Biogeochemical processes controlling oxygen and carbon isotopes of diatom silica in Late Glacial to Holocene lacustrine rhythmites

Biogeochemical cycles and sedimentary records in lakes are related to climate controls on hydrology and catchment processes. Changes in the isotopic imposition of the diatom frustules (δ 18 O diatom and δ 13 C diatom ) in lacustrine sediments can be used to reconstruct palaeoclimatic and palaeoenvironmental changes. The Lago Chungará (Andean Altiplano, 18°15 ′ S, 69°10 ′ W, 4520 masl) diatomaceous laminated sediments are made up of white and green multiannual rhythmites. White laminae were formed during short-term diatom super-blooms, and are composed almost exclusively of large-sized Cyclostephanos andinus.These diatoms bloom during mixing events when recycled nutrients from the bottom waters are brought to the surface and/or when nutrients are introduced from the catchment during periods of strong runoff. Conversely, the green laminae are thought to have been deposited over several years and are composed of a mixture of diatoms (mainly smaller valves of C. andinus and Discostella stelligera ) and organic matter. These green laminae reflect the lake's hydrological recovery from a status favouring the diatom super-blooms (white laminae) towards baseline conditions. δ 18 O diatom and δ 13 C diatom from 11,990 to 11,530 cal years BP allow us to reconstruct shifts in the precipitation/evaporation ratio and changes in the lake water dissolved carbon concentration, respectively. δ 18 O diatom values indicate that white laminae formation occurred mainly during low lake level stages, whereas green laminae formation generally occurred during high lake level stages. The isotope and chronostratigraphical data together suggest that white laminae deposition is caused by extraordinary environmental events. El Niño-Southern Oscillation and changes in solar activity are the most likely climate forcing mechanisms that could trigger such events, favouring hydrological changes at interannual-to-decadal scale. This study demonstrates the potential for laminated lake sediments to document extreme pluriannual events.

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.

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.

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.

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.

Deinking flotation of recycled linerboard for food packaging applications

Brown packaging linerboard, made entirely from recovered pulp, was subjected to deinking flotation for evaluating the possible improvements in its chemical, optical and mechanical properties. The increase in the rate of recovered paper utilisation, along with the tendency towards lower basis weights, in the packaging paper production, has created a growing need for the utilisation of secondary fibers of improved quality. To attain better quality fibers, flotation deinking of brown grades is being considered, along with the addition of primary fibers to recovered paper furnish. Numerous conducted studies, in which the flotation technology was used in the treatment of brown grades, support this idea. Most of them show that the quality of fibers is improved after flotation deinking, resulting in higher mechanical properties of the deinked handsheets and in lower amounts of chemical contaminants. As to food and human health safety, packaging paper has to meet specific requirements, to be classified as suitable for its direct contact with foods. Recycled paper and board may contain many potential contaminants, which, especially in the case of direct food contact, may migrate from packaging materials into foodstuffs. In this work, the linerboard sample selected for deinking was made from recycled fibers not submitted previously to chemical deinking flotation. Therefore, the original sample contained many noncellulosic components, as well as the residues of printing inks. The studied linerboardsample was a type of packaging paper used for contact with food products that are usually peeled before use, e.g. fruits and vegetables. The decrease in the amount of chemical contaminants, after conducting deinking flotation, was evaluated, along with the changes in the mechanical and optical properties of the deinked handsheets. Food contact analysis was done on both the original paper samples and the filter pads and handsheets made before and after deinking flotation. Food contact analysis consisted of migration tests of brightening agents, colorants, PCPs, formaldehydes and metals. Microbiological tests were also performed to determine the possible transfer of antimicrobial constituents

Research on the suitability of organosolv semi-chemical triticale fibers as reinforcement for recycled hdpe composites

The main objective of this research was to study the feasibility of incorporating organosolv semi-chemical triticale fibers as the reinforcing element in recycled high density polyethylene (HDPE). In the first step, triticale fibers were characterized in terms of chemical composition and compared with other biomass species (wheat, rye, softwood, and hardwood). Then, organosolv semi-chemical triticale fibers were prepared by the ethanolamine process. These fibers were characterized in terms of its yield, kappa number, fiber length/diameter ratio, fines, and viscosity; the obtained results were compared with those of eucalypt kraft pulp. In the second step, the prepared fibers were examined as a reinforcing element for recycled HDPE composites. Coupled and non-coupled HDPE composites were prepared and tested for tensile properties. Results showed that with the addition of the coupling agent maleated polyethylene (MAPE), the tensile properties of composites were significantly improved, as compared to non-coupled samples and the plain matrix. Furthermore, the influence of MAPE on the interfacial shear strength (IFSS) was studied. The contributions of both fibers and matrix to the composite strength were also studied. This was possible by the use of a numerical iterative method based on the Bowyer-Bader and Kelly-Tyson equations