Genhua Niu Texas A&M AgriLife Research & Extension Center at El Paso,TX. USA Irrigación con aguas alternativas de cultivos bioenergeticos.

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1 Genhua Niu Texas A&M AgriLife Research & Extension Center at El Paso,TX. USA Irrigación con aguas alternativas de cultivos bioenergeticos

2 Poblacion mundial

3 Tierras arables per capita en decremento

4 Consumo de petróleo por país

5 Reservas de petróleo por país

6 Why Bioenergy ? Non-renewable energy is diminishing Energia renovable esta disminuyendo Energy supply is an economic issue El suministro de energia es economico Energy is an environmental issue Energia es tema ambiental Energy access is a global issue El acceso a la energia es un problema global Renewable bioenergy production is imperative Es urgente, la produccion de bioenergia renovable ! Porque bioenergía _

7 What is bioenergy? Bioenergy is the conversion of biomass to useful energy carrier (fuels, heat, electricity). Bioenergia es la conversion de biomasa a energia util It is renewable. Es renovable Que es Bio energia _

8 Total Bioenergy Production (Thousand Barrels Per Day) Source: International Energy Annual Total de producción de bioenergia

9 Production of bioenergy Land Tierra Water Agua Produccion de bio energia

10 Monitor americano de sequia

11

12 Rainfall in Northern Mexico (inches/year) Lluvias en el noreste de México

13 Can we grow bioenergy crops in marginal lands with alternative waters? Pueden crecer los cultivos bioenergeticos en tierras marginadas con aguas alternativas? Proper species selection is key to success. La seleccion de especies apropiadas es la clave para el exito

14 Producing bioenergy crops in marginal lands Prduciendo cultivos bioenergeticos en tierras marginales Marginal lands are located mostly at the edge of desert, in arid and semi-arid region. Tierras marginales estan localizadas mas cerca de los desiertos en regions aridas y semi-aridas Growing bioenergy crops brings income for local community. Produciendo bioenergia trae ingresos para las comunidades locales

15 Issues in Marginal Lands Groundwater quality calidad del agua subterranea Soil salinity salinidad del suelo Salt tolerant crops Cultivos tolerantes a la salinidad Marginal Lands Caracteristicas de las tierras marginadas

16 High soil salinity Causas de alta salinidad en suelos Low quality irrigation water Baja calidad de agua de riego Climate (e.g. low rainfall, high ET) Clima (ej. Baja precipitacion, alta evapotranspiracion ) Sea water intrusion Filtracion de agua de mar Road-side de-icing salts Uso de sales para derretir la nieve en carreteras

17 What are Alternative Waters Cuales son las aguas laternativas Groundwater aguas subterraneas Agricultural drainage water Drenaje de agua agricola Municipal recycled (reclaimed) water Agua municipal reciclada (tratadas)

18 Water Quality/Salinity Calidad del agua/salinidad Salinity is the saltiness or the dissolved salt content of water or soil. Salinidad es la sal o el contenido de sal disuelta en el agua o suelo Primary concern of water quality for irrigation is salinity level. La principal preocupacion de la calidad del agua para riego es el nivel de salinidad The individual chemical constituents: Cations---Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+, NH 4 +, H +, Anions---Clˉ, HCO 3 ˉ, CO 3 2- NO 3 ˉ, and SO 4 2-

19 Measurement of Salinity Medicion de la salinidad In agriculture, the overall salinity is the determination of electrical conductivity of a water (EC w ) or soil extract (EC e ) En agricultura, la salinidad total es la determinacion de la conductividad electrica Reporting unit is dS/m or mmhos/cm. La unidad es dS/m or mmhos/cm.

20 Total dissolved solids (salts) (TDS): ppm (or mg/L) Total de solidos disueltos (sales) (TDS): ppm (o mg/L). Relationship between EC and TDS (roughly, depending on composition): Relacion entre EC y TDS (dependiendo en la composicion) TDS = EC x 640 (EC < 5 dS/m) TDS = EC x 800 (EC > 5 dS/m) EC vs. TDS

21 EC of common waters CE del agua comun F resh water EC < 0.8 dS/m agua comun Tap water EC varies agua municipal varia la CE El Paso tap water EC is 0.8 – 1.1 dS/m agua potable de El Paso Reclaimed water EC is 1.3 to 2.0 dS/m agua tratada Sea water EC is 37 - 62 dS/m agua de mar

22 Salt Tolerance Assessment Evaluacion de la tolerancia a la salinidad Time showing foliar damage Tiempo del sintoma de dano foliar Degree of damage Grado del dano Growth reduction (time and degree) Reduccion del crecimiento (tiempo y grado) Physiological responses: osmotic potential, water relation, Ion uptake, gas exchange, etc. Respuesta fisiologica: potencial osmotico, relacion agua, absorcion mineral, intercambio de gases

23 Greenhouse salt tolerance study Estudio de tolerancia a sales en invernadero

24 Field studies: salt & drought tolerance; irrigation management with elevated salts Estudios en campo: tolerancia a salinidad y sequia; manejo del riego con sales elevadas

25 Factors affecting salt tolerance Factores que afectan la tolerancia a sales Genetic- species, cultivars, breeding lines, etc. Genetica: especies, variedades, lineas mejoradas, etc. Environment: temperature, light, humidity, wind speed, etc. Medio ambiente: temperature, luz, humedad, velocidad del viento Soil/substrate Soil physical and chemical property, soil moisture, drainage. Suelo/sustrato: fisica y quimica de suelos, hmedad del suelo y drenaje Irrigation: method, frequency, and amount Irrigacion: metodo, frecuencia y cantidad

26 General response of plants to salinity Respuestas generales de las plantas a la salinidad Stunt growth achaparramiento Foliar damage dano foliar Excessive accumulation of toxic ions; nutrient unbalance; death Acumulacion excesiva de iones toxicos, desbalance nutricional, muerte Abnormal metabolism – reflected in changes in physiological parameters. Metabolismo anormal-reflejado en cambios en parametros fisiologicos

27 Selection of salt tolerant bioenergy crops Seleccion de cultivos bioenergeticos a la tolerancia de sales

28 Potential Bioenergy Crops Potencial de los cultivos bionergeticos Plant speciesEthanol efficiency (t/ha) Barley2150 Maize2874 Sugar beet5600 Sugar cane5400 Sweet potato2400 Sweet sorghum5400

29 Potential Bioenergy Crops Plant speciesOil yield (t/ha) Castor0.6 Coconut palm1.5 Cotton0.29 Oil Palm7.8 Safflower0.63 Sunflower0.88-1.67

30 TAMU Bioenergy Research Initiatives Iniciativas de investigacion de bioenergia en la Universidad de Texas A&M Development and evaluation of bioenergy crops, in order to: desarrollo y evaluacion de cultivos de bionergia para: –Minimize inputs minimizar Drought and salt tolerance & pest resistance Tolerancia a sales y sequia y Resistencia a pesticidas –Maximize outputs maximizar Biomass or sugar Biomasa o azucar Evaluation of residue feedstocks Evaluacion de residuos de establos –Cotton gin by-products planta despepitadora de algodon y subproductos –Corn stover & rice hulls esquilmos de maiz y cascara de arroz –Forest residue residuo forestal

31 El Paso Research Center El Centro de El Paso, TX Collaborated with TAMU colleagues colaboracion con colegas de la Universidad de Texas A&M Evaluated salt tolerance of a number of bioenergy crops: Evaluaciones de tolerancia a salinidad de varios cultivos de bionergia –Castor higuerilla –Cotton algodon –Jatropha jatrofa –Maize Maiz –Sorghum sorgo –Switchgrass –Oilseed crops oleaginosas

32 Castor (Ricinus communis L.) higuerilla

33 Euphorbiaceae (spurge family) Beautiful ornamental plant Atractiva palnta ornamental High yield of castor fruits Alto rendimiento de frutos de higuerilla Unique fatty acid composition in castor oil Compisicion unica de acidos grasos en sus aceites Ricinus communis L.

34 To determine the salt tolerance of 6 genotypes: Determinar la tolerancia a sales de 6 genotipos Brigham, Energia, Hale, Memphis, Ultra dwarf, and HCastor Objective

35 Hale HCastor BrighamEnergia Ultra dwarf Memphis

36 Experimental Design 6 x 2 factorial treatments Castor genotypes (6) Treatments (2) Nutrient solution (Control): EC = 1.5 dS·m - 1 Saline solution: EC = 10.0 dS·m -1 10 plants per treatment per genotype Plants were watered with 10~20% leaching fraction

37 Height altura Number of inflorescences Numero de inflorescencias Shoot and fruit dry weight Peso seco de brotes y frutos Gas exchange (CIRAS-2) Intercambio de gases Ion concentration (ICP-OES and IC) Concentracion de iones Response Parameters Parametros de respuesta

38 39% 51% 44% 50% 40% 38% Height (cm) altura

39 Number of inflorescences Numero de inflorescencias 36%41%71%57%41%53%

40 Dry weight of shoot (g) Peso seco de brotes 74%70%75%78%60%71%

41 Dry weight of fruits (g) Peso seco de frutos 65%57%66%78%55%60%

42 Ion concentration (mg/g) Concentracion de iones *** *

43 Summary No visual foliar damage was observed. No danos foliares visuals fue observado Salt treatment decreased the growth. El tratamiento salino disminuyo el crecimiento Salt treatment reduced the photosynthesis. El tratamiento salino redujo la fotosintesis Salt treatment increased leaf Na +, Ca 2+, and Cl - contents, while decreased K + concentration. Se incremento el contenido de Na +, Ca 2+, y Cl -, mientras disminuyo la concentracion de K + Memphis was more tolerant to salinity than other cultivars. La variedad Memphis fue mas tolerante a la salinidad que las otras var.

44 Industrial Crops and Products Productos y cultivos industriales

45 Concluding Remarks It is always possible to find more salt tolerant genotypes. Siempre es posible encontrar mas genotipos tolerantes a sales Yield/growth may be reduced, but still worth trying. El rendimiento/crecimiento puede ser reducido, pero vale la pena seguir tratando Potential challenges: economic analysis. Retos potenciales: analisis economicos

46 Acknowledgement Agradecimientos Dr. Youping Sun (TAMU), Dr. Pedro Osuna (Universidad Autónoma De Ciudad Juárez), Students from UTEP and EPCC TAMU Bioenergy Research Initiative

47 Contact Information Genhua Niu, Ph.D. Associate Professor Texas AgriLfie Research at El Paso Texas A&M University gniu@ag.tamu.edu