Water availability and arable lands are increasingly limiting resources in many parts of the U.S., particularly in semi-arid and arid regions. As a means of addressing food and fuel demands associated with burgeoning population growth, highly productive and water-use efficient crops need to be identified. One potential crop, Agave, merits consideration and evaluation due to its putative capability to provide sustenance and energy despite growing in water-limited regions and on marginal soils. However, little is known regarding the productivity these succulent plants will have under growing conditions of the Southwest, where high concentrated saline soils are abundant, and water is often limited. The objectives of these studies were to determine the effects of high levels of salinity and different volumetric water content levels (VWC) on plant growth, biomass accumulation, and nutrient uptake. I used a hydroponic study to compare the effects of four salinity treatments (0.5, 3, 6, and 9 dS m-1) on productivity of four Agave species (Agave parryi, Agave utahensis ssp. kaibabensis, Agave utahensis ssp. utahensis, and Agave weberi). In a second study, an automated irrigation system was established to examine four pre-determined VWC threshold set-points and simulated a gradient of well-watered to drought conditions, to evaluate how A. weberi would respond to varying levels of water availability. Salinity concentrations did not significantly affect root and plant dry weight accumulation in A. weberi, but all other agave plants experienced less biomass accumulation under high saline conditions (>6 dS m-1). Seedlings of A. utahensis were two times more likely to die in the two highest saline treatments (6 and 9 dS m-1) than the two lower treatments (0.5 dS m-1 and 3 dS m-1). Calcium, Mg, S, Mn levels decreased in both A. parryi and A. weberi at higher salinity levels. Agave weberi was able to tolerate salinity, but it also experienced lower biomass production ≤3 dS m-1. In the water-stress study, Agave weberi plants experienced a decrease of 2.11 g as compared to plants in the highest treatment. Plants in the intermediate VWC treatments had similar dry mass values as those in the highest treatment, which suggests that this species could have moderately high yields under limited water conditions, and consequently should be evaluated as a potential bioenergy crop for semi-arid regions, such as the U.S. Southwest. Agave shows considerable potential to be grown in arid and semi-arid regions that are moderately high in salinity and have limited water availability. Indeed, the cultivation of Agave as a crop appears to be a viable option for many areas of the Southwest. While some of the Agave species evaluated were quite productive under moderate salt and water stress, it is uncertain if growth will be significantly reduced if under these stress conditions for periods longer than 3 months.

Tesis por compendio / [ES] Anteriormente, investigadores del Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias (IVIA) y la Universidad Politécnica de Valencia (UPV) evaluaron la respuesta a estrés hídrico en pimiento injertado para obtener patrones de pimiento que confieran tolerancia a la variedad injertada en estrés hídrico. Los mejores patrones se estudian en campo en condiciones de estrés hídrico a largo plazo. Se patentó el patrón híbrido de pimiento NIBER® tolerante a estrés hídrico, las plantas injertadas sobre NIBER® mostraron menor impacto en la biomasa y el rendimiento en déficit hídrico a largo plazo. La tolerancia de NIBER® se atribuyó al mantenimiento de la actividad fotosintética y una mejor distribución de la biomasa radicular en estrés hídrico. Además, la respuesta sostenida de tolerancia observada en las plantas injertadas sobre NIBER® podría relacionarse con una respuesta rápida en la fase inicial en estrés hídrico, que no se conoce a corto plazo. Así, estudiar la contribución de la respuesta a corto plazo de NIBER® sobre la tolerancia de la variedad injertada en estrés hídrico arrojaría luz en las estrategias de tolerancia en plantas injertadas de pimiento. Además, estudiar la modulación génica, el balance hormonal y el perfil metabólico ampliará el conocimiento sobre los mecanismos moleculares en la respuesta a estrés hídrico. En esta tesis doctoral, observamos que los mecanismos constitutivos en ausencia de estrés hídrico influyen en la respuesta a estrés hídrico en plantas injertadas de pimiento, y que las estrategias constitutivas de NIBER® incluyen la estimulación del sistema antioxidante y la inducción sostenida de ABA. En estrés hídrico, las raíces de NIBER® muestran un menor impacto que las raíces de A10, dado su menor contenido de GSSG por menor daño oxidativo. NIBER® promueve la síntesis de osmolitos en la raíz y vitamina B6 en las hojas de la variedad injertada protegiendo al aparato fotosintético del daño oxidativo producido por el estrés hídrico. Además, la prolina, implicada en la protección del aparato fotosintético, se acumula en las plantas injertadas sobre el híbrido de pimiento H92, capaces de mantener la actividad fotosintética a largo plazo en estrés hídrico. Este rol de la prolina en la tolerancia a estrés hídrico a largo plazo no se observó a corto plazo y podría ser una estrategia tardía. La respuesta al estrés hídrico a corto plazo incluye la regulación del movimiento estomático en NIBER® en la fase inicial de estrés (5 h), evitando el cierre estomático hasta las 48 h mediante cambios en la expresión génica de reguladores negativos de ABA y acuaporinas, seguido del cierre estomático a las 48 h asociado a una síntesis previa de ABA en las raíces y transporte a las hojas. El JA también aumentó en las hojas de la variedad injertada sobre NIBER® (48 h) en estrés hídrico, y se regula por señales a larga distancia desde la raíz, que promueven la síntesis en hoja y el transporte a la raíz, y su resíntesis. El JA está implicado en el cierre estomático y la señalización en estrés, causando la activación de factores de transcripción de respuesta a la deshidratación. En las raíces de NIBER® el ratio auxinas/citoquininas se regula en la respuesta inicial al estrés hídrico, favoreciendo el crecimiento de la raíz respecto al tallo a las 5 h, después aumentando las citoquininas y disminuyendo las auxinas a 24 h y finalmente aumentando las auxinas y reduciendo las citoquininas para una mayor biomasa radicular y capacidad exploratoria. En las hojas de la variedad injertada, NIBER® aumenta los metabolitos protectores clorofila a, ácido esteárico, antocianinas y metabolitos implicados en la síntesis de suberina y cutina. Estos últimos también aumentan en la raíz y tienen un papel antioxidante o bien como constituyentes de barreras celulares controlando los flujos de agua, gases y solutos. Finalmente, el contenido en sirohemo aumenta en la raíz y posiblemente está relacionado con una asimilación del nitrógeno más eficiente. / [CA] Prèviament, investigadors de l'Institut Valencià d'Investigacions Agràries (IVIA) i de la Universitat Politècnica de València (UPV) avaluaren la resposta a estrés hídric en pebrera empeltada per obtenir patrons de pebrera que conferisquen tolerància a la varietat empeltada en estrés hídric. Els millors patrons s'estudien al camp en condicions d'estrés hídric a llarg termini. Es va patentar el patró híbrid de pebrera NIBER® com a patró tolerant, les plants empeltades sobre NIBER® mostraren menor impacte en la biomassa i el rendiment en condicions de dèficit hídric. La tolerància de NIBER® es va atribuir al manteniment de l'activitat fotosintètica i a una millor distribució de la biomassa radicular en estrés hídric. A més, la resposta sostinguda de tolerància observada a les plantes empeltades sobre NIBER® podria relacionar-se amb una resposta ràpida a la fase inicial en estrés hídric, que no s'ha estudiat a curt termini. Així, estudiar la contribució de la resposta a curt termini de NIBER® sobre la tolerància de la varietat empeltada en estrés hídric aclariria els mecanismes de tolerància en plantes empeltades de pebrera. A més, estudiar la modulació gènica, el balanç hormonal i el perfil metabòlic ampliaria el coneixement sobre els mecanismes moleculars en la resposta a estrés hídric. En aquesta tesi doctoral comprovarem que els mecanismes constitutius en absència d'estrés hídric influeixen en la resposta a estrés hídric en plantes empeltades de pebrera i que les estratègies constitutives de NIBER® inclouen l'estimulació del sistema antioxidant i la inducció sostinguda d'ABA. En estrés hídric, les arrels de NIBER® mostraren menor impacte en comparació amb A10, amb un menor contingut de GSSG per menor dany oxidatiu. NIBER® promou la síntesis d'osmòlits a les arrels i de vitamina B6 a les fulles de la varietat empeltada per a protegir a l'aparell fotosintètic del dany oxidatiu per l'estrés hídric. A més, la prolina, implicada en la protecció de l'aparell fotosintètic, s'acumula a les plantes empeltades sobre l'híbrid de pebrera H92, que mantenen l'activitat fotosintètica en condicions d'estrés hídric a llarg termini. Aquest paper de la prolina no es va observar en condicions d'estrés hídric a curt termini i podria ser una estratègia tardana. Les respostes a l'estrés hídric a curt termini inclouen la regulació del moviment estomàtic en NIBER® a la fase inicial d'estrés hídric (5 h), evitant el tancament estomàtic fins a les 48 h mitjançant canvis a l'expressió gènica de reguladors negatius d'ABA i acuaporines, seguit d'un tancament estomàtic a les 48 h associat a una síntesis prèvia d'ABA a les arrels i transport a les fulles. L'JA també va augmentar a les fulles de la varietat empeltada sobre NIBER® a les 48 h en estrés hídric i està regulat per senyals a llarga distància des de les arrels que promouen la síntesis a les fulles i el transport a les arrels i resíntesi. L'JA està implicat al tancament estomàtic i la senyalització en condicions d'estrés, promovent l'activació de factors de transcripció de resposta a la deshidratació. El rati auxines/citoquinines es regula a les arrels de NIBER® a la resposta inicial a l'estrés hídric, primer afavorint el creixement de l'arrel sobre el creixement de la part aèria a les 5 h, després augmentant les citoquinines i disminuint les auxines a les 24 h i finalment augmentant les auxines i reduint les citoquinines per obtenir major biomassa radicular i capacitat exploratòria. A les fulles de la varietat empeltada, NIBER® augmenta el contingut dels metabòlits protectors clorofil·la a, àcid esteàric, antocianines i metabòlits relacionats amb la síntesi de suberina i cutina. Aquests últims també augmenten a les arrels i tenen un paper antioxidant o actuen com a constituents de barreres cel·lulars controlant els fluxos d'aigua, gasos i soluts. Finalment, el contingut en siroheme augmenta a les arrels i possiblement està relacionat amb una assimilació de nitrogen més eficient. / [EN] Previously, research groups at the Valencian Institute of Agricultural Research (IVIA) and the Polytechnic University of Valencia (UPV) evaluated the water stress responses in grafted pepper plants to obtain tolerant pepper rootstocks that make the grafted variety able to overcome water stress. The best rootstocks are studied in the field under long-term water stress conditions. In this way, the NIBER® pepper hybrid rootstock was obtained and patented as water stress-tolerant rootstock, because plants grafted onto NIBER® had a lower impact on biomass and yield under long-term deficit irrigation conditions. NIBER® tolerance response was attributed to sustained photosynthetic activity and improved root biomass distribution under long-term water stress. However, the sustained tolerance response observed in plants grafted onto NIBER® may be linked to prompt responses in the early phase of water stress conditions, but the short-term modulation and behavior of NIBER® water stress response has not been studied. Hence, studying the contribution of the NIBER® short-term water stress responses to tolerance in the grafted variety would shed light into tolerance mechanisms in grafted pepper plants. Moreover, understanding the modulation of the gene expression, phytohormones balance and metabolic profile will also broad the knowledge on the molecular mechanisms implicated in water stress response. In the present doctoral thesis, we stated that the constitutive mechanisms taking place under non-water stress conditions dispose the response to water stress in grafted pepper plants, and NIBER® constitutive strategies include an enhanced ROS detoxification system and maintained ABA induction. When the water stress comes into play, its impact was minor in NIBER® roots in relation to A10 roots, which is reflected in lesser GSSG content from lower oxidative damage. NIBER® promotes the synthesis of osmolytes in roots and vitamin B6 in the grafted variety leaves to protect the plants from the oxidative damage resulting from water stress. Moreover, proline has a role in photosynthetic apparatus protection, because it is accumulated in plants grafted onto pepper hybrid H92, which showed sustained photosynthetic activity under long-term water stress conditions. The proline role in water stress tolerance is not observed under short-term water stress and may constitute a late strategy in grafted pepper plants. Short-term responses to water stress include stomatal movements in NIBER® during early phases (5h) of water stress, starting with the avoidance of stomatal closure up to 48 h by gene expression changes in ABA negative regulators and aquaporins, and followed by stomatal closure at 48 h associated with previous ABA synthesis in roots and transport to leaves. JA is also increased in the leaves of the variety grafted onto NIBER® at 48 h under water stress, and is regulated by long-distance signals from roots that promote its synthesis on leaves and transport to roots and resynthesis. JA is involved in stomatal closure and stress signaling, which leads to dehydration-responsive transcription factors activation. The auxins/cytokinins ratio is also fine-tuned by NIBER® roots during the early water stress response, beginning with promotion of root over shoot growth at 5 h, then increases the cytokinins and reduces the auxins content at 24 h, and finally increases the auxins and reduces the cytokinins content to obtain higher root biomass and greater water exploring ability. In the leaves of the grafted variety, NIBER® increases protective metabolites as chlorophyll a, stearic acid, anthocyanins and suberin and cutin biosynthesis-related metabolites, being the latter also increased in the roots. The mentioned metabolites have an antioxidant role or act as cellular barrier constituents that can control fluxes of water, gases and solutes. Lastly, siroheme increases in roots and it is possibly linked to a more effective nitrogen assimilation. / Padilla Herrero, YG. (2023). Study of the Physiological, Metabolomic and Transcriptional Changes Mediated by Rootstocks to Explain the Water Stress Tolerance of Grafted Pepper Plants [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/199992 / Compendio

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Reducing groundwater withdrawals from the Mississippi River Valley Alluvial Aquifer is imperative to sustain future irrigated cropping systems in the mid-southern USA. This research was conducted to determine the impacts of cover crops and irrigation sensor thresholds on corn (Zea mays L.) and soybean (Glycine max L.) production, water productivity, irrigation water use efficiency, and soil physical properties in the Mississippi Delta. The cover crop treatments included cereal rye (Secale cereale L.), hairy vetch (Vicia villosa R.), wheat (Triticum aestivum L.)-radish (Raphanus sativus L.)-turnip (Brassica rapa L.) mix, and no cover crop. The irrigation thresholds included -40 kPa, -90 kPa, and no irrigation. In 2020, cover crops and irrigation thresholds showed minimal impacts on most of the measured parameters but showed improvements as the study progressed. After two years, it was determined that long-term evaluations are needed to make a recommendation to producers in the mid-southern USA.

A seguito degli scenari imposti dal cambio climatico il miglioramento dell’efficienza di uso dell’acqua (WUE) delle colture sono divenuti obiettivi fondamentali da perseguire. Il seguente studio pone al centro la WUE come parametro fisiologico cardine nella definizione del comportamento della vite in caso di riduzione della disponibilità idrica e si pone come obiettivo di valutarne le diverse forme di espressione, per individuare quale di queste sia meglio correlata alle performance delle varietà considerate, al fine di ottenere dati oggettivi che consentano di derivare consigli per la messa a punto di una più idonea tecnica irrigua. Nel triennio è stata valutata la risposta fisiologica di Sangiovese e Montepulciano, sottoposti a stress idrico di differente intensità in fasi fenologiche diverse. Inoltre, sono state saggiate le potenzialità genetiche della vite in condizioni di limitata disponibilità idrica attraverso il confronto delle performance di viti di Sangiovese innestate su due diversi portinnesti, ovvero confrontando un genotipo tradizionalmente sensibile, SO4, con uno selezionato in funzione della resistenza allo stress idrico, ovvero M4. Tutte le ricerche sono state condotte implementando apparati di misura innovativi che hanno permesso di ottenere la stima dell’efficienza di uso dell’acqua dell’intera chioma per la durata complessiva di ciascuna prova, poi confrontata con le forme più usuali di espressione di questo parametro fisiologico. Il lavoro rimette in discussione la metodologia e le deduzioni che si possono trarre da determinazioni di WUE condotte su singola foglia che, nella grande maggioranza dei casi, non hanno trovato corrispondenza nelle misure che hanno interessato l’intera chioma. / Within the current climate change scenario, the optimization of irrigation water use in vineyards by improving its water use efficiency (WUE) is a core subject of interest to assure sustainability in viticulture. The following research focuses on the physiological parameter WUE as pivotal in defining the behavior of grapevine under water stress. The aim is to assess the various forms of expression of the parameter, to identify which of these better correlates to the performance of the considered varieties, in order to obtain objective data and to derive recommendations for a more suitable irrigation technique. Over three years we evaluated physiological responses of Sangiovese and Montepulciano vines subjected to progressive water deficit either pre and post-veraison. Moreover, the genetic potential of grapevine under conditions of limited water availability was tested through the comparison of the performance of Sangiovese vines grafted on two different rootstocks; SO4, a traditional susceptible genotype and M4, a recently selected scion supposed to be tolerant to water stress. During the research we also designed, implemented and tested an innovative apparatus able to run automated water deficit experiments and to concurrently monitor whole canopy even for a season long time frame. These measurements were compared to traditional single leaf readings and a general conclusion was that, in most cases, single leaf WUE assessment did not match with the measures obtained from the whole canopy enclosure system.

Planting density and genotype have close relationship with the water relations in plants. The scenario of increased occurrence of extreme weather events and the change of Eucalyptus forest plantations to high water deficit regions, led us to the three key questions of this study: (1) What is the relationship between planting density and the potential water stress? (2) The planting spacing interferes the water use efficiency (WUE), i.e. the amount of biomass produced by the amount of water transpired? (3) Can the planting density change the soil water balance (BHS)? To develop this work, we settled a field trial in Mogi Guacu, SP, in February 2012. We planted four genetic material (Eucalyptus grandis x E.urophylla1 {Urograndis1}, Eucalyptus grandis x E.urophylla2, E.urophylla and E.grandis x E.camaldulensis {Grancam}) with different levels of tolerance to drought and four planting spacings (3.4, 7.0, 10.5 and 16.9 m2 plant-1, which correspond to densities of 2,949 , 1,424 and 1,028 and 591 plants ha-1). In Chapter 1, we evaluated the leaf water potential (representing potential water stress) of the four clones for 1 year, between 1.5 and 2.5 years. Regardless of the genetic material, the higher the wood productivity, the greater the leaf water potential. The denser planting (2,949 plants ha-1) stands generated 39% more wood, however, water stress potential reached up to 33% higher than the least dense planting (591 plants ha-1). In the second chapter, during the same period, we evaluated the efficiency of water use, which did not vary according to the change of planting density, but showed differences between genotypes with US 2.3, 2.2 and 1, 5 g L-1 to Urograndis, Urophylla and Grancam, respectively, at a density of 1,424 plants ha-1. Finally, the third chapter evaluated for two years, between 1.7 and 3.7 years, transpiration (T), soil evaporation (Es) and canopy interception (Ei), which together made up evapotranspiration (ET). Subtraction of precipitation (P) per ET resulted in soil water balance (SWB). The SWB was positive or near zero for the two clones evaluated (Urograndis1 and Grancam) when planting density was less than or equal to 1,028 trees ha-1. In the denser planting, the balance was -25%. These studies show that: a higher wood growth results in a higher potential drought stress, generating a clear trade-off between production and survival of trees. However, the detailed study of genetic materials fall under that there are increasing opportunities in water use efficiency, though without the increase in water use, bringing a greater share of water in the watershed scale. Finally, plantations above 1,028 ha-1 trees resulted in a negative soil water balance of -25% at the peak of growth. Together, this study reveals that spacing associated with genotypes can serve as tools in the search for balance between timber production and conservation of natural resources. / A densidade de plantio e o genótipo possuem estreita relação com as relações hídricas nas plantas. Sob um cenário de maior ocorrência de eventos climáticos extremos e do avanço dos plantios florestais de eucalipto para regiões de elevado déficit hídrico, elaboramos três perguntas-chave para esse estudo: (1) Qual a relação entre a densidade de plantio e o potencial estresse hídrico? (2) O espaçamento de plantio interfere na eficiência do uso da água (EUA), i.e., na quantidade de biomassa produzida pela quantidade de água transpirada? (3) Pode a densidade de plantio alterar o balanço hídrico do solo (BHS)? Para responder a essas questões, instalou-se um ensaio de campo em Mogi Guacu, SP, em fevereiro de 2012. Foram plantados quatro materiais genéticos (Eucalyptus grandis x E.urophylla1 {Urograndis1}, Eucalyptus grandis x E.urophylla2, E.urophylla e E.grandis x E.camaldulensis {Grancam}) com distintos níveis de tolerância à seca e quatro espaçamentos de plantio (3,4, 7,0, 10,5 e 16,9 m2 planta-1, que correspondem às densidades de 2.949, 1.424 e 1.028 e 591 plantas ha-1). No capítulo 1, avaliou-se o potencial hídrico foliar (representando o potencial estresse hídrico) dos quatro clones durante 1 ano, entre 1,5 e 2,5 anos. Independentemente do material genético, quanto maior a produtividade madeireira atingida, maior o potencial hídrico foliar. Os plantios mais adensados (2.949 plantas ha-1) geraram povoamentos 39% mais produtivos, no entanto, o potencial estresse hídrico chegou a atingir 33% acima do plantio menos adensado (591 plantas ha-1). No segundo capítulo, durante o mesmo período, avaliou-se a eficiência do uso da água, que não variou conforme a mudança de densidade de plantio, mas apresentou diferença entre os genótipos, com EUA de 2,3, 2,2 e 1,5 g L-1 para os clones Urograndis, Urophylla e Grancam, respectivamente, na densidade de 1.424 plantas ha-1. Por fim, o terceiro capítulo avaliou durante dois anos, entre 1,7 e 3,7 anos, a transpiração (T), evaporação do solo (Es) e interceptação de água pela copa (Ei), que somados compunham e evapotranspiração (ET). A subtração da precipitação (P) da ET resultou no balanço hídrico do solo (BHS). O BHS foi positivo ou próximo de zero para os dois clones avaliados (Urograndis1 e Grancam) quando a densidade de plantio foi inferior ou igual a 1.028 árvores ha-1. No plantio mais adensado, o balanço foi de -25%. Estes estudos demonstram que: a maior produtividade madeireira acarreta em maior potencial estresse hídrico, gerando um claro dilema entre a produção e a sobrevivência dos plantios. No entanto, o estudo detalhado dos materiais genéticos releva que há possibilidades de incremento na eficiência do uso da água sem que ocorra o aumento no uso da água, trazendo um maior compartilhamento da água na escala da microbacia. Por fim, plantios acima de 1.028 árvores ha-1 resultaram em um balanço hídrico do solo negativo médio de -25% no pico do crescimento. Em conjunto, o presente trabalho releva que o espaçamento associado a materiais genéticos específicos, podem servir como ferramenta na busca pelo equilíbrio entre a produção madeireira e a conservação de recursos naturais.

Planting density and genotype have close relationship with the water relations in plants. The scenario of increased occurrence of extreme weather events and the change of Eucalyptus forest plantations to high water deficit regions, led us to the three key questions of this study: (1) What is the relationship between planting density and the potential water stress? (2) The planting spacing interferes the water use efficiency (WUE), i.e. the amount of biomass produced by the amount of water transpired? (3) Can the planting density change the soil water balance (BHS)? To develop this work, we settled a field trial in Mogi Guacu, SP, in February 2012. We planted four genetic material (Eucalyptus grandis x E.urophylla1 {Urograndis1}, Eucalyptus grandis x E.urophylla2, E.urophylla and E.grandis x E.camaldulensis {Grancam}) with different levels of tolerance to drought and four planting spacings (3.4, 7.0, 10.5 and 16.9 m2 plant-1, which correspond to densities of 2,949 , 1,424 and 1,028 and 591 plants ha-1). In Chapter 1, we evaluated the leaf water potential (representing potential water stress) of the four clones for 1 year, between 1.5 and 2.5 years. Regardless of the genetic material, the higher the wood productivity, the greater the leaf water potential. The denser planting (2,949 plants ha-1) stands generated 39% more wood, however, water stress potential reached up to 33% higher than the least dense planting (591 plants ha-1). In the second chapter, during the same period, we evaluated the efficiency of water use, which did not vary according to the change of planting density, but showed differences between genotypes with US 2.3, 2.2 and 1, 5 g L-1 to Urograndis, Urophylla and Grancam, respectively, at a density of 1,424 plants ha-1. Finally, the third chapter evaluated for two years, between 1.7 and 3.7 years, transpiration (T), soil evaporation (Es) and canopy interception (Ei), which together made up evapotranspiration (ET). Subtraction of precipitation (P) per ET resulted in soil water balance (SWB). The SWB was positive or near zero for the two clones evaluated (Urograndis1 and Grancam) when planting density was less than or equal to 1,028 trees ha-1. In the denser planting, the balance was -25%. These studies show that: a higher wood growth results in a higher potential drought stress, generating a clear trade-off between production and survival of trees. However, the detailed study of genetic materials fall under that there are increasing opportunities in water use efficiency, though without the increase in water use, bringing a greater share of water in the watershed scale. Finally, plantations above 1,028 ha-1 trees resulted in a negative soil water balance of -25% at the peak of growth. Together, this study reveals that spacing associated with genotypes can serve as tools in the search for balance between timber production and conservation of natural resources. / A densidade de plantio e o genótipo possuem estreita relação com as relações hídricas nas plantas. Sob um cenário de maior ocorrência de eventos climáticos extremos e do avanço dos plantios florestais de eucalipto para regiões de elevado déficit hídrico, elaboramos três perguntas-chave para esse estudo: (1) Qual a relação entre a densidade de plantio e o potencial estresse hídrico? (2) O espaçamento de plantio interfere na eficiência do uso da água (EUA), i.e., na quantidade de biomassa produzida pela quantidade de água transpirada? (3) Pode a densidade de plantio alterar o balanço hídrico do solo (BHS)? Para responder a essas questões, instalou-se um ensaio de campo em Mogi Guacu, SP, em fevereiro de 2012. Foram plantados quatro materiais genéticos (Eucalyptus grandis x E.urophylla1 {Urograndis1}, Eucalyptus grandis x E.urophylla2, E.urophylla e E.grandis x E.camaldulensis {Grancam}) com distintos níveis de tolerância à seca e quatro espaçamentos de plantio (3,4, 7,0, 10,5 e 16,9 m2 planta-1, que correspondem às densidades de 2.949, 1.424 e 1.028 e 591 plantas ha-1). No capítulo 1, avaliou-se o potencial hídrico foliar (representando o potencial estresse hídrico) dos quatro clones durante 1 ano, entre 1,5 e 2,5 anos. Independentemente do material genético, quanto maior a produtividade madeireira atingida, maior o potencial hídrico foliar. Os plantios mais adensados (2.949 plantas ha-1) geraram povoamentos 39% mais produtivos, no entanto, o potencial estresse hídrico chegou a atingir 33% acima do plantio menos adensado (591 plantas ha-1). No segundo capítulo, durante o mesmo período, avaliou-se a eficiência do uso da água, que não variou conforme a mudança de densidade de plantio, mas apresentou diferença entre os genótipos, com EUA de 2,3, 2,2 e 1,5 g L-1 para os clones Urograndis, Urophylla e Grancam, respectivamente, na densidade de 1.424 plantas ha-1. Por fim, o terceiro capítulo avaliou durante dois anos, entre 1,7 e 3,7 anos, a transpiração (T), evaporação do solo (Es) e interceptação de água pela copa (Ei), que somados compunham e evapotranspiração (ET). A subtração da precipitação (P) da ET resultou no balanço hídrico do solo (BHS). O BHS foi positivo ou próximo de zero para os dois clones avaliados (Urograndis1 e Grancam) quando a densidade de plantio foi inferior ou igual a 1.028 árvores ha-1. No plantio mais adensado, o balanço foi de -25%. Estes estudos demonstram que: a maior produtividade madeireira acarreta em maior potencial estresse hídrico, gerando um claro dilema entre a produção e a sobrevivência dos plantios. No entanto, o estudo detalhado dos materiais genéticos releva que há possibilidades de incremento na eficiência do uso da água sem que ocorra o aumento no uso da água, trazendo um maior compartilhamento da água na escala da microbacia. Por fim, plantios acima de 1.028 árvores ha-1 resultaram em um balanço hídrico do solo negativo médio de -25% no pico do crescimento. Em conjunto, o presente trabalho releva que o espaçamento associado a materiais genéticos específicos, podem servir como ferramenta na busca pelo equilíbrio entre a produção madeireira e a conservação de recursos naturais.

O hábito de crescimento influencia o balanço entre o desenvolvimento vegetativo e o reprodutivo das plantas. Este, por sua vez, está diretamente vinculado a diversas variáveis de interesse agronômico, como produtividade e consumo de água. Em tomateiro, existem três hábitos de crescimento conhecidos: determinado, indeterminado e semi-determinado, sendo esse último na verdade determinado, porém com uma extensão do ciclo vegetativo. Cultivares de crescimento determinado são largamente utilizadas para produção de tomates destinados à indústria (molhos e ketchups), e as indeterminadas destinadas ao consumo in natura. Por outro lado, genótipos de crescimento semi-determinado, embora ainda sejam pouco explorados, apresentam-se como ótimas opções tanto para indústria quanto para o consumo in natura. Diante disto, o presente trabalho teve por objetivo avaliar a implicação do hábito de crescimento semi-determinado no desempenho produtivo e na eficiência no uso da água de plantas de tomateiro. Para tal, genótipos com diferentes hábitos de crescimento foram produzidos, por meio de introgressões de variações alélicas que afetam o hábito de crescimento das plantas, no background genético da cultivar miniatura de tomateiro Micro-Tom (MT). A caracterização desses genótipos demonstrou que os materiais de crescimento semideterminado apresentam um atraso no florescimento, emitindo em média uma folha a mais antes da formação da primeira inflorescência. Além disso, verificasse que essas plantas apresentam uma altura intermediária entre genótipos de crescimento determinado e indeterminado, aos 50 dias após a semeadura. Já para características agronômicas, constatou-se um aumento significativo na produtividade e no conteúdo de sólidos solúveis totais (brix) nos frutos dos genótipos de crescimento semi-determinado em comparação com o de crescimento determinado. Os dados sugerem que esse efeito seja resultante de um balanço mais equilibrado entre o desenvolvimento vegetativo e o reprodutivo, evidenciado pela ausência de diferença significativa na partição de massa seca oriunda do desenvolvimento vegetativo e do reprodutivo nesses genótipos, quando comparados aos genótipos de crescimento determinado e indeterminado. A eficiência no uso da água (EUA) foi avaliada tanto gravimetricamente (massa seca total produzida por quantidade de água transpirada), quanto através de discriminação isotópica. Os genótipos de crescimento semi-determinado apresentaram maior EUA do que os genótipos determinado e indeterminado aos 50 dias após a semeadura. Curiosamente, as plantas de crescimento semi-determinado mostraram-se mais resistentes, quando submetidas a um estresse de seca, que o genótipo de crescimento determinado utilizado como controle nas avaliações. Entretanto, são necessários estudos para elucidar o mecanismo envolvido nesta resistência. Em conclusão, os resultados aqui apresentados sugerem que os genótipos de crescimento semi-determinado atingiram o balanço ótimo entre desenvolvimento vegetativo e reprodutivo, de forma a aumentar concomitantemente, produtividade, conteúdo de brix nos frutos, e eficiência no uso da água. / Growth habit influences the balance between vegetative and reproductive development of plants. This, in turn, is directly linked to several variables of agronomic interest, such as yield and water-use efficiency (WUE). In tomato, there are three growth habits: determinate, indeterminate and semi-determinate, the latter being actually determinate, but with an extension of the vegetative cycle. Cultivars of determinate growth are widely used for processing-tomato industry (sauces and ketchups), and indeterminate for in natura consumption (production to salads). On the other hand, semi-determinate growth genotypes, although are still poorly explored, they present an excellent option for both the industry and in natura consumption. Thus, the aim of the present study was to evaluate the implication of the semi-determinate growth habit in productive performance and in WUE of tomato plants. For this reason, genotypes with different growth habits were produced through introgression of allelic variations that affect the plants growth habit, in the genetic background of the tomato cultivar Micro-Tom (MT). The characterization of these genotypes showed that the semi-determinate growth materials exhibit a delay in flowering, producing on average one extra leaf before the first inflorescence formation. In addition, this architecture presents an intermediate height between determinate and indeterminate growth genotypes, 50 days after sowing. As for agronomic traits, we found a significant increase in yield and total soluble solids content (brix) in the fruits of semi-determinate growth genotypes compared with determinate growth. Our data suggest this effect is resulting from a more balanced vegetative and reproductive development, evidenced by the absence of significant difference on the dry matter partition derived from the vegetative and reproductive development in these genotypes, when compared to determinate and indeterminate growth genotypes. WUE was evaluated both gravimetrically (dry mass produced per amount of water transpired), and through isotopic discrimination. The semideterminate growth genotypes showed higher WUE than determinate and indeterminate genotypes at 50 days after sowing. Interestingly, the plants of semideterminate growth were more resistant than determinate growth genotype used as control, when exposed to drought stress. However, studies are needed to elucidate the mechanism involved in this resistance. In conclusion, the results presented here suggest that the genotypes of semi-determinate growth reached the optimal balance between vegetative and reproductive development, in order to increase concomitantly, productivity, brix content in the fruits, and WUE.

O setor sucroenergético enfrenta atualmente uma crise industrial e agrícola, carecendo de pesquisas para reverter este quadro, dependendo de matéria-prima a custos competitivos, e isso, passa obrigatoriamente pelo aumento de produtividade no campo. A irrigação é uma das alternativas para o aumento de produtividade, mas exige investimentos consideráveis para se irrigar de forma profissional. Além disso, a crescente demanda por alimentos e a competição por recursos hídricos em todo o mundo são uma realidade que impulsiona o uso mais eficiente da água em todos os setores, principalmente na agricultura. Assim, com a hipótese de que, para cada variedade de cana-de-açúcar, existe uma combinação mais adequada entre a lâmina de irrigação e a intensidade do déficit hídrico na fase de maturação, de modo a maximizar a produtividade, o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de quatro lâminas de irrigação e quatro intensidades de déficit hídrico na fase de maturação, para oito variedades de cana-deaçúcar irrigadas por gotejamento, analisando as variáveis relacionadas à qualidade e à produtividade por unidade de área, bem como, quantificando a produtividade por unidade de água (evapo)transpirada (produtividade da água). O experimento foi conduzido em estufa na Escola Superior de Agricultura \"Luiz de Queiroz\" (USP), em Piracicaba-SP. Os tratamentos foram distribuídos em esquema fatorial (4x4x8) com parcelas sub-subdivididas com 3 repetições, totalizando-se 128 tratamentos e 384 parcelas experimentais, sendo as parcelas experimentais compostas de um vaso com aproximadamente 330 litros de solo contendo duas plantas. As lâminas avaliadas (L50, L75 L100 e L125) foram variações na fração aplicada ao longo do tempo tomando como referência o tratamento L100, em que se manteve a umidade do solo próxima à capacidade de campo (θcc) ao longo de todo experimento. Cada variedade testada teve sua própria referência L100. As intensidades do déficit hídrico para maturação avaliadas foram M1 (déficit hídrico moderado de longa duração), M2 (déficit hídrico intensivo de longa duração), M3 (sem déficit hídrico) e M4 (déficit hídrico severo de curta duração). A produtividade de colmos (TCH) foi favorecida pela combinação L100 e M3, independente da variedade estudada, com valor médio estimado de 232,2 t ha-1. Entre as variedades, a V4 apresentou a maior TCH, com média de 250,4 t ha-1 para L100. O rendimento bruto de açúcar (RBA) está diretamente ligado à produtividade de colmos, sendo igualmente favorecido pela combinação de L100 e M3, com valor médio de 23,4 t ha-1. As variedades V1, V2, V4 e V6, na lâmina L100, não diferiram significativamente entre si para RBA e tiveram a maior média, 23,9 t ha-1. A produtividade da água em açúcar e biomassa foi diferenciada em 4 e 2 grupos de variedades, respectivamente, e foi independente da lâmina de irrigação e do manejo para maturação adotados. Este resultado para a produtividade da água é característico da irrigação por gotejamento, onde as perdas por evaporação são minimizadas e a retenção de água nas folhas inexiste. Desta maneira, recomenda-se a irrigação plena de cana-de-açúcar caso a opção econômica seja pelo sistema de gotejamento. / The sugarcane industry is currently facing an industrial and agricultural crisis, lacking research to reverse this situation, depending on the raw material at competitive costs, and this inevitably entails the increase in productivity in the field. The use of irrigation systems is imposed as an alternative, but requires considerable investments to irrigate professionally. In addition, the growing demand for food and competition for water resources worldwide, are a reality that drives the more efficient water use in all sectors, especially in agriculture. Thus, with the hypothesis that there is for each variety of sugar sugarcane, a more appropriate mix between irrigation depth and intensity water deficit during ripening, in order to maximize productivity, the aim of this work was to evaluate the effect of four irrigation depths and four levels of water stress during ripening, for eight drip irrigated sugarcane varieties, analyzing the variables related to quality and productivity per area unit, as well as quantifying productivity per unit of evapotranspired water (water productivity). The experiment was conducted in a greenhouse at the \"Luiz de Queiroz\" College of Agriculture (USP) in Piracicaba-SP. Treatments were arranged in a factorial design (4x4x8) with split-split-plot with three replicates, totaling 128 treatments and 384 plots, and the plots consist of a box with about 330 liters of soil containing two plants. The evaluated irrigation depths (L50, L75 and L100 L125) were variations in the fraction applied over time, relative to the treatment L100, where soil moisture remained close to field capacity (θcc) throughout the experiment. Each tested variety had its own reference L100. The intensities of water deficit during maturation were evaluated for M1 (moderate water deficit of long duration), M2 (intensive water deficit of long duration), M3 (no water deficit) and M4 (severe water deficit of short duration). The sugarcane yield (TCH) was favored by the combination L100 and M3, regardless of the studied variety, with an estimated average value of 232.2 t ha-1. Among the varieties, V4 had the highest TCH, with average of averaging 250.4 t ha-1 for L100. Sugar yield (RBA) is directly linked to sugarcane yield and is also favored by the combination of L100 and M3, with an average value of 23.4 t ha-1. The V1, V2, V4 and V6 varieties, for irrigation depth L100, did not differ significantly for RBA and had the highest average, 23.9 t ha-1. The water productivity in sugar and biomass differed in 4 and 2 variety groups, respectively, and was independent of the adopted irrigation depth and maturation management. The result for water productivity is characteristic of drip irrigation, where losses by evaporation are minimized and water retention in the leaves does not exist. Thus, one should consider the possibility of full drip irrigation, instead of the deficit one, for sugarcane.

Made available in DSpace on 2016-04-28T14:58:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2006-Joao Batista Alves Pereira.pdf: 1832144 bytes, checksum: 36798c7d302cc3a5d500e230c9f5af03 (MD5) Previous issue date: 2006-02-21 / Evaluation of the vegetal growth, hydric necessity and water use efficiency by bell pepper crop (Capsicum annum. L.) under organic management in system of seeding with prepare soil and no till cropping system. This work was conducted in the experimental area of SIPA (Integrated system of agro ecological production), at the county of Serop?dica RJ, with the aim of valuate the growth , the water needs, and the efficiency of the use of the water by the bell pepper culture (Capsicum annuum. L ), at the conventional (PC) and the direct systems of soiling. The conventional system consisted of soil prepare with rotational hoe tied to a micro tractor, and the direct soiling, being done after the occupation of the area with a combination of Sorghum bicolor and Crotal?ria acroleura, that was grazed at the transplantation of the bell pepper s seedlings without previous soil preparation. The same fertilization and cultural practices permitted by the agro ecological handling, was used in both systems. The two systems tested, received sprinkler irrigation, and the determination of the water s blade, was made by monitoring with TDR (Time Domain Reflectometry), calibrated for the soil conditions of the experimental area. The splits were also monitorated by a tensiometer at a 50 cm. deep. Collects were made at intervals of 14 days, with the aim of foliar area evaluation, biomass accumulation by the parts of the plant, along the entire cycle, being also evaluated the crop production at the two systems of soiling. By the adjustment of the IAF (Foliar Area Indices ) and the biomass accumulated by the plant at the two systems of planting in function of accumulated day-degree (GDA), was verified that 1533 GDA was necessary to complete the productive cycle, reaching the top of accumulated biomass at 1059 and 1148 GDA, at PC and PD respectivement. There were no differences between the systems of planting, in respect of the growth rate and the productivity, however the PD system gave less competition between spontaneous vegetation and the bell pepper crop, reducing in 60% the necessity of hand labor at the firsts weddings. The PD system raise the efficiency of the use of water (EUA) by the crop reducing in 47,5 mm. the blade applied during its cycle, in relation of PC. The irrigation handling using TDR, provide an meaning EUA of 4,4 Kg.m-3, above the means of 1,5 to 3,0Kg.m-3, recommended by Doorenbos & Kassam (1994). The culture coefficients (Kc) recommended for the bell pepper crop, were evaluated together with the calculated coefficients using some methodologies proposed in this work, and was noted that the estimated Kc s values of the production cycles (ETc cycle) and by the Kc curve (graphic ETc) estimated during the culture cycle, were more appropriated for the calculation of the evapotranspiration of the crop. The estimation of reference evapotranspiration (ETo), by the pan class A method, made possible means close to those estimated by the Penman-Monteith model witch is recommended by FAO as standard. Therefore, the pan class A method, can be utilized in the estimated ETo, at same conditions of the experiment when there are no data of climate for the Penman-Monteith model use. Associated tensiometry and TDR for irrigation management, showed to be an essential practice when looking for raising the efficiency of the use of water. / Este trabalho foi realizado na ?rea experimental do SIPA (Sistema Integrado de produ??o Agroecol?gica), localizada no munic?pio de Serop?dica-RJ, com o objetivo de avaliar o crescimento, as necessidades h?dricas e a efici?ncia no uso da ?gua pela cultura do piment?o (Capsicum annuum. L), nos sistemas de plantio convencional (PC) e direto (PD). O sistema convencional consistiu de preparo de solo com enxada rotativa acoplada a micro-trator e o plantio direto, na ocupa??o da ?rea com pr?-cultivo, utilizando o cons?rcio Sorghum bicolor e Crotal?ria acroleura, os quais foram ro?ados por ocasi?o do transplante das mudas de piment?o, sem o preparo pr?vio do solo. Em ambos os tratamentos a cultura recebeu a mesma aduba??o de cova e tratos culturais permitidos pelo manejo agroecol?gico. Nos dois sistemas de plantio a cultura foi irrigada por aspers?o, e a determina??o das l?minas aplicadas, foi realizada atrav?s do monitoramento com TDR (Reflectometria no dom?nio do tempo), calibrado para as condi??es de solo da ?rea experimental. As parcelas foram monitoradas tamb?m por tensi?metro no perfil de 50cm de profundidade. Foram realizadas coletas em intervalos de 14 dias com a finalidade de avaliar a ?rea foliar e acumulo de biomassa pelas partes da planta, durante todo o seu ciclo, sendo avaliado tamb?m a produ??o pela cultura nos dois sistemas de plantio. Por meio do ajuste do IAF e da biomassa acumulada pela planta nos dois sistemas de plantio em fun??o de graus-dia acumulado (GDA), constatou-se que s?o necess?rios 1533 GDA para que a planta complete o seu ciclo produtivo, atingindo o m?ximo de biomassa acumulada aos 1059 e 1148 GDA, no PC e PD, respectivamente. Os sistemas de plantio n?o diferiram significativamente entre si com rela??o ?s taxas de crescimento e produtividade, entretanto o plantio direto proporcionou menor competi??o da vegeta??o espont?nea com a cultura, reduzindo em 60 % a necessidade de m?o-de-obra nas primeiras capinas. O PD aumentou a efici?ncia no uso da ?gua (EUA), pela cultura, reduzindo em 47,5mm a l?mina aplicada durante o seu ciclo, em rela??o ao PC. O manejo da irriga??o utilizando o TDR, proporcionou a EUA m?dia de 4,4kg.m-3, acima dos valores 1,5 a 3,0kg.m-3 propostos por Doorenbos e Kassam (1994). Os Coeficientes de cultivo (Kc) recomendados para a cultura, foram avaliados juntamente com os calculados por v?rias metodologias propostas neste trabalho, verificando-se que os valores de Kc estimados em fun??o dos ciclos de produ??o (ETc ciclo) e pela curva de Kc (ETc gr?fico) estimados durante o ciclo da cultura, se mostraram mais adequados ao c?lculo da evapotranspira??o da cultura. A estimativa da evapotranspira??o refer?ncia (ETo), pelo m?todo do tanque classe A , possibilitou valores pr?ximos aos estimados pelo modelo de Penman-Monteith recomendado pela FAO como padr?o. Portanto o m?todo do tanque classe A poder? ser utilizado na estimativa da ETo, em condi??es semelhantes a do experimento, quando n?o houver disponibilidade de dados clim?ticos para o uso do modelo de Penman- Monteith. O uso da tensiometria associado ao TDR no manejo de irriga??o revelou ser uma pr?tica indispens?vel, quando se almeja aumentar a efici?ncia no uso da ?gua.