VOLUME 40 (1998) - #3 (July/August/September)

Microbial contamination of subsurface tile drainage water from field applications of liquid manure - D.M. Joy, H. Lee, C.M. Reaume, H.R. Whiteley and S. Zelin

Application of liquid manure to fields is a common practise to efficiently utilize and dispose of manure in many North American farm operations. Guidelines given to farm operators frequently focus on the amounts of manure required to provide certain nutrient requirements given the source of the manure and plant requirements. Under proper conditions, this is an efficient use of manure with few adverse environmental impacts. However, under adverse conditions, excessive application rates can result in significant ground and surface water contamination by bacterial and other contaminants in the manure. A key problem is that the pathways by which these contaminants reach surface waters are not well understood. Because of this, not enough information is available on the amounts which can be safely spread and those conditions to avoid in order to prevent inadvertent contamination by the spreading of liquid manure. The experiments described in this paper report on bacterial contamination at a single field site due to liquid manure spreading under accepted practises in Ontario over a two year period. A nalidixic acid resistant strain of Escherichia coli was used as a biotracer to quantify the degree of transport from the field level to nearby receiving waters. The results show that significant amounts of bacteria can reach surface water by infiltrating through the soil and travelling through sub-surface tile drains to the receiving water. Rain shortly after manure application is suggested to be the most important indicator of bacterial contamination rather than spreading rate (volume applied per unit area) or condition of the field prior to spreading.

L'application de purin dans les champs est une pratique communément utilisée en Amérique du Nord pour se défaire des déjections animales. Dans les normes d'application fournies aux agriculteurs, les dosages de purin sont calculés de manière à rencontrer les besoins nutritifs en certains éléments, selon la provenance du fumier et les besoins des plantes. Lorsque les conditions sont adéquates, cette façon de faire est efficace et a peu d'impacts environnementaux. Cependant, dans de mauvaises conditions, des applications excessives conduisent à la contamination des eaux de surface et souterraines par les bactéries et autres contaminants du fumier. Les voies empruntées par ces contaminants pour atteindre les eaux de surface sont mal connues. A cause de cela, on ne connaît pas les conditions et les quantités de purin qui peuvent être épandues de manière sécuritaire. Durant deux ans, on a étudié la contamination dues aux bactéries provenant d'un champ où les épandages avaient été faits selon les pratiques admises en Ontario. On a utilisé une souche de Escherichia coli résistante à l'acide nalidixique comme biotraceur afin de suivre le mouvement des bactéries entre le champ et les eaux de surface à proximité. Les résultats montrent que des quantités importantes de bactéries atteignent les cours d'eau en s'infiltrant dans les sols et en se déplaçant dans les tuyaux de drainage souterrain. Il semble que le meilleur indicateur de mouvement des bactéries soit les précipitations peu de temps après les épandages plutôt que le dosage (volume appliqué par unité de surface) ou les conditions du champ avant l'application.

Spatial interpolation of snow depth and water equivalent measurements in Prince Edward Island, Canada - L. Edwards, B. Bernsdorf, M. Pauly, J.R. Burney, M.G. Satish and M. Brimacombe

Snowmelt is the cause of more than one-half of the total annual soil erosion from arable land on Prince Edward Island (PEI). Thus, as part of a wider study on cool-period soil erosion, this study was conducted to assess the application of kriging for extrapolating snowcover measurements spatially over arable PEI land and for eventual use in soil erosion models. Snow cover was randomly sampled for depth and density. Sample-sites were geo-referenced and located on the ground with the aid of a Global Positioning System (GPS). Documentation of the results was cartographic and was aided by a Geographic Information System (GIS). This procedure was found to be applicable to the existing data set. Keywords: snowmelt erosion, snow distribution, Global Positioning Systems, Geographic Information Systems, kriging.

La fonte des neiges cause plus de la moitié de l'érosion totale annuelle des sols de l'Ile-du-Prince-Edouard. Cette étude, qui fait partie d'une étude plus vaste sur l'érosion des sols lorsque les températures sont froides, examine la possibilité d'utiliser le krigeage pour estimer les variations spatiales de la couverture de neige sur les sols arables de l'Ile-du-Prince-Edouard, et éventuellement d'utiliser ces données dans des modèles d'érosion des sols. On a échantillonné la couverture de neige au hasard afin d'en mesurer l'épaisseur et la densité. Les sites d'échantillonnage ont été géo-référencés et leur position au sol a été déterminée avec un système de positionnement global (GPS). Les résultats sont présentés sur des cartes préparées avec un système d'information géographique (SIG). La procédure utilisée semble s'appliquer aux données existantes. Mots-clés: érosion, fonte des neiges, distribution de la neige, système de positionnement global, système d'information géographique, krigeage.

Estimates of tillage effects on saturated hydraulic conductivity - Y. Chen, S. Tessier and J. Gallichand

Soil saturated hydraulic conductivity (K_s) is needed to simulate many water transport related processes in soil, such as water erosion, surface runoff, and water supply to plants. In this study, data reported in the literature relating K_s to tillage practices published during the past 25 years were compiled, pooled, and regressed to obtain relationships between K_s and soil variables. The data showed that soil bulk density (_b) is a major factor influencing K_s for general tillage conditions. When specific tillage treatments are considered, K_s is principally related to soil organic matter (OM) for no-till soil; K_s is also affected by the clay and silt contents for plowed soils. Based on data compiled from the literature, several equations that incorporate tillage practice and basic soil variables were proposed to estimate K_s. These equations were evaluated with field data from Quebec soils where the dominant textures were sandy. Large differences in K_s values between the field data and the prediction values were found due to variable soil characteristics and tillage conditions. Evaluations of three previously-published models for K_s prediction were also performed using the Quebec field data and none of them was in close agreement with the measurements. However, results from Campbell's model were significantly correlated to the field data, although the model under-predicted K_s. This model was calibrated with the measured Quebec data used in this study for prediction of field K_s for sandy soils.

La conductivité hydraulique saturée (K_s) est un paramètre, nécessaire pour simuler les processus de transport de l'eau, comme le ruissellement et l'apport de l'eau aux racines des plantes. Dans cette étude, les données retrouvées dans les rapports de recherche sur la K_s en fonction du travail du sol, publiés durant les dernières 25 années, ont été compilées, classées et étudiées afin de dégager des relations entre la K_s et les variables du sol. Ces données illustrent que la masse volumique apparente (_b) est un facteur majeur qui influence la K_s pour les conditions générales de travail du sol. Pour un système de travail du sol précis, la K_s est principalement associée à la matière organique (OM) pour le semis direct, alors qu'elle est plutôt dépendante des teneurs au argile et limon pour le labour (charrue à versoirs). Ce recensement a permis de proposer plusieurs équations qui intègrent l'influence des systèmes de travail du sol et les variables du sol pour estimer la K_s. Ces équations ont été vérifiées à l'aide d'observations prises au champ au Québec où la texture dominante du sol était sableuse. De grandes différences entre les valeurs de K_s observées et les valeurs prédites ont découlé des conditions contrastantes entre le champ et les données publiées. Une évaluation de trois modèles publiés pour la prédiction de la K_s a été aussi accomplie avec ces mêmes observations au champ. Aucun de ces trois autres modèles n'ont été en meilleur accord avec ces observations. Cependant, les prédictions du modèle de Campbell était plus étroitement corrélées aux observations au champ, malgré une sous-estimation de K_s. Ce modèle a ensuite été calibré avec ces observations pour prédire la K_s des sols sableux.

Uniformity of liquid manure application from existing land application systems - G.J. Wall, D.J. King, B.A. Grant, N.B. McLaughlin and P.H. Clarke

Land application of liquid manure is currently creating significant environmental issues related to air and water quality. To reduce environmental impacts and to meet crop nutrient requirements, liquid manure must be applied at uniform controlled rates. The objective of this study was to evaluate the uniformity of current liquid manure application systems used in Southern Ontario. Existing single and multiple splash plate systems were evaluated at the field scale using three replicated continuous rows of sampling trays (0.126 m²) placed perpendicular to the direction of travel. Application rates, coefficients of variation (CV) and uniformity coefficients (U_C) were calculated from the masses of manure in the sample trays. The manure application equipment tested had CV values ranging from 30 to 68% with a mean value of 50%. Large CV values for uniformity are inadequate for crop production purposes when the manure is the primary nutrient source. The implications are significant for soil fertility management, crop productivity, and potential environmental impact to sensitive areas due to high hydraulic conductivity to subsurface waters.

L'épandage de purin sur les sols est à l'origine de problèmes environnementaux qui affectent la qualité de l'air et de l'eau. Afin de diminuer ces impacts tout en satisfaisant les besoins des plantes en éléments nutritifs, les applications de purin doivent se faire de façon contrôlée et à des taux uniformes, L'objectif de cette étude était d'évaluer l'uniformité des épandeurs de purin actuellement utilisés dans le sud de l'Ontario. Des épandeurs à déflecteur unique et à déflecteurs multiples existants ont été évalués à l'échelle du champ, à l'aide de 3 séries de plateaux d'échantillonnage (0.126 m²) disposés sur des rangées adjacentes, et perpendiculairement à la direction du déplacement. A partir des masses de purin recueillies dans les plateaux, on a calculé les taux d'application ainsi que les coefficients de variation (CV) et d'uniformité (U_C). Les équipements testés avaient des CV allant de 30 à 68%, et une moyenne de 50%. Des valeurs élevées de CV dans l'uniformité d'application sont inacceptables si le purin est la principale source de fertilisation des cultures. Les répercussions sont également importantes sur la gestion de la fertilité des sols, la productivité et les impacts environnementaux sur les eaux souterraines dans les zones sensibles où la conductivité hydraulique est élevée.

Determination of the lethal high temperature for the Colorado potato beetle (Coleoptera: Chrysomelidae) - Y. Pelletier

The susceptibility of insects to high temperatures has been used to develop control methods for pests in stored products and crops. Recently, microwaves and propane flamers were evaluated as control techniques for the Colorado potato beetle, Leptinotarsa decemlineata (Say). These methods aim to increase the body temperature of the insect above its lethal threshold. The lethal high temperature for six stages of the Colorado potato beetle was evaluated by exposing the insects to either warm water or hot air. The lethal temperature obtained by immersing insects in warm water was up to 5.2 C lower than with hot air. The difference in the LT₉₅ between the warm water and hot air tests varied with the size of the insect, the larger stages showing a larger difference. When large stages of the insect were placed in an oven, it took 10 to 15 minutes for the body temperature to reach a value close to the air temperature. In hot air conditions, the body temperature remained several degrees below the air temperature indicating heat loss by evaporation. Reducing the exposure time to hot air from 20 to 10 minutes resulted in an increase of up to 3.7 C in the lethal temperature. The effect of the reduction of the exposure time was more pronounced with the larger stages. The value of the LT₉₅ ranged from 50.1 to 56.2 C depending on the stage of the Colorado potato beetle. Implications for the development of new physical control methods are also discussed. Keywords: Colorado potato beetle, lethal temperature, physical control method.

La susceptibilité des insectes pour les températures élevées a été utilisée pour le développement de méthodes de contrôle des insectes des produits entreposés ou des cultures. Les micro-ondes et un brûleur au propane ont été évalués comme méthode de contrôle du doryphore de la pomme de terre, Leptinotarsa decemlineata (Say). Ces méthodes visent à élever la température corporelle de l'insecte au-dessus du niveau létal. La température létale supérieure de six stades du doryphore de la pomme de terre a été déterminée en exposant les insectes à de l'air ou de l'eau chaude. La température létale des insectes immergés dans l'eau chaude était jusqu'à 5.2 C moins élevée qu'avec l'air chaud. La différence entre la valeur de la TL₉₅ obtenue avec les méthodes à l'eau et à l'air chaud variait en fonction de la taille de l'insecte, les stades les plus gros démontrant une différence plus grande. Une période de 10 à 15 min était nécessaire pour stabiliser la température corporelle des gros insectes placés dans un four. Dans ces conditions, la température corporelle de l'insecte demeurait plusieurs degrés plus basse que l'air environnant ce qui suppose une perte de chaleur par évaporation. La réduction du temps d'exposition à l'air chaude de 20 à 10 min a résulté en une augmentation de la température létale de 3.7 C. L'effet de la réduction du temps d'exposition était plus marqué avec les gros stades. La valeur de la TL₉₅ variait entre 50.1 et 56.2 C selon les stades de développement du doryphore. Les implications de ces résultats sur le développement de méthodes physiques de contrôle des ravageurs sont discutées.

Dielectric properties of whole, chopped and powdered grain at various bulk densities - M.S. Venkatesh, E. St-Denis, G.S.V. Raghavan, P. Alvo and C. Akyel

The dielectric properties of whole, chopped, and powdered corn and wheat kernels were determined at 915 MHz and 24C by the cavity perturbation technique. Existing cubic and quadratic relations were respectively found to describe adequately the functional dependence of dielectric constant and loss on grain sample bulk density. The hypothesis that the dielectric response of particulates with non-homogeneous layers could change as a result of size reduction was investigated. The data suggest, but do not confirm, this possibility. A more detailed study including proximate analyses and moisture determinations of the fractions would be required.

Il est reconnu que les propriétés diélectriques des matériaux soumis aux micro-ondes varient selon le taux d'humidité, la température, la composition, et la densité des matériaux de même que selon la fréquence du champ électromagnétique. Les effets de la densité apparente et de la granulométrie sur les propriétés diélectriques des grains ont été étudiés. Les relations linéaires existant entre le carré des propriétés diélectriques et la densité que l'on retrouve dans la littérature, ont été validées avec la méthode de perturbation des cavités, pour des grains concassés et en poudre. L'effect de la granulométrie sur les propriétés diélectriques des grains concassés est une relation quadratique. Il n'existe cependant pas de relation "pure et exacte" entre les propriétés diélectriques et la granulométrie, comme on pouvait s'y attendre de façon théorique, mais les résultats peuvent tout de même être utilisés afin de valider les modèles cubique et quadratique reliés à la densité.

Storage limit of wheat at 17% moisture - E. Schroth, W.E. Muir, D.S. Jayas, N.D.G. White and D. Abramson

The maximum period available for the safe storage of wheat at 17% moisture content (m.c.) wet basis, and 20 to 35°C was measured. Safe storage was defined as the time before germination dropped to 90%. Safe storage times ranged from 12 days at 35°C to 48 days at 20°C. An equation was developed to describe the rate of germination loss at 20, 25, 30, and 35°C. A model using this germination equation was developed to predict the safe storage limit under decreasing temperature conditions. This model was reliable for temperatures of 30 °C and lower, and was generally an improvement over those calculated by the previous model. Visible mould first appeared when the germination had dropped to a mean level of 92%.

On a déterminé la période maximale d'entreposage sûr du blé à une teneur en eau de 17% (poids frais) et entre 20 et 35 C. On a défini la période d'entreposage sûr comme la période avant que le taux de germination ne baisse à 90%. Les temps d'entreposage sûr variaient de 12 jours à 35 °C à 48 jours à 20 °C. On a élaboré une équation pour décrire la perte du pouvoir germinatif à 20, 25, 30 et 35 °C. On a élaboré un modèle à l'aide de cette équation pour prédire la limite d'entreposage sûr dans de conditions de température décroissante. Ce modèle était fiable à des température de 30 °C et moins et il constituait une amélioration par rapport au modèle précédent. Des moisissures étaient visibles après que le taux de germination ait baissé à 92% en moyenne.

Enzymatic hydrolysis of forage and straw pretreated with ammonia - P. Savoie, D. de Halleux, K. Belkacemi, G. Turcotte, P. Nadeau and J. Chiquette

Three forages (alfalfa, timothy, reed canary grass) and two cereal residues (barley straw, corn stover) were chopped at 3 to 5 mm length, pretreated with ammonia, and hydrolyzed in the presence of a commercial enzyme mixture. Between 42 and 51% of total biomass was solubilized. The liquid hydrolyzate contained soluble sugars composed on average of 49% glucose, 25% xylose, and 26% other sugars. The non-hydrolyzed residue had a low fibre content, indicating a potentially good feed energy value, but its protein value was low because a high proportion of nitrogen was bound to the fibre. Keywords: forage, straw, hydrolysis, enzymes, ethanol.

Trois fourrages (luzerne, fléole, alpiste) et deux résidus de céréale (paille d'orge, tiges de maïs) ont été hachés à une longueur de 3 à 5 mm, traités à l'ammoniac et hydrolysés en présence d'un complexe d'enzymes commercial. Entre 42 et 51% de la biomasse a été solubilisée. L'hydrolysat liquide contenait des sucres solubles composés en moyenne de 49% de glucose, 25% de xylose et 26% d'autres sucres. Le résidu non-hydrolysé avait un contenu en fibres relativement faible, indiquant possiblement une bonne valeur énergétique en alimentation animale, mais sa valeur protéique était basse à cause d'une proportion élevée d'azote liée à la fibre. Mots-clés: fourrage, paille, hydrolyse, enzymes, éthanol.

Static pressure drop through barley grain - S.A. Al-Yahya and H.M.M. Moghazi

An experi-mental study was performed to measure static pressure drop across columns of barley grain. It was designed to determine the effect of grain moisture content, grain depth, flow rate, and bin diameter on resistance to airflow. Airflow rates ranged from 0.1 to 0.7 m³ s^-1 m^-2, moisture content levels were 8.0, 15.0, 17.0 and 21.7 % (wet basis), bed depths were 310, 620, 930, and 1240 mm, and bin diameters were 152.4, 203.2 and 254.0 mm. Airflow resistance was accurately described by the well known Shedd's equation. Resistance to airflow decreased with increased grain moisture content and decreased airflow rate and bed depths. The airflow resistance increased as the bin diameter decreased when the moisture content was relatively high.

Une étude expérimentale a été entreprise pour mesurer la baisse de pression statique à travers des colonnes remplies de grains d'orge. Il s'agissait de déterminer les effets de la teneur en eau du grain, de l'épaisseur de grains dans la colonne, du débit d'air et du diamètre de la colonne sur la résistance au mouvement de l'air. Les débits d'air variaient de 0.1 à 0.7 m³ s^-1 m^-2, les teneurs en eau étaient de 8.0, 15.0, 17.0 et 21.7% (base humide), les épaisseurs de grains étaient de 310, 620, 930 et 1240 mm et le diamètre de la colonne était de 152.4, 203.2 et 254.0 mm. La résistance au mouvement de l'air était décrite avec précision par l'équation de Shedd. La résistance au mouvement de l'air diminuait avec l'augmentation de la teneur en eau du grain et la diminution du débit d'air et de l'épaisseur de grains. La résistance au mouvement de l'air augmentait avec la diminution du diamètre de la colonne. Ce dernier phénomène a été observé lorsque la teneur en eau du grain était assez élevée.

Using object-oriented database management technology in agricultural decision support software - L. Gauthier and R. Guay

Agricultural decision support software generally requires the use of complex data models and large databases. The authors investigated the use of an object-oriented database management (OODBMS) system to support data persistence for such applications. Object oriented database management systems represent a new approach to database management and are expected to replace relational systems in certain types of applications. Essentially, an OODBMS extends the object model used in software applications to the persistent object store. The use of such a database management system is discussed as well as how it affects the design and operation of applications. The OO approach to data persistence is compared to the relational one and examples taken from a software development project called SAGE are presented. The SAGE project is aimed at developing an object oriented framework for information management and decision support in the agricultural and environmental field. The use of an OODBMS provided flexibility and has shown to be a potentially very effective tool for the construction and delivery of sophisticated software environments for the management of agro-environmental data.

En général, les systèmes informatisés d'aide à la décision nécessitent l'utilisation de modèles de données complexes et des bases de données de grande dimension. Les auteurs ont étudié l'utilisation d'un système de gestion de bases de données orienté objet (SGBDOO) comme technologie pour supporter la persistance des objets à l'intérieur de telles applications. Les bases de données objets sont appelées à remplacer les bases de données relationnelles dans certains types d'applications. Pour l'essential, les SGBDOO étendent le modèle et le paradigme objet au stockage non-volatile des données. L'utilisation d'un tel système est discutée ainsi que l'impact de cette technologie sur la conception et le fonctionnement des applications. L'approche OO de gestion de la persistance est comparée à l'approche relationnelle et des exemples issus d'un projet de développement logiciel (SAGE) sont présentés. Le projet SAGE vise le développement d'une plate-forme logicielle pour le stockage et la manipulation de l'information agroenvironnementale. Les auteurs concluent que l'utilisation d'un SGBDOO apporte une plus grande flexibilité que l'approche relationnelle et que cette technologie offre un potentiel très intéressant pour la construction et la livraison de systèmes logiciels destinés aux applications agroenvironnementales.