada ont été établies dans un sol sableux-loameux en 1991 avec un design factoriel qui inclut trois niveaux de labourage (semi-direct, labourage réduit et labourage conventionnel), et deux niveaux d'entrant de résidu (les racines plus la tige, les racines seulement). En 2007, le rendement de maïs-grain était entre 11.2 et 11.7 Mg matière sèche ha-1, mais non affecté par des traitements de labourage ou de résidu. Après la récolte, échantillons du sol ont été ramassés des parcelles à deux profondeurs : 0-5 cm et 5-20 cm. Le réservoir de carbone organique de sol a été entre 37 et 58 mg C ha-1 à une profondeur de 20 cm. Il n'y avait aucune différence entre les traitements de labourage, mais les parcelles avec haut résidu (racines plus tiges) ont eu plus de carbone organique de sol que lesquelles avec bas résidu (P<0.05, test de Tukey). La minéralisation de carbone et d'azote pendant une incubation de laboratoire durant 20 semaines a été employée com

Bt (Bacillus thuringiensis) corn (Zea mays L.) is reported to have a higher lignin concentration and be more resistant to degradation compared to conventional non-Bt (NBt) hybrids. NBt hybrids are physically affected by the European corn borer (ECB, Ostrinia nubilalis H.), which could increase the deposition of 'stress lignin' in injured tissues and alter the decomposability of corn residue. The objective of this thesis is to test the compositional differences between Bt and NBt corn in terms of fiber, C, and N concentrations and study the decomposition of these residues. The natural variation in lignin between plant parts was also considered to affect the decomposition of corn residue. Field experiments that included 18 Bt and NBt hybrids not infested by ECB showed similarity in lignin and aboveground biomass. Stems from a field-grown Bt hybrid decomposed faster than the NBt near-isoline. In the greenhouse, ECB-infested NBt corn sustained injury, which resulted in lower stem biomass and higher stem N concentration in injured plants. ECB injury did not affect the lignin concentration in stems and CuO oxidation analysis revealed that ECB injury reduced the amount of lignin-derived phenols in stems, which refutes the hypothesis that NBt corn would respond to ECB injury by depositing 'stress lignin'. Infested and non-infested stems buried in the field for five months showed no difference in decomposition due to the Bt gene or herbivory. However, there was 87% more syringic acid in injured NBt stems suggesting that herbivory may enhance lignin decomposition in the longer-term. Under controlled conditions, a 36-week incubation experiment confirmed that Bt and NBt corn tissue decompose at a similar rate, with variation in decomposition rates attributed to the lignin and N concentration in corn tissues. Soils amended with roots (6.2% lignin) produced significantly lower CO2 than stems (3.5% lignin) and leaves (3.2% lignin). In conclusion, the Bt gene and ECB infestation do not affect the chemical composition of corn tissue and should not have an effect on residue decomposition in Bt corn agroecosystems. Due to their elevated lignin concentration, corn roots can make an important contribution to the stabilization of C in the soil. / Le maïs Bt (Bacillus thuringiensis - Zea mays L.) est reconnu contenir plus de lignine et être plus résistant que les maïs hybrides conventionnels (NBt). Ces derniers sont affectés par la pyrale du maïs (European Corn Borer ou ECB, Ostrinia nubilalis H.), qui peut augmenter le dépôt de «lignine causée par le stress» dans les tissus et changer la décomposition des résidus de maïs. L'objective de cette thèse est d'évaluer les différences de composition en fibres, C et N entre les maïs BT et NBt, et d'étudier l'effet de l'herbivorie par ECB sur la décomposition les différentes parties résiduelles du plant. Les expériences menées au champ ont démontré que la biomasse aérienne et le contenu en lignine étaient similaires entre 18 hybrides des types BT et NBt non infestés par l'ECB. Toutefois, les tiges des maïs Bt ont présenté une vitesse de décomposition plus élevée. En serre, les tiges de maïs NBt infesté et meurtri par l'ECB, ont montré une plus faible biomasse et une plus grande concentration en N. Toutefois, les blessures engendrées par l'ECB n'ont pas affectés la concentration de lignine dans les tiges. L'analyse par oxydation au CuO a démontré que les blessures ont réduit la quantité de phénols dérivés de la lignine réfutant ainsi l'hypothèse que le NBt répond aux meurtrissures de l'ECB en produisant un dépôt de lignine. Suite à une décomposition sous terre de cinq mois, aucune différence significative due à la présence du gène Bt ou non, n'a été mesurée entre les tiges infestées et non-infestées. Cependant, il y avait 87% plus d'acide syringique dans les tiges de NBt infestées à l'ECB, ce qui suggère que l'herbivorie pourrait améliorer la décomposition à long terme. Dans des conditions contrôlées, une expérience d'incubation de 36 semaines a confirmé que les maïs Bt et NBt se décomposent à la même vitesse; les différences observées étant dues au contenu en lignine et N dans les tissus. Les sols fertilisés avec les racines (6.2% lignine) ont produit beaucoup moins de CO2 que les tiges (3.5% lignine) et les feuilles (3.2% lignine). En conclusion, le gène du Bt ainsi que l'infestation par l'ECB n'affectent pas la composition chimique des tissus de maïs et ne devraient pas affecter la décomposition des résidus de culture. Dû à leur contenu en lignine élevé, les racines de maïs peuvent contribuer de manière importante à la stabilisation du C dans le sol.

Soil organic matter (SOM) is a key element in soil quality and productivity, and represents the biggest C pool of the terrestrial biosphere. Understanding soil organic carbon (SOC) retention mechanisms is necessary to address their role as potential C sink, and ensure their quality and productivity for future generations. The objective of this research was to examine, under controlled conditions, the stabilization of newly added C and N coming from crop residues in topsoil and subsoil horizons of a heavy clay soil from the St-Lawrence Lowlands. Topsoil (0-20 cm depth, 31.3 g SOC kg-1 soil) and subsoil (30-70 cm depth, 4.5 g SOC kg-1 soil) were incubated (25ºC, -38 kPa, C/N = 10) for 51 d with increasing amounts (from 0 to 40 g C kg-1 soil) of 13C-15N-labelled corn residues. Carbon mineralization was greater in topsoil than subsoil, but comparable amounts of residue-C were retained in both soils, on a whole soil basis. This suggests that the extra C lost from the topsoil came from the mineralization of autochthonous SOC. Preferential retention of residue-derived C and N occurred in large macroaggregates (>1000 µm) in the subsoil, and in small macroaggregates (250-1000 µm) in the topsoil. Macroaggregate enrichment in residue-derived C and N occurred simultaneously through small-scale adsorption (< 50 µm) and large-scale occlusion (>250 µm). Sequential density fractionation of soil coupled with X-ray diffraction mineralogical analysis revealed a greater proportion of autochthonous and residue-derived C and N associated with soil minerals in subsoil than topsoil. Subsoil organo-mineral complexes were enriched in residue-derived N, indicating preferential adsorption of nitrogenous compounds onto unsaturated mineral surfaces in the early stages of organo-mineral complexes formation. In conclusion, topsoil and subsoil horizons of a heavy clay soil from Eastern Canada can accumulate substantial amounts of residue-derived C and N, with greater potential for C and N sequestration in stable organo-mineral complexes in subsoil than topsoil. / La matière organique du sol (MOS) assure la qualité et la productivité du sol et représente le plus grand réservoir de C de la biosphère terrestre. Comprendre les mécanismes de rétention du carbone organique du sol (COS) s'avère essentiel pour évaluer le potentiel des sols à agir comme puits de C et pour assurer leur qualité et leur productivité futures. La présente recherche visait à évaluer, en conditions contrôlées, la stabilisation du C et de l'N provenant de résidus de culture nouvellement incorporés dans les horizons superficiel et profond d'un sol argileux des Basses-Terres du St-Laurent. Des échantillons de sol des horizons superficiel (0-20 cm, 31.3 g COS kg-1 sol) et profond (30-70 cm, 4.5 g COS kg-1 sol) ont été incubés (25ºC, -38 kPa, C/N=10) pendant 51 jours avec des doses croissantes (0 à 40 g C kg-1 sol) de résidus de maïs enrichis en 13C et 15N. La minéralisation du C était plus importante dans l'horizon superficiel que dans l'horizon profond, alors que la quantité de nouveau C retenue dans le sol entier était similaire dans les deux horizons, suggérant ainsi qu'une minéralisation du COS autochtone est survenue. Le C et l'N des résidus ont été retenus préférentiellement dans les grands macroagrégats (>1000 µm) dans l'horizon profond, mais dans les petits macroagrégats (250-1000 µm) dans l'horizon superficiel. L'enrichissement des macroagrégats en C et N nouveaux s'est produit par adsorption à petite échelle (< 50 µm) et par occlusion à grande échelle (>250 µm) simultanément dans le sol. Le fractionnement densimétrique couplé à l'analyse minéralogique du sol a révélé qu'une proportion plus grande du C et de l'N autochtones et provenant des résidus était associée aux phases minérales dans l'horizon profond que dans l'horizon superficiel. Les complexes organo-minéraux de l'horizon profond étaient enrichis en N autochtone et provenant des résidus, ce qui indique une adsorption préférentielle des composés azotés sur les surfaces minérales non saturées lors des premières étapes de formation des complexes organo-minéraux. Ainsi, les horizons superficiel et profond étudiés peuvent tous deux accumuler davantage de C et d'N provenant des résidus, mais le potentiel de séquestration du C et de l'N par association organo-minérale stable s'avère plus important dans l'horizon profond que dans l'horizon superficiel.

Increasing atmospheric concentrations of the greenhouse gases (GHGs) carbon dioxide (CO2) and nitrous oxide (N2O) are of environmental concern. Genetically modified (GM) cell wall mutants that have altered lignin concentration in their plant tissues may reduce the magnitude of one or both of these GHGs emitted from soil. Taking Arabidopsis thaliana as a model plant species, this study examined how A. thaliana cell wall mutants may influence emission of CO2 and N2O from soil during their growth and development and after incorporation of their residues in soil. Down-regulated (k/o) and over-expression (o/x) KNOTTED ARABIDOPSIS THALIANA 7 (KNAT7), k/o and o/x of PRODUCTION OF ANTHOCYANIN PIGMENT 1 (PAP1) also known as MYB75 and k/o cinnamoyl-CoA reductase 1 (CCR1) mutant lines and their wild ecotypes were considered in the present study. KNAT7 k/o and MYB75 k/o had similar morphological traits and caused no alteration in emission of CO2 and N2O from soil during their growth and development as compared to their wild ecotypes. CCR1 mutant line had lower crown cover of rosette leaves, reduced fertility, and on average lower biomass. This line had lower transpiration and greater mineral N concentration in rhizosphere and bulk soil, which did not affect CO2 emission but increased N2O emission from root-associated soil of the CCR1 mutant line at the reproductive stage. Residues of KNAT7 k/o and MYB75 k/o had higher lignin and C:N ratio while CCR1 had lower lignin and C:N ratio in inflorescence stems, compared to their wild ecotypes. Decomposition of KNAT7 k/o and MYB75 k/o stem residues tended to decrease CO2 while CCR1 stem residues caused higher CO2 emissions from soil. Root residues that had higher lignin than stems, caused lower CO2 emissions from soil. Stem residues of CCR1 increased mineral N concentration and microbial biomass of soil, whereas MYB75 k/o stem residues increased microbial biomass in clay loam soil. Microbial biomass was higher in soil amended with stem residues than soil amended with root residues. Root residues increased fungal:bacterial ratio of soil. In conclusion, the altered morphological traits and residue chemistry of A. thaliana cell wall mutants influenced soil abiotic and biotic factors (i.e. evapotranspiration, mineral N concentration, microbial biomass, microbial community structure e.g. fungal:bacterial ratio of soil) that contribute to CO2 and N2O emissions from soil. / L'augmentation de la concentration des gaz à effet de serre (GES), dont le dioxide de carbone (CO2) et le protoxyde d'azote (N2O), constitue une préoccupation environnementale. Les parois cellulaires mutantes génétiquement modifiées (GM) qui ont des concentrations de lignine altérées peuvent réduire les emissions par le sol d'un ou des deux GES mentionnés plus haut. Utilisant Arabidopsis thaliana comme espèce modèle, cette étude examine comment les parois cellulaires de A. thaliana peuvent influencer l'émission de CO2 et de N2O par le sol pendant la période de croissance et de développement et après l'incorporation de leurs résidus dans le sol. Dans le présent cas, les lignes mutantes et les écotypes sauvages suivants ont été considérés: l'ARABIDOPSIS THALIANA 7 NOUÉE (KNAT7) régulée à la baisse (k/o) et sur-expression (o/x), le k/o et o/x de la PRODUCTION DU PIGMENT ANTHOCYANINE 1 (PAP1), aussi connu sous le nom de MYB75, ainsi que les lignes mutantes du k/o cinnamoyl-CoA reductase 1 (CCR1). KNAT7 k/o et MYB75 k/o avaient des traits morphologiques similaires et n'ont causé aucune altération des emissions de CO2 et de N2O par le sol durant leur croissance et développement comparativement à leurs ecotypes sauvages. La ligne mutante de CCR1 avait une couronne de feuilles de rosette plus basse, une fertilité réduite ainsi qu'une biomasse plus basse en moyenne. Cette ligne avait une transpiration plus basse et une plus grande concentration de N minéral dans la rhizosphère et le sol environnant, ce qui n'affecta pas l'émission de CO2 mais augmenta l'émission de N2O du sol associé aux racines de la ligne mutante de CCR1 au stage reproductif. Les résidus de KNAT7 k/o et MYB75 k/o avaient de plus hauts niveaux de lignine et un plus grand ratio C:N, tandis que CCR1 avait des taux de lignine et un ratio C:N plus bas dans les tiges en inflorescence comparativement à leurs écotypes sauvages. La décomposition des résidus de tiges de KNAT7 k/o et MYB75 k/o ont eu tendance à décroître, tandis que ceux de CCR1 ont causé de plus fortes émissions de CO2 par le sol. Les résidus de racines ayant un taux de lignine plus grand que les tiges ont engendré de plus faibles émissions de CO2 du sol. Les résidus de tiges de CCR1 ont augmenté la concentration de N minéral et de microbes dans le sol, et ceux de MYB75 k/o ont augmenté la biomasse microbienne dans le sol de type limoneux argileux. La biomasse microbienne était plus grande dans le sol agrémenté de résidus de tiges que dans le sol agrémenté de résidus de racines. Les rédidus racinaires ont augmenté le ratio fongique:bactérien du sol. En conclusion, les traits morphologiques modifiés et la composition chimique des parois cellulaires mutantes de A. thaliana ont influencé les facteurs biotiques et abiotiques du sol (i.e. évapotranspiration, concentration de N minéral, biomasse microbienne, structure de la communauté microbienne, e.g. le ratio fongique:bactérien du sol) contribuant aux emissions de CO2 et de N2O par le sol.

The effect of six cropping systems on soil carbon, aggregation and microbial community was examined after three growing seasons. The six cropping systems involved corn, sorghum, soybean, red clover, timothy and bare fallow, and differed in terms of tillage practice, type of crop (perennial versus annual) and type, amount and quality of carbon inputs to soil. Soil structure under sorghum and timothy differed from that of bare soil. Soil total carbon content exceeded that of fallow only under the two perennial cropping systems. Microbial community size and activity, arbuscular mycorrhizal fungi, bacteria and Gram(-) bacteria were positively correlated with total carbon, mean weight diameter (MWD) of aggregates and abundance of macroaggregates, and negatively correlated with abundance of microaggregates. Fungi were positively correlated with MWD of aggregates and negatively correlated with abundance of microaggregates. Root biomass and lignin content had the greatest effects on the size and proportion of microbial groups correlated with soil structure and carbon content. The relationships between microbial community structure and soil structure, and between microbial community structure and plant material chemical characteristics were further explored with an experiment where the dynamics of soil microbial community structure and changes in soil structure during the decomposition process of soybean, corn, timothy and red clover materials were monitored for 28 weeks. Up to 53% of the variation in microbial community composition could be explained by the quality of added materials and up to 24% of the variation in soil structure could be explained by the composition of the soil microbial community. The C/N, hemicellulose, soluble C / L'effet de six systèmes de culture sur le carbone, l'agrégation et la communauté microbienne du sol a été évalué après trois saisons de croissance. Les systèmes de culture comprenaient le maïs, le sorgho, le soya, le trèfle, la fléole des prés ainsi que des parcelles en jachère et étaient caractérisés par différents types de travail du sol et de plantes (pérennes versus annuelles) et par la nature, quantité et qualité des apports de carbone au sol. Comparativement à la jachère, la structure du sol a été affectée par les systèmes de culture impliquant le sorgho et la fléole des prés et le carbone total du sol n'a été augmenté que sous les plantes pérennes. La taille et l'activité de la communauté microbienne ainsi que les champignons arbusculaires mycorhiziens, les bactéries en général et les bactéries à Gram négatif ont été positivement corrélés au diamètre moyen des agrégats et à la proportion de macroagrégats du sol, mais négativement corrélés à la proportion de microagrégats. Les champignons étaient positivement corrélés au diamètre moyen des agrégats et négativement corrélés à la proportion de microagrégats. La biomasse racinaire et le contenu en lignine des racines ont eu le plus d'effet sur la taille et la proportion des groupes microbiens corrélés à la structure et à la teneur en carbone du sol. La relation entre la structure du sol et la composition de la communauté microbienne ainsi que le lien entre la qualité des matières végétales et la structure de la communauté microbienne ont été examinés davantage lors d'une expérience en laboratoire. Du sol et des tissues de maïs, de soya, de trèfle et de fléole des prés ont été incubés pendant 28 semaines

Literature was reviewed on the nature of organic matter in soil in the presence and absence of trace metal ions (especially copper) and on the techniques, notably EPR and visible spectroscopy, used to study this material. The humic acid (HA) fractions used in this study were prepared by pyrophosphate extraction of a peaty loam soil and an alcohol/aqueous alkali fractional precipitation technique. They were examined by a variety of chemical and physical techniques (ash and trace element content, elemental analysis, potentiometric titrations, visible, IR, NMR and EPR spectroscopy) and found to have properties more similar to fulvic acids than HAs. An EPR study of copper-HA complexes for each fraction showed the presence of up to three complexes, one of which was similar to copper type I proteins. EPR spectroscopy was also used to calculate a stability constant for Cu 2+ -HA and to investigate the binding of Cu(H20)6+, Cubisglycine and Cu t+-HA' to montomorillonite and imogolite. At least two types of copper binding sites were found on these minerals. Visible spectroscopy studies of Cu 2+-HA solutions were carried out and adsorption isotherms were produced; the Freundlich equation was more suitable than the Langmuir equation for describing this reaction. Competition between simple organic acids and HA was also studied by visible spectroscopy and maximum binding ability values were calculated.

Agricultural management practices influence the fluxes of greenhouse gases by altering the physical, biological and chemical environment of the soil. Cranberry farming is of particular concern because production takes place on soils with high water tables and the fields are flooded at various times of the year. These conditions initiate reductive processes which lead to the production of greenhouse gases. Weekly dark chamber flux measurements of carbon dioxide (CO2), methane (CH4) and nitrous oxide (N2O) were taken in two farmed cranberry fields in Quebec over the 2012 and 2013 growing seasons. Findings show that commercial cranberry fields are not significant sources of greenhouse gases throughout most of the growing season. CO2, CH4 and N2O fluxes ranged from 1-142 CO2-C m-2 hr-1, -0.01 to 0.04 mg CH4-C m-2 hr-1, and -0.0013 to 0.0013 mg N2O-N m-2 hr-1, respectively. However, when the fields are flooded during the spring melt and for harvest, they become sources of carbon dioxide and methane. Fields that remain flooded for extended periods of time thus emit significantly more greenhouse gases than those which are flooded and drained quickly. / Les pratiques de gestion agricole influencent les flux de gaz à effet de serre (GES) en modifiant l'environnent physique, biologique et chimique du sol. La production de canneberges est particulièrement affectée par ces pratiques puisqu'elle a lieu sur des sols avec une nappe phréatique élevée et dont les champs sont inondés à divers moments de l'année. Ces conditions initient des réactions d'oxydo-réduction qui conduisent à la production de GES. Durant chaque semaine, des mesures du flux de dioxide de carbone (CO2), de méthane (CH4) et d'oxyde nitreux (N2O) ont été prises à l'aide de chambres à air sombres, dans deux champs de canneberges situés près de la ville de Québec, pendant la période de croissance des plantes des saisons 2012 et 2013. Les recherches démontrent que la production commerciale des champs de canneberges n'est pas une source significative de GES. Les flux de CO2, CH4 et N2O varient entre -142 CO2-C m-2 hr-1, -0.01 à 0.04 mg CH4-C m-2 hr-1, et -0.0013 à 0.0013 mg N2O-N m-2 hr-1, respectivement. Cependant, lorsque les champs sont inondés durant le printemps, ainsi que pour la période des récoltes, ils peuvent devenir des sources de dioxide de carbone et de méthane. Les champs qui demeurent inondés pendant de longues périodes de temps émettent alors une plus grande quantité de gaz à effet de serre que ceux qui sont inondés et drainés rapidement.

Irrigation practices change the soil moisture in agricultural fields, and in turn influence the emissions of greenhouse gases. A two year field study was conducted to assess the emissions of CO2, CH4 and N2O from surface drip and subsurface drip irrigated tomato fields in Southwestern Ontario, Canada. Gas fluxes were obtained through the static chamber method, taking samples every 15 minutes over a one hour time period. Soil moisture and soil temperature were measured once per chamber per hour and used to help explain the gas emissions. A peak mean N2O flux at 405 µg N2O-N m-2 h-1 was observed from the five chambers in the surface drip irrigation treatment on July 8th, 2013, shortly following a rainfall event. Most N2O fluxes which occurred during the irrigated portion of the growing season were around 50 µg N2O-N m-2 h-1 in both treatments, water added here was less than some of the large rainfall where peaks occurred. Both the lowest CO2 mean treatment fluxes (12 mg CO2-C m-2 h-1) and highest (12 mg CO2-C m-2 h-1) were observed in the surface drip irrigation plots. Seasonal emissions of CO2 were significantly greater in surface drip plots than subsurface drip plots in 2013, but not in 2012, and this is likely attributed to soil temperature differences. Methane ¬fluxes were mainly negative, indicating that the soil is a sink, as opposed to a source for this gas. Generally, there was no significant difference in soil moisture between the types of drip system. Consequently, there were only a few days which showed significant differences between subsurface drip irrigation and surface drip irrigation treatments for the hourly collected gas fluxes throughout the two growing seasons. Overall, the use of subsurface drip irrigation or surface drip irrigation does not affect the emissions of greenhouse gases from the tomato fields in this study. / Les techniques d'irrigation affectent l'humidité du sol dans les terres agricoles, ce qui affecte les émissions de gaz à effets de serre. Une étude sur le terrain d'une durée de deux ans a été menée dans le sud-ouest de l'Ontario au Canada afin de déterminer les émissions de CO2, CH4 et N2O de champs de tomates irrigués au goutte-à-goutte de surface et au goutte-à-goutte souterrain. Les flux de gaz ont été obtenus en prenant des échantillons à chaque 15 minute pour une durée d'une heure, en utilisant la méthode de chambre statique. L'humidité et la température des sols ont été mesurés et utilisés afin d'expliquer les émissions de gaz. La moyenne de flux de N2O a atteint un sommet de 405µg N2O-N m-2 h-1 dans le cas de l'irrigation au goutte-à-goutte de surface, peu de temps après un épisode de pluie. La majorité des flux de N2O qui se sont produits pendant le moment de la saison utilisant de l'irrigation était d'environ 50 µg N2O-N m-2 h-1 dans les deux traitements. La plus faible (12mg CO2-C m-2 h-1) et la plus haute (123mg CO2-C m-2 h-1) moyenne des flux des traitements ont toutes les deux été observées dans les champs irrigués au goutte-à-goutte de surface. Les flux de CH4 étaient principalement négatifs ce qui indiquent que les sols sont des puits, plutôt qu'une source de ce gaz. Une différence significative entre les flux des traitements a été démontrée seulement pour un nombre limité de jour parce que l'humidité des sols créée par les deux systèmes d'irrigation de goutte-à-goutte était similaire. Les émissions saisonnières de CO2 étaient significativement plus hautes dans le cas des champs irrigués au goutte-à-goutte de surface que les champs irrigués au goutte-à-goutte souterrain en 2013, mais pas en 2012, ce qui est probablement dû aux différences dans les températures des sols. Globalement, l'utilisation de l'irrigation au goutte-à-goutte de surface ou de l'irrigation au goutte-à-goutte souterraine n'a pas d'effet majeur sur les émissions de gaz des sols dans les champs de tomates.

Surface runoff from agricultural fields is the largest non-point source of phosphorus (P) that pollutes surface water in humid temperate regions. Best management practices have attempted to reduce P loading and improve P retention in agricultural soils but significant losses continue to occur, emphasizing the need for novel solutions. The objective of this research project was to determine whether biochar amendments in an agricultural soil could reduce P loss in surface runoff by increasing water infiltration or by improving soil stability. Experimental plots were established in St-Francois-Xavier-de-Brompton, Quebec, Canada on an agricultural field amended with three types of biochar (Dynamotive, Pyrovac, and Basques) applied at two application rates (5 and 10 t ha-1), and one unamended control plot. First, a 30-minute rainfall simulation was conducted using the Cornell Sprinkle Infiltrometer to assess runoff volume, time-until-ponding, infiltration rate, and water holding capacity (WHC), as well as P concentration and load in runoff. Second, soil samples from the experimental plots were fractionated using a wet-sieve method to determine the proportion of macro- and micro-aggregates. Each fraction was analyzed for total organic C and total P to locate biochar presence and determine whether additional P was retained in macro- or micro-aggregate fractions of biochar-amended soils. Water dynamics in the rainfall simulation showed no significant differences, however, runoff contained significantly less ortho-P in soil amended with Dynamotive biochar at 5 t ha-1 (p=0.048) and significantly less particulate P from soil amended with Pyrovac biochar at 5 t ha-1 (p=0.012) and Dynamotive and Basques biochars at 10 t ha-1 (p=0.024 and p=0.047, respectively). Soils amended with biochar at 5 t ha-1 and 10 t ha-1 also had significantly greater microaggregate stability (p=0.032 and p=0.046, respectively), which corresponded to significantly more organic C content (p=0.013 and p<0.01, respectively). Macroaggregates from biochar-amended soils also contained significantly higher organic C and total P concentrations (p<0.05 for both biochar rates) than the control soil. This suggests that the reduction in particulate P concentration in runoff is the result of biochar integration within the microaggregate structure, which indirectly promotes P retention in macroaggregates. / Les eaux de ruissellement associées aux champs agricoles sont la plus grande source de charges diffuses de phosphore (P) affectant l'eau de surface en régions tempérées. Les pratiques de gestions optimales tentent de réduire la charge en polluants phosphorés ainsi que d'améliorer la rétention de P dans les sols agricoles, mais malheureusement, des pertes significatives continues d'être recensées, accentuant le besoin pour de nouvelles solutions. L'objectif de cette recherche était de déterminer si des amendements de biocharbon dans les sols agricoles pourrait réduire la charge en phosphore par ruissellement en augmentant l'infiltration de l'eau dans les sols et en améliorant la stabilité des sols. Des parcelles expérimentales ont été établies à St-Francois-Xavier-de-Brompton, Québec, Canada dans un champ agricole amendé avec trois types de biocharbon (Dynamotive, Pyrovac, and Basques) utilisant deux différentes doses d'application (5 et 10 t ha-1), et un sans biocharbon. Premièrement une simulation de précipitation de pluie de 30 minutes a été effectuée à l'aide de Cornell Sprinkle Infiltromètre pour mesurer les niveaux de ruissellements, la durée avant le début du ruissellement, le taux d'infiltration, la capacité de rétention de l'eau, ainsi que la teneur et la charge total de P dans l'eau de ruissellement. Deuxièmement, des échantillons de sols des différentes parcelles on été fractionnées selon la technique de tamisage humide pour déterminer la proportion de macros et micros agrégats. Chacune des fractions a été analysé pour leur quantité de C organique ainsi que le niveau total de P afin de localiser la présence de biocharbon et afin de déterminer si plus de P a été retenu dans les fractions contenant les macro ou les micros agrégats de sols amendés avec du biocharbon. La dynamique de l'eau dans la simulation de précipitation a démontré aucune différence significative, cependant le contenue du ruissellement avait significativement moins d'orthophosphate dans le sol amendé avec le biocharbon Dynamotive à 5 t ha-1 (p=0.048) et il y avait significativement moins de P particulaire avec le sol amendé avec le biocharbon Pyrovac à 5 t ha-1 (p=0.012), le biocharbon Dynamotive et le biocharbon Basques à 10 t ha-¬1 (p=0.024 et p=0.047, respectivement). Les sols amendés avec du biocharbon à 5 t ha-1 et à 10 t ha-1 avaient aussi, de façon significative, des micros agrégats plus stables (p=0.032 et p=0.046, respectivement), ce qui correspond à une plus grande quantité de C organique (p=0.013 et p<0.01, respectivement). Les macros agrégats des sols amendés en biocharbon avaient des concentrations de C organique et P totales plus élevées (p<0.05 pour les deux concentrations de biocharbon) que le sol témoin. Cela suggère que la réduction de la concentration de P particulaire dans l'eau de ruissellement est la conséquence de l'intégration du biocharbon dans la structure des micros agrégats, ce qui encourage la rétention dans les macros agrégats.