Effect of nitrogen and phosphorus supply on growth, chlorophyll content and tissue composition of the macroalga Chaetomorpha linum (O.F. Mull), Kutz, in a Mediterranean Coastal Lagoon

The effect of dissolved nutrients on growth, nutrient content and uptake rates of Chaetomorpha linum in a Mediterranean coastal lagoon (Tancada, Ebro delta, NE Spain) was studied in laboratory experiments. Water was enriched with distinct forms of nitrogen, such as nitrate or ammonium and phosphorus. Enrichment with N, P or with both nutrients resulted in a significant increase in the tissue content of these nutrients. N-enrichment was followed by an increase in chlorophyll content after 4 days of treatment, although the difference was only significant when nitrate was added without P. P-enrichment had no significant effect on chlorophyll content. In all the treatments an increase in biomass was obseved after 10 days. This increase was higher in the N+P treatments. In all the treatments the uptake rate was significantly higher when nutrients were added than in control jars. The uptake rate of N, as ammonium, and P were significantly higher when they were added alone while that of N as nitrate was higher in the N+P treatment. In the P-enriched cultures, the final P-content of macroalgal tissues was ten-fold that of the initial tissue concentrations, thereby indicating luxury P-uptake. Moreover, at the end of the incubation the N:P ratio increased to 80, showing that P rather than N was the limiting factor for C. linum in the Tancada lagoon. The relatively high availability of N is related to the N inputs from rice fields that surround the lagoon and to P binding in sediments.

Modelling nitrogen and phosphorus loads in a Mediterranean river catchment (La Tordera, NE Spain)

Human activities have resulted in increased nutrient levels in many rivers all over Europe. Sustainable management of river basins demands an assessment of the causes and consequences of human alteration of nutrient flows, together with an evaluation of management options. In the context of an integrated and interdisciplinary environmental assessment (IEA) of nutrient flows, we present and discuss the application of the nutrient emission model MONERIS (MOdelling Nutrient Emissions into River Systems) to the Catalan river basin, La Tordera (north-east Spain), for the period 1996–2002. After a successful calibration and verification process (Nash-Sutcliffe efficiencies E=0.85 for phosphorus and E=0.86 for nitrogen), the application of the model MONERIS proved to be useful in estimating nutrient loads. Crucial for model calibration, in-stream retention was estimated to be about 50 % of nutrient emissions on an annual basis. Through this process, we identified the importance of point sources for phosphorus emissions (about 94% for 1996–2002), and diffuse sources, especially inputs via groundwater, for nitrogen emissions (about 31% for 1996–2002). Despite hurdles related to model structure, observed loads, and input data encountered during the modelling process, MONERIS provided a good representation of the major interannual and spatial patterns in nutrient emissions. An analysis of the model uncertainty and sensitivity to input data indicates that the model MONERIS, even in data-starved Mediterranean catchments, may be profitably used by water managers for evaluating quantitative nutrient emission scenarios for the purpose of managing river basins. As an example of scenario modelling, an analysis of the changes in nutrient emissions through two different future scenarios allowed the identification of a set of relevant measures to reduce nutrient loads.

Eliminació simultània de fòsfor i nitrogen en aigües residuals, utilitzant microorganismes DPAO en un reactor discontinu seqüencial (SBR)

En aquest estudi es realitzà eliminació biològica simultània de fòsfor i nitrogen en un Reactor Discontinu Seqüencial (SBR), el qual conté una biomassa enriquida amb Organismes Desnitrificadors Acumuladors de Fòsfor (DPAO) que utilitzen com a única font de carboni l’àcid propiònic i com acceptors d’electrons: nitrit en la fase anòxica i oxigen en l’aeròbica. L’SBR opera amb cicle de 8 h alternant fase anaeròbica, anòxica i aeròbica. El seguiment del sistema es realitzà mitjançant mesures on-line (titrimetria) i off-line (quantificació d’àcid propiònic, nitrit i fòsfor), utilitzant l’HPLC per quantificar l’àcid propiònic i cromatografia iònica per les mesures de nitrit i fòsfor. Amb aquest sistema es pretén augmentar la captació de fòsfor en la fase anòxica fet que s’aconseguí realitzant diferents canvis al reactor per tal de maximitzar el consum de nitrit en aquesta fase, ja fos allargant el temps de fase o augmentant la concentració de biomassa. Aquest experiment ha suposat un augment de la captació de fòsfor (33 mg P-PO4 3-/L), de l’eliminació neta de fòsfor (17 mg P-PO4 3-/L) i de consum de nitrit (27 mg N-NO2-). Per altra banda, es pretenia veure els efectes a curt termini de l’eliminació de la fase aeròbica a partir del seguiment de 2 cicle puntuals i d’un cicle de 32 h sense fase aeròbica. En ambdós casos s’aconseguí una eliminació neta de fòsfor.

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.

Desarrollo y aplicación de estrategias de control avanzado en procesos biológicos de tratamiento de efluentes contaminados

En este proyecto se ha desarrollado estrategias de control avanzadas para plantas de depuración de aguas residuales urbanas que eliminan conjuntamente materia orgánica, nitrógeno y fósforo. Las estrategias se han basado en el estudio multivariable del comportamiento del sistema, que ha producido subsidios para la utilización de lazos de control feedforward, de control predictivo y de un control de costes que automáticamente enviaba las consignas más adecuadas para los controladores de proceso. Para el desarrollo de las estrategias, se ha creado un sistema virtual de simulación (simulador) de plantas de depuradoras, basado en datos de literatura. Para el caso de una planta real, se ha desarrollado un simulador de la planta de Manresa (Catalunya). Sin embargo, el sistema de Manresa se ha utilizado exclusivamente para auxiliar los ingenieros de la planta en la tomada de decisiones de cambio de configuración para que la eliminación de fósforo se dé por la ruta biológica y no por la ruta química. La implementación de los simuladores ha permitido hacer muchas pruebas que en una planta real demandarían mucho tiempo y consumirían muchos recursos energéticos y financieros. Las estrategias de control más elaboradas han podido ahorrar hasta 150.000,00 Euros por año en relación a la operación de la planta sin el control automático. Cuanto a los estudios del modelo de la planta real, se concluyó que la eliminación biológica de fósforo puede sustituir el actual proceso químico de eliminación de fósforo, bajando los costes operacionales (costes del agente precipitante).

Ecologia del tram final del riu Ebre: la comunitat de macròfits i macroinvertebrats associats

Durant els últims anys al tram final del riu Ebre s’han produit canvis molt importants a l’ecosistema fluvial: l’augment de la transparència de l’aigua ha comportat una proliferació massiva de macròfits que ha provocat canvis en l’estructura tròfica i en la composició de les comunitats biològiques, representant un greu perill per espècies amenaçades com Margaritifera auricularia. A més del problema ecològic, els macròfits estan provocant molts problemes socio-econòmics perjudicant les captacions d’aigua (centrals nuclears, hidroelèctriques i regadius), creant problemes per a la navegació fluvial, i afavorint la proliferació d’espècies molestes com la mosca negra (Simulium erythrocephalum). Entre les diferents causes que podrien explicar aquests canvis en l’ecosistema hi ha: la disminució del fòsfor dissolt, la regularització i la disminució de cabals, i l’aparició d’espècies introduides com el musclo zebra. Segurament es tractarà d’un efecte combinat de les diferents causes però és necessari analitzar-les per tal de conèixer quines tenen més incidència i així, poder proposar mesures de gestió per als problemes ecològics que pateix el tram final de l’Ebre. Al present projecte de tesi (inclós en el projecte d’I+D: efectes de la millora de la qualitat de l'aigua i de l'alteració del règim de cabals sobre les comunitats biològiques del tram final del riu Ebre) s’estudiarà la comunitat de macròfits i macroinvertebrats associats per tal de determinar el paper que tenen en el canvis que s’han produit al riu durant els últims anys.

Creació d'un consorci de microorganismes per l'eliminació de fòsfor a partir de fonts de carboni alternatives

L'existència d’una font de carboni adequada per l’eliminació biològica de fòsfor, és un factor decisiu per l'eliminació de fòsfor de les aigües residuals urbanes. Per a les aigües residuals amb baix contingut d'àcids grassos volàtils és necessària l’addició d’alguna font de carboni externa. El metanol és la font de carboni més utilitzada en processos a EDAR (p.ex. desnitrificació), degut al seu baix cost. Malgrat això, varis estudis proven que per l’eliminació biològica de fòsfor, aquest, no és una bona alternativa. En aquest estudi es desenvolupa un consorci amb la biomassa de digestió anaeròbia i biomassa acumuladora de polifosfat (PAO). El propòsit del consorci és la degradació de metanol en AGV, per obtenir l'activitat EBPR. A més, aquest estudi mostra la viabilitat de substituir en el consorci el metanol per altres fonts de carboni.

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.

Estudi edàfic dels boscos joves de pi negre del Parc Nacional d'Aigüestortes i Sant Maurici

Estudiem les característiques edàfiques del sòl dels boscos joves de pi negre (Pinus uncinata) de l’estatge subalpí del Parc Nacional d’Aigüestortes i Estany de Sant Maurici corresponents a àrees de reforestació entre els anys 1956 i 2008. Aquest estudi s’ha fet de 29 parcel•les d’aquesta zona situades sobre diferents tipus de substrat, orientació i pendent. S’ha caracteritzat el sòl a partir de l’anàlisi de textura, matèria orgànica, nitrogen total, fòsfor, sodi, potassi, magnesi, calci, capacitat d’intercanvi catiònic, acidesa del sòl, relació C/N. Els resultats confirmen que es tracta de sòls àcids amb un elevat contingut de matèria orgànica a l’horitzó superficial (0-5 cm) i majoritàriament tenen humus de tipus moder. Això fa que aquest tingui valors de nitrogen total elevats. Gràcies al pH àcid i els continguts de potassi, calci i magnesi tindrem una bona fertilitat ja que la solubilitat i assimilació dels nutrients del sòl serà bona. Tots els valors obtinguts disminueixen en profunditat i mostren una gran variabilitat entre les parcel•les estudiades.

Shutterless deposition of phosphorous doped microcrystalline silicon by Cat-CVD

In this paper we present results on phosphorous-doped μc-Si:H by catalytic chemical vapour deposition in a reactor with an internal arrangement that does not include a shutter. An incubation phase of around 20 nm seems to be the result of the uncontrolled conditions that take place during the first stages of deposition. The optimal deposition conditions found lead to a material with a dark conductivity of 12.8 S/cm, an activation energy of 0.026 eV and a crystalline fraction of 0.86. These values make the layers suitable to be implemented in solar cells.

Optimisation of doped microcrystalline silicon films deposited at very low temperatures by Hot-Wire CVD

In this paper we present new results on doped μc-Si:H thin films deposited by hot-wire chemical vapour deposition (HWCVD) in the very low temperature range (125-275°C). The doped layers were obtained by the addition of diborane or phosphine in the gas phase during deposition. The incorporation of boron and phosphorus in the films and their influence on the crystalline fraction are studied by secondary ion mass spectrometry and Raman spectroscopy, respectively. Good electrical transport properties were obtained in this deposition regime, with best dark conductivities of 2.6 and 9.8 S cm -1 for the p- and n-doped films, respectively. The effect of the hydrogen dilution and the layer thickness on the electrical properties are also studied. Some technological conclusions referred to cross contamination could be deduced from the nominally undoped samples obtained in the same chamber after p- and n-type heavily doped layers.

Decomposition of Ruppia cirrhosa (Petagna) Grande in the sediment of a coastal lagoon

The decomposition process of Ruppia cirrhosa was studied in a Mediterranean coastal lagoon in the Delta of the River Ebro (NE Spain). Leaves and shoots of Ruppia were enclosed in 1 mm-mesh and 100 pm-mesh litter bags to ascertain the effect of detritivores, macroinvertebrates, and bacteria and fungi, respectively. Changes in biomass and carbon, and, nitrogen and phosphorus concentrations in the detritus were studied at the sediment-water interface and in the sediment. Significant differences in biomass decay were observed between the two bag types. Significant differences in decomposition were observed between the two experimental conditions studied using 100 pm-mesh bags. These differences were not significant when using the 1 mm-mesh bags. The carbon content in the detritus remained constant during the decomposition process. The percentage of nitrogen increased progressively from an initial 2.4 % to 3 %. The percentage of phosphorus decreased rapidly during the first two days of decomposition from an initial 0.26 % to 0.17 %. This loss is greater in the sediment than in the water column or at the sediment-water interface. From these results we deduce that the activity of microorganisms seems to be more important in the sediment than in the water-sediment interface, and that grazing by macroinvertebrates has less importance in the sediment than in the water column.

Alkaline phosphatase activity as a tool for assessing nutritional conditions in the seagrass Posidonia oceanica.(L.) Delile

The effects of experimental phosphorus enrichments on alkaline phosphatase activity (APA) of the seagrass Posidonia oceanica (L.) Delile were tested. Short-term additions (as phosphate, 12 hours, in the laboratory) decreased APA by 18-2896, depending on the plant part considered (roots, young leaves or old leaves). The values of APA after this treatment were well correlated with interna1 phosphorus pools (as P concentration in plant tissues). Long-term additions (as phosphate, added to the sediment, 1 month in situ) decreased APA by 40-75%, also depending on the plant part. We conclude that alkaline phosphatase activity is a good indicator of P deficiency in this seagrass. We used this indicator to assess the P-nutritional status in a series of meadows in the NW Mediterranean, finding a high geographical variability, but correlations between APA and basic features of the meadows (carbonate content of the sediment, organic content of the sediment, shoot density, etc.) were not significant. Consequently, phosphorus deficiency does not seem to be directly related to these descriptors.

Temporal variation of the biomass and structure of Caulerpa prolifera (Forsskal) Lamouroux meadows in the Mar Menor lagoon (SE Spain).

The temporal changes in the structure, biomass and C, N and P content of meadows of Caulerpa prolifera (Forsskal) Lamouroux in the Mar Menor coastal lagoon (SE Spain) are described over the period from November 1986 to March 1989. C. prolifera meadows showed a unimodal pattern of vegetative development with maximum biomass values (168-173 g d.w. m-2) reached in summer and maintained during autumn, and minimum biomass values (0-57 g d.w. m-2) during late winter and early spring. Leaf area index values changed between 0.37-0.40 m2 m-2 in January-February and 2.60-7.06 m2 m-2 in July. The seasonality in the biomass and structure of the meadow was mainly related to the vegetative development of the secondary fronds. Carbon and phosphorus content of the thallus (32.5-34.8% d.w. and 0.065-0.069% d.w., respectively) had no seasonality, but nitrogen content showed a bimodal annual pattern with higher values in spring and fall (>2.5% d.w.) than in summer and winter (<2.5% d.w.).

Sedimen-water nutrient fluxes: Preliminary results of in situ measurements in Alfaques Bay, Ebro River Delta.

Sediment-water exchanges of oxygen, ammonium, nitrate, total dissolved nitrogen, phosphate and total dissolved phosphorus were measured by means of an in situ incubator of 7 1 volume and 700 cm2 base area. The incubations lasted for three hours and were done over a whole season on different kinds of sediments in Alfaques Bay. We present some preliminary results on: i) methodological aspects, ii) spatial and temporal variability of fluxes, and iii) estimates of contribution of benthic nutrient regeneration relative to total nutrient loading of the Bay. Oxygen uptake averaged 1700 mmo1 m-2 h-1 (range 200-3500); no differences were found between sandy and muddy sediments. The release of ammonia from the sediment averaged 70 mmo1 m-2 h-1 and was higher in muddy sediments than in sandy ones. Very low to null nitrate and nitrite fluxes and only small fluxes of organic nitrogen were detected. We conclude that ammonium release from sediment is the major path of nitrogen regeneration. Some sediments removed dissolved reactive phosphorus (DRP) from the water and released dissolved organic phosphorus (DOP). Additional manipulative experiments revealed DRP release under particular conditions (turbulence, anoxia). From these data, we estimate that at least 50% of the nitrogen requirements of phytoplankton in the area may be supplied by benthic remineralization.