Effects of riparian vegetation removal on nutrient retention in a Mediterranean stream

We examined the effects of riparian vegetation removal on algal dynamics and stream nutrient retention efficiency by comparing NH4-N and PO4-P uptake lengths from a logged and an unlogged reach in Riera Major, a forested Mediterranean stream in northeastern Spain. From June to September 1995, we executed 6 short-term additions of N (as NH4Cl) and P (as Na2HPO4) in a 200-m section to measure nutrient uptake lengths. The study site included 2 clearly differentiated reaches in terms of canopy cover by riparian trees: the first 100 m were completely logged (i.e., the logged reach) and the remaining 100 m were left intact (i.e., the shaded reach). Trees were removed from the banks of the logged reach in the winter previous to our sampling. In the shaded reach, riparian vegetation was dominated by alders (Alnus glutinosa). The study was conducted during summer and fall months when differences in light availability between the 2 reaches were greatest because of forest canopy conditions. Algal biomass and % of stream surface covered by algae were higher in the logged than in the shaded reach, indicating that logging had a stimulatory effect on algae in the stream. Overall, nutrient retention efficiency was higher (i.e., shorter uptake lengths) in the logged than in the shaded reach, especially for PO4-P. Despite a greater increase in PO4-P retention efficiency relative to that of NH4-N following logging, retention efficiency for NH4-N was higher than for PO4-P in both study reaches. The PO4-P mass-transfer coefficient was correlated with primary production in both study reaches, indicating that algal activity plays an important role in controlling PO4-P dynamics in this stream. In contrast, the NH4-N mass-transfer coefficient showed a positive relation-ship only with % of algal coverage in the logged reach, and was not correlated with any algal-related parameter in the shaded reach. The lack of correlation with algal production suggests that mechanisms other than algal activity (i.e., microbial heterotrophic processes or abiotic mechanisms) may also influence NH4-N retention in this stream. Overall, this study shows that logging disturbances in small shaded streams may alter in-stream ecological features that lead to changes in stream nutrient retention efficiency. Moreover, it emphasizes that alteration of the tight linkage between the stream channel and the adjacent riparian zone may directly and indirectly impact biogeochemical processes with implications for stream ecosystem functioning.

Identificació de variables d'estat del sistema costaner sensibles a la càrrega de nutrients

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la Napier University, Gran Bretanya, des d’octubre del 2006 a febrer del 2007. Els ecosistemes marins costaners són sistemes complexos, tant pel que fa a l’estructura de les comunitats que hi viuen com per la seva dinàmica, amb processos que impliquen múltiples escales d’espai i de temps. Aquesta complexitat natural s’ha incrementat al llarg de les darreres dècades com a conseqüència directa del creixement urbà al litoral. L’augment de població a les zones costaneres ha comportat no només un augment generalitzat en l’aport de nutrients inorgànics al mar, sinó també una forta intervenció sobre la línia de costa –construcció de ports, dics- i canvis en el moviment de les masses d’aigua. En aquest context, la interacció entre els factors turbulència-nutrients a la zona costanera pot ser clau per a millorar la nostra comprensió sobre el funcionament dels sistemes planctònics i, en darrer terme, per a derivar-ne mesures de gestió. A diferència de treballs experimentals previs, que adrecen els efectes de la turbulència i/o els nutrients sobre grups específics de plàncton, per avaluar la resposta conjunta de la comunitat necessitem paràmetres integradors, que relacionin diversos processos i donin una idea general de l’estat i funcionament de l’ecosistema. Durant l’estada de recerca alguns dels algoritmes que es fan servir per la costa escocesa van reformular-se i recalcular-se amb dades de la Mediterrània (dades procedents de la badia de Blanes i de la costa de Barcelona). Els resultats mostren una capacitat de resposta molt ràpida del plàncton als increments de nutrients, una variabilitat anual marcada (quant a diversitat d’organismes planctònics) i apunten el fòsfor com a principal limitant del creixement dels organismes en aquesta zona de la Mediterrània.

Resposta de les espècies algals a canvis en la disponibilitat de nutrients

L'objectiu general del projecte de tesi és el d'estudiar la resposta de les espècies algals a canvis en la disponibilitat de nutrients (i.e. NH4+/NO3-/PO43-). La hipòtesi de partida és que les alteracions en les concentracions absolutes i relatives de nutrients provoquen canvis en l'activitat de les espècies algals que seran més o menys intensos en funció de l’espècie i que són fruit de les característiques eco-evolutives intrínseques de cadascuna. Els objectius concrets es diferencien per l’escala temporal a la que s’observa la resposta, que va des de minuts fins a setmanes: Objectiu 1. Analitzar canvis a curt termini en l’activitat de les espècies degut a augments puntuals en la concentració absoluta i relativa de nutrients (NH4+/NO3-/ PO43-). S'ha vist que algunes espècies redueixen l’activitat fotosintètica a curt termini per destinar tots els recursos a l’assimilació de nutrients (Elrifi i Turpin 1986). S’estudiarà si aquesta pauta es troba de forma generalitzada i si respon a patrons evolutius, funcionals (mida, forma...) o ecològics (disponibilitat de nutrients). Objectiu 2. Analitzar, a mig termini, l’activitat de les espècies algals a diferents concentracions de NH4+/NO3-/ PO43-. Les respostes s’intentaran modelar, de manera que els paràmetres es puguin considerar trets funcionals característics de les espècies. S'estudiarà si la variabilitat en aquests trets respon a patrons evolutius o a d’altres trets funcionals com per exemple la mida. Objectiu 3. Analitzar com afecta, a llarg termini, la disponibilitat de nutrients en la composició d’espècies. Es detectarà quines espècies són més sensibles a les condicions de NH4+:NO3- i N:P del medi, i com es relaciona això amb les respostes específiques trobades en els objectius anteriors.

Effects of convection on the removal of the multiplicity of stable states in one-dimensional vertical models

Here I develop a model of a radiative-convective atmosphere with both radiative and convective schemes highly simplified. The atmospheric absorption of radiation at selective wavelengths makes use of constant mass absorption coefficients in finite width spectral bands. The convective regime is introduced by using a prescribed lapse rate in the troposphere. The main novelty of the radiative-convective model developed here is that it is solved without using any angular approximation for the radiation field. The solution obtained in the purely radiation mode (i. e. with convection ignored) leads to multiple equilibria of stable states, being very similar to some results recently found in simple models of planetary atmospheres. However, the introduction of convective processes removes the multiple equilibria of stable states. This shows the importance of taking convective processes into account even for qualitative analyses of planetary atmosphere

Obtenció d'estruvita a partir de la fracció líquida digerida de purins de vaca

Actualment a Catalunya existeixen zones amb importants limitacions per l’aplicació de purins al sòl, pel que és imprescindible trobar alternatives de gestió i tractament que permetin l’aprofitament adequat dels recursos continguts a les dejeccions ramaderes sense afectar el medi. La digestió anaeròbia és una de les tècniques utilitzades en el tractament de les dejeccions ramaderes. L’efluent líquid que s’obté d’aquest tractament no modifica el contingut de nitrogen i fòsfor i per tant ha de ser gestionat correctament. L’objectiu general d’aquest projecte és avaluar la precipitació d’estruvita (sal de magnesi, amoni i fosfat) com una alternativa de gestió de l’efluent líquid d’una planta de digestió anaeròbia i compostatge que tracta dejeccions ramaderes conjuntament amb altres residus orgànics. S’han avaluat els efectes dels diferents paràmetres operacionals en la formació d’estruvita (pH, temperatura, velocitat d’agitació, alcalinitat), mitjançant assaigs en discontinu amb solució sintètica. A continuació s’ha procedit a obtenir estruvita a partir de la fracció líquida digerida de purí (FLD), en assaigs en discontinu per estudiar l’efecte del contingut de matèria orgànica i sòlids Totals (ST), així com el contingut en fosfats i el pH de reacció. Finalment, s’han optimitzat els paràmetres de procés en continu, mitjançant la posada en marxa d’un reactor a escala de laboratori i estudi de l’efecte de la velocitat d’agitació i de la introducció del stripping de CO2, tant amb solució sintètica com amb la fracció líquida digerida del purí. Dels resultats obtinguts es pot concloure que els factors que tenen una major influència en el procés d’obtenció d’estruvita són el pH (el pH òptim es situa al voltant de 9), i la presència de matèria orgànica i sòlids ens suspensió, que interfereix de forma quantitativa i qualitativa en la formació de l’estruvita. En el procés en continu s’ha aconseguit reduccions d’un 84% i 98% d’amoni i fòsfor respectivament, obtenintse estruvita que pot ser utilitzada com a fertilitzant d’alliberació lenta. Es pot concloure que la precipitació d’estruvita és una bona alternativa per millorar la gestió de les dejeccions ramaderes alhora que permet recuperar nutrients i tancar cicles. La combinació amb un tractament previ que elimini la matèria orgànica, com podria ser la digestió anaeròbia, i una separació de fases, per eliminar els sòlids en suspensió, es presenta com una configuració amb molts avantatges.

Effluent particle removal by microirrigation system filters

The aim of this work was to determine whether the filters used in microirrigation systems can remove potentially emitter-clogging particles. The particle size and volume distributions of different effluents and their filtrates were established, and the efficiency of the removal of these particles and total suspended solids by screen, disc and sand filters determined. In most of the effluents and filtrates, the number of particles with a diameter > 20 μm was minimal. By analysing the particle volume distribution it was found that particles larger than the disc and screen filter pores appeared in the filtrates. However, the sand filter was able to retain particles larger than the pore size. The filtration efficiency depended more on the type of effluent than on the filter. It was also found that the particle size distribution followed a potential law. Analysis of the β exponents showed that the filters did not significantly modify the particle size distribution of the effluents

High-momentum proton removal from 16 O and the (e,e'p) cross section

The cross section for the removal of high-momentum protons from 16O is calculated for high missing energies. The admixture of high-momentum nucleons in the 16O ground state is obtained by calculating the single-hole spectral function directly in the finite nucleus with the inclusion of short-range and tensor correlations induced by a realistic meson-exchange interaction. The presence of high-momentum nucleons in the transition to final states in 15N at 60¿100 MeV missing energy is converted to the coincidence cross section for the (e,e¿p) reaction by including the coupling to the electromagnetic probe and the final state interactions of the outgoing proton in the same way as in the standard analysis of the experimental data. Detectable cross sections for the removal of a single proton at these high missing energies are obtained which are considerably larger at higher missing momentum than the corresponding cross sections for the p-wave quasihole transitions. Cross sections for these quasihole transitions are compared with the most recent experimental data available.

Quality of life following third molar removal under conscious sedation

Aim: The aim of this study was to assess quality of life (QoL) and degree of satisfaction among outpatients subjected to surgical extraction of all four third molars under conscious sedation. A second objective was to describe the evolution of self-reported pain measured in a visual analogue scale (VAS) in the 7 days after extraction. Study design: Fifty patients received a questionnaire assessing social isolation, working isolation, eating and speaking ability, diet modifications, sleep impairment, changes in physical appearance, discomfort at suture removal and overall satisfaction at days 4 and 7 after surgery. Pain was recorded by patients on a 100-mm pain visual analogue scale (VAS) every day after extraction until day 7. Results: Thirty-nine patients fulfilled correctly the questionnaire. Postoperative pain values suffered small fluctuations until day 5 (range: 23 to 33 mm in a 100-mm VAS), when dicreased significantly. A positive association was observed between difficult ranked surgeries and higher postoperative pain levels. The average number of days for which the patient stopped working was 4.9. Conclusion: The removal of all third molars in a single appointment causes an important deterioration of the patient"s QoL during the first postoperative week, especially due to local pain and eating discomfort.

Efecte sobre la capacitat d'intercanvi catiònic del sòl i la retenció de nutrients de les aplicacions de biochar en sòls agrícoles

El biochar, o biocarbó, és un material produït a partir de la piròlisi de biomassa, consistent en la descomposició tèrmica de la matèria orgànica a baixa o nul·la concentració d’oxigen. La seva definició més acceptada és la d’un material pirolitzat destinat a ser utilitzat en el sòl, quedant fora d’aquesta denominació materials produïts per a ser utilitzats com a combustible. La gran varietat de materials pirolitzables i de tecnologies de piròlisi determinen un ampli ventall de biochars amb propietats físiques, químiques i biològiques molt contrastades, i que determinen la seva idoneïtat o no per a ser utilitzat com a esmena orgànica, sent la biomassa de partida un dels factors més determinants. Els processos de piròlisis generen gasos inflamables, gasos condensables inflamables (bioolis) i biochar en proporcions variables segons el tipus de piròlisi. Aquests grans tipus principals de piròlisi per la producció de biochar són: Piròlisi lenta, Piròlisi ràpida, i Gasificació. El producte biochar, totalment en procés d’investigació, es creu que pot tenir grans beneficis ambientals en diferents àmbits: Biochar com a millora de la fertilitat, Biochar com a via de gestió de residus, Biochar per producció d’energia, i Biochar per la mitigació del canvi climàtic. Cal tenir en compte possibles riscos a l’hora d’aplicar biochar en sòls. Ja que el producte final varia segons el material de partida. En especial quan es genera biochar a partir de residus, ja siguin de depuradora, industrials o ramaders, degut que el seu contingut en contaminants pot ser perjudicial pel medi ambient i per la salut de les plantes. Els contaminats presents, sobretot metalls pesats i hidrocarburs aromàtics policíclics (PAH), són difícilment eliminats o es produeixen “de novo” durant el procés de piròlisi, respectivament, de manera que amb les aplicacions de biochar poden causar impactes negatius. En aquest projecte, es centre especial atenció en una única característica del sòl, com es la capacitat d’intercanvi catiònic (CIC). La CIC és la capacitat que té el sòl per retenir i alliberar ions amb càrrega positiva. Per les seves característiques, l’argila i la matèria orgànica són les que condicionen la CIC total d’un sòl, ja que aquestes contenen carregues negatives a la seva superfície. La CIC proporciona als sòls la capacitat de retenir nutrients, necessaris per el creixement de les plantes, per tant una major CIC incrementa la fertilitat dels sòls, així com permet reduir les pèrdues d’aquests nutrients per lixiviació i mitigar possible contaminació de les aigües. L’objectiu principal del projecte doncs, és estudiar el potencial ús d’un biochar de gasificació com esmena orgànica per a sòls agrícoles alcalins mediterranis, i més concretament el seu paper per a millora de la retenció de nutrients en relació al potencial augment de la capacitat d’intercanvi catiònic (CIC) del sòl 18 mesos després de la seva aplicació en parcel·les de camp. Les conclusions finals no han estat del tot satisfactòries, degut que no s’han trobat diferències en la CIC, havent de rebutjar la hipòtesi de partida. Tot i que hi ha diferents factors que poden ser la causa d’aquests resultats. Una possibilitat, probablement la que dona major explicació, és el poc temps transcorregut des de l’aplicació de biochar fins al moment de les anàlisis.

Sequentially aerated membrane biofilm reactors for autotrophic nitrogen removal: microbial community composition and dynamics

Membrane-aerated biofilm reactors performing autotrophic nitrogen removal can be successfully applied to treat concentrated nitrogen streams. However, their process performance is seriously hampered by the growth of nitrite oxidizing bacteria (NOB). In this work we document how sequential aeration can bring the rapid and long-term suppression of NOB and the onset of the activity of anaerobic ammonium oxidizing bacteria (AnAOB). Real-time quantitative polymerase chain reaction analyses confirmed that such shift in performance was mirrored by a change in population densities, with a very drastic reduction of the NOB Nitrospira and Nitrobacter and a 10-fold increase in AnAOB numbers. The study of biofilm sections with relevant 16S rRNA fluorescent probes revealed strongly stratified biofilm structures fostering aerobic ammonium oxidizing bacteria (AOB) in biofilm areas close to the membrane surface (rich in oxygen) and AnAOB in regions neighbouring the liquid phase. Both communities were separated by a transition region potentially populated by denitrifying heterotrophic bacteria. AOB and AnAOB bacterial groups were more abundant and diverse than NOB, and dominated by the r-strategists Nitrosomonas europaea and Ca. Brocadia anammoxidans, respectively. Taken together, the present work presents tools to better engineer, monitor and control the microbial communities that support robust, sustainable and efficient nitrogen removal

Effects of nutrients and turbulence on the production of transparent exopolymer particles: a mesocosm study

The production of transparent exopolymer particles (TEP) in response to several environmental variables was studied in 2 mesocosm experiments. The first (Expt 1) examined a gradient of 4 nutrient levels; the second (Expt 2) examined different conditions of silicate availability and zooplankton presence. Tanks were separated in 2 series, one subjected to turbulence and the other not influenced by turbulence. In tanks with nutrient addition, TEP were rapidly formed, with net apparent production rates closely linked to chl a growth rates, suggesting that phytoplankton cells were actively exuding TEP precursors. High nutrient availability increased the absolute concentration of TEP; however, the relative quantity of TEP produced was found to be lower, as TEP concentration per unit of phytoplankton biomass was inversely related to the initial nitrate dose. In Expt 1, an increase in TEP volume (3 to 48 µm equivalent spherical diameter) with nutrient dose was observed; in Expt 2, both silicate addition and turbulence enhanced TEP production and favored aggregation to larger TEP (>48 µm). The presence of zooplankton lowered TEP concentration and changed the size distribution of TEP, presumably by grazing on TEP or phytoplankton. For lower nutrient concentrations, the ratio of particulate organic carbon (POC) to particulate organic nitrogen (PON) followed the Redfield ratio. At higher nutrient conditions, when nutrients were exhausted during the post-bloom, a decoupling of carbon and nitrogen dynamics occurred and was correlated to TEP formation, with a large flow of carbon channeled toward the TEP pool in turbulent tanks. TEP accounted for an increase in POC concentration of 50% in high-nutrient and turbulent conditions. The study of TEP dynamics is crucial to understanding the biogeochemical response of the aquatic system to forcing variables such as nutrient availability and turbulence intensity.

Response of wheat to additional nitrogen fertilizer application after pig slurry on over-fertilized soils

Pig slurry is a valuable nutrient resource but constitutes a waste disposal problem in areas of high animal density. In the semiarid area of Pla d’Urgell, in the Ebro Valley, North-East Spain, irrigated crops receive large amounts of nutrients in the form of manure and mineral fertilizers. We studied the effect of pig slurry and additional side-dress mineral fertilizers on irrigated wheat, Triticum aestivum L., on a coarse loam soil, with high soil P and K levels. Yields increased by 62.3% when using pig slurry. The application of ammonium sulfate nitrate sidedress did not significantly increase wheat production. The average apparent recoveries were higher for potassium (88.7%) than for nitrogen (51.3%) and phosphorus (36.3%). Greater amounts of soil NO3-N were measured over the four growing seasons, which was consistent with the amount of N applied. Macronutrient and micronutrient uptake was significant higher for pig slurry treatments, but only small differences were found between the pig slurry and pig slurry plus ammonium sulfate nitrate treatments. The unfertilized treatment showed significantly lower soil P, K, Cu and Zn content than pig slurry treatments; 34%, 21%, 34%, and 26% respectively. These findings could be used to develop a nutrient management plan based on knowledge of soil test results and crop nutrient removal. This could help to improve the use of pig slurry and mineral fertilizers on limited available land areas and prevent the accumulation of potentially toxic elements in soils and the export of nutrients through agricultural drainage.

Effluent particle removal by microirrigation system filters

La distribución del número y del volumen de partículas, y la eficiencia de eliminación de las partículas y los sólidos en suspensión de diferentes efluentes y sus filtrados, fueron analizadas para estudiar si los filtros más usuales en los sistemas de riego localizado eliminan las partículas que pueden obturar los goteros. En la mayoría de los efluentes y filtrados fue mínimo el número de partículas con diámetros superiores a 20 μm. Sin embargo, al analizar la distribución del volumen de las partículas, en los filtrados aparecieron partículas de dimensiones superiores a la luz de los filtros de anillas y malla, siendo el filtro de arena el que retuvo las partículas de mayor diámetro. La eficiencia de los filtros para retener partículas se debió más al tipo de efluente que al filtro. Se verificó también que la distribución del número de partículas sigue una relación de tipo potencial. Analizando el exponente β de la ley potencial, se halló que los filtros no modificaron significativamente la distribución del número de partículas de los efluentes.

Erosió hídrica en vinya per a producció de vi d'alta qualitat en zona mediterrània (Anoia-Penedès): quantificació de les pèrdues de nutrients per erosió del sòl i implicacions

La vinya, malgrat que no és una planta exigent pel que fa als sòls, es veu afectada per la pèrdua de sed per causa de l'erosió hídrica. En aquest treball es presenten uns primers resultats de mesures de pèrdues de sed en condicions reals de camp. Les parcel les control són de grans dimensions, conreades segons els costums de la zona. Com a referencia es prenen les pèrdues de sòl mitjanes, calculades a partir de l'USLE, per al conreu de vinya. Es determinen, a més de les pèrdues globals de sòlids, les de nutrients que això comporta. Tenint en compte que la metodologia emprada en el camp i en el laboratori condueix a resultats per defecte, les pèrdues mesurades del període de l'any de màximes pluges (tardor) són, de mitjana, de 13 Mg ha-1 en un sistema de cultiu tradicional i fins a 100 Mg ha-1 en un sistema de cultiu emparrat. La importància del problema a curt termini encareix els factors de producció i fa perillar la sostenibilitat de la vinya a llarg termini.