Availability and use of organic matter in stream ecosystems: the role of biofilms

La comunitat bentònica dels ecosistemes fluvials processa una gran quantitat de la matèria orgànica que arriba als rius. L'origen de les entrades de material (autòctones o al·lòctones), la seva composició química i la seva quantitat (freqüència de les entrades i concentració assolida en el riu), determinen l'estructura de la comunitat bentònica autotròfica i heterotròfica, les seves relacions tròfiques i les seves interaccions potencials (competència, sinergisme). L'objectiu d'aquesta tesi és posar de manifest la utilització de la matèria orgànica dissolta (MOD) per part dels biofilms bacterians bentònics fluvials i determinar l'eficiència del sistema fluvial en l'ús dels diferents materials que hi circulen. Amb aquesta finalitat s'han portat a terme diversos experiments, tant de camp com de laboratori, per tal de conèixer els efectes de la disponibilitat de la matèria orgànica (quantitat) i la seva qualitat (composició química i biodegradabilitat) i els efectes deguts a l'augment de temperatura de l'aigua del riu.

Effects of priority and emerging pollutants on river biofilms

L'activitat humana representa una de les majors causes d'entrada d'una gran varietat de substàncies en els ecosistemes fluvials. L'objectiu principal d'aquest treball es investigar els efectes que els tòxics orgànics poden exercir en els biofilms fluvials. El riu Llobregat ha estat sotmès a fortes pressions, fet que l'ha portat a uns nivells molt elevats de contaminació. En aquest estudi s'ha observat una influència dels plaguicides presents al riu en la distribució de la comunitat de diatomees, així com efectes en el biofilm a nivell funcional i estructural. Experiments amb canals experimentals han mostrat que l'herbicida diuron i el bactericida triclosan poden ocasionar una cadena d'efectes en els biofilms, incloent efectes directes i també efectes indirectes en les relacions entre els components del biofilm. Experiments amb cultius algals han mostrat que aquests tòxics, aplicats en barreja, poden tenir una major toxicitat de la prevista pels models, resultant en efectes sinèrgics.

Fish as ecological indicators in Mediterranean freshwater ecosystems

Podeu escriure el text directament o arrossegar-lo des d'un altre document L'objectiu d'aquesta tesi és contribuir a l'ús dels peixos continentals com a indicadors de l'estat ecològic a la conca Mediterrània. En el primer treball es va detectar que encara que tots els índex biològics estaven correlacionats significativament, els peixos integren i expressen els estressos de manera i a una escala diferents, aportant una informació complementària als altres índexs. Al segon article es van estudiar els cabals de sis conques catalanes. S'ha mostrat que els règims hídrics estan alterats amb una tendència a la disminució del cabal i del nivell dels aqüífers. S'ha detectat quatre mètriques de peixos que es troben significativament afectades en zones més castigades per manca d'aigua degut a l'activitat humana. Es discuteix la necessitat de conèixer en profunditat el règim hídric de cada conca abans d'utilitzar els índex biològics. Al tercer article es va detectar que la composició d'espècies capturades va variar significativament al llarg del buidat amb un augment de l'alburn (A. alburnus) a les aigües pelàgiques durant els dies de pitjor qualitat de l'aigua, confirmant que l'alburn és més tolerant a la mala qualitat de l'aigua que la madrilleta vera (R. rutilus) i suggereix el seu potencial com a bioindicador. La condició d'aquestes dues espècies va canviar significativament al llarg del buidat de manera molt estreta amb la qualitat de l'aigua. Al quart capítol es va estudiar la biologia dels peixos d'un embassament altament contaminat (Flix). El percentatge de DELT anomalies i la presència de paràsits externs era major en la zona impactada que als punts de control i els valors més alts de pes eviscerat i pes del fetge estaven als punts de control. Les respostes van ser diferents per cada espècie i la carpa va ser la que va mostrar més clarament els impactes.

Embodied Autonomy in Digital Ecosystems: From Bio-Inspired Agents to Cognitive Systems

This paper proposes to promote autonomy in digital ecosystems so that it provides agents with information to improve the behavior of the digital ecosystem in terms of stability. This work proposes that, in digital ecosystems, autonomous agents can provide fundamental services and information. The final goal is to run the ecosystem, generate novel conditions and let agents exploit them. A set of evaluation measures must be defined as well. We want to provide an outline of some global indicators, such as heterogeneity and diversity, and establish relationships between agent behavior and these global indicators to fully understand interactions between agents, and to understand the dependence and autonomy relations that emerge between the interacting agents. Individual variations, interaction dependencies, and environmental factors are determinants of autonomy that would be considered. The paper concludes with a discussion of situations when autonomy is a milestone

Desenvolupament d'un sistema expert com a eina per a una millor gestió de la qualitat de les aigües fluvials

Avui en dia no es pot negar el fet que els humans són un component més de les conques fluvials i que la seva activitat afecta enormement la qualitat de les aigües. A nivell europeu, l'elevada densitat de població situada en les conques fluvials ha comportat un increment de la mala qualitat de les seves aigües fluvials. En les darreres dècades l'increment de les càrregues de nutrients en els sistemes aquàtics ha esdevingut un problema prioritari a solucionar per les administracions competents en matèria d'aigua. La gestió dels ecosistemes fluvials no és una tasca fàcil. Els gestors es troben amb què són sistemes molt complexos, donada l'estreta relació existent entre els ecosistemes fluvials i els ecosistemes terrestres que drenen. Addicionalment a la complexitat d'aquests sistemes es troba la dificultat associada de la gestió o control de les entrades de substàncies contaminants tant de fonts puntuals com difoses. Per totes aquestes raons la gestió de la qualitat de les aigües fluvials esdevé una tasca complexa que requereix un enfocament multidisciplinar. Per tal d'assolir aquest enfocament diverses eines han estat utilitzades, des de models matemàtics fins a sistemes experts i sistemes de suport a la decisió. Però, la major part dels esforços han estat encarats cap a la resolució de problemes de reduïda complexitat, fent que molts dels problemes ambientals complexos, com ara la gestió dels ecosistemes fluvials, no hagin estat vertaderament tractats. Per tant, es requereix l'aplicació d'eines que siguin de gran ajuda en els processos de presa de decisions i que incorporin un ampli coneixement heurístic i empíric: sistemes experts i sistemes de suport a la decisió. L'òptima gestió de la qualitat de l'aigua fluvial requereix una aproximació integrada i multidisciplinar, que pot ésser aconseguida amb una eina intel·ligent construïda sobre els conceptes i mètodes del raonament humà. La present tesi descriu la metodologia desenvolupada i aplicada per a la creació i construcció d'un Sistema Expert, així com el procés de desenvolupament d'aquest Sistema Expert, com el principal mòdul de raonament d'un Sistema de Suport a la Decisió Ambiental. L'objectiu principal de la present tesi ha estat el desenvolupament d'una eina d'ajuda en el procés de presa de decisions dels gestors de l'aigua en la gestió de trams fluvials alterats antròpicament per tal de millorar la qualitat de la seva aigua fluvial. Alhora, es mostra el funcionament de l'eina desenvolupada a través de dos casos d'estudi. Els resultats derivats del Sistema Expert desenvolupat, implementat i presentat en la present tesi mostren que aquests sistemes poden ésser eines útils per a millorar la gestió dels ecosistemes fluvials.

Análisis de la aplicabilidad de la técnica Value Stream Mapping en el rediseño de sistemas productivos

Los sistemas productivos de las empresas han de adaptarse a las exigencias de los mercados. El Value Stream Mapping (VSM) es una técnica desarrollada por la Producción Ajustada y orientada al rediseño de dichos sistemas productivos. Si bien existe divulgación teórica sobre la técnica así como publicaciones de casos prácticos exitosos, se detecta la carencia de un análisis que explore en profundidad la aplicabilidad de la técnica en entornos productivos relacionados con las lineas de flujo desconectadas. Así, el objetivo de la tesis es la evaluación de la aplicabilidad del VSM en dichos entornos. El método de investigación adoptado ha consistido en un estudio de casos múltiple sobre seis empresas. Los resultados confirman la validez práctica del VSM para el rediseño de sistemas productivos. No obstante, también se fijan aspectos de mejora y desarrollo para que la técnica pueda convertirse en la referencia base.

Comunidades de cianobacterias bentónicas, producción y liberación de microcistinas en el río Muga (NE Península Ibérica)

El estudio de las comunidades de cianobacterias en la cuenca del río Muga permite profundizar en la búsqueda de factores que favorezcan o inhiban la acumulación intracelular de microcistinas y su liberación al medio externo en condiciones oligotróficas o con leves signos de eutrofia, al tiempo que permiten aportar nuevos conocimientos que ayuden a mejorar el entendimiento de los mecanismos y procesos que participan en la dinámica de las comunidades de cianobacterias bentónicas y las microcistinas asociadas en ecosistemas fluviales mediterráneos. Se ha realizado un estudio de la estructura y variabilidad de las comunidades de cianobacterias durante un ciclo anual completo mediante muestreos mensuales y muestreos con menor periodicidad durante un segundo ciclo posterior. Dichos muestreos han permitido observar diferentes patrones espacio-temporales a lo largo de todo el período de estudio en los 4 puntos de muestreo seleccionados en la cuenca del río Muga. Estos 4 tramos incluyen 1 punto regulado:aguas abajo del embalse de Boadella, y 3 sin regular:2 cabeceras y un punto aguas abajo de la población de Albanyà. Se han identificado un total de 34 especies de cianobacterias bentónicas en las 4 zonas estudiadas, predominando siempre especies de aguas limpias o poco alteradas. Dos especies, Rivularia biasolettiana (zonas más limpias y expuestas) y Phormidium retzii (sonas esciáfilas o con alta velocidad de corriente), resultan dominantes en gran parte de ellas. Se han reconocido un total de 6 microcistinas acumuladas intracelularmente en la comunidad bentónica de cianobacterias, identificando 3 de ellas: MC-RR, MC-LR y MC-YR. La concentración de microcistinas intracelulares ha disminuído a lo largo del eje principal del río Muga, determinada por diferentes factores físicos, químicos y biológicos. A nivel general, la acumulación total de microcistinas intracelulares ha estado asociada a un aumento de la temperatura del agua, un descenso en la diversidad de la comunidad de cianobacterias y pequeños incrementos de la concentración de fósforo disuelto en el agua. En cuanto a la liberación de microcistinas, ha estado vinculada a distintas perturbaciones soportadas por la comunidad cianobacteriana, tanto asociadas a factores físicos naturales como antrópicos.

Fate and effects of copper in fluvial ecosystems: the role of periphyton

L'activitat humana és una de les majors causes d'elevades concentracions de nutrients i substàncies tòxiques en els ecosistemes fluvials. Entre la gran varietat de factors que alteren aquests ecosistemes, l'eutrofització i la contaminació per metalls pesants són dos dels principals problemes ambientals en països desenvolupats. Els biofilms fluvials (també anomenats comunitats perifítiques) representen una eina valuosa per avaluar els efectes dels contaminants (ex. nutrients i metalls) en els ecosistemes aquàtics. Aquest treball pretén investigar el destí i els efectes del Cu en els ecosistemes fluvials centrant-se en les comunitats perifítiques. Diferents metodologies han estat desenvolupades i/o adaptades per investigar específicament la dinàmica del Cu, la seva toxicitat i bioacumulació en comunitats perifítiques naturals, i la interacció entre l'eutrofització i la toxicitat del Cu en aquests ecosistemes.

Response of the benthic macroinvertebrate community to a point source in La Tordera stream (Catalonia, NE Spain)

Vam monitoritzar paràmetres físics i químics, macroinvertebrats bentònics, clorofil·la a, productors primaris i matèria orgànica durant un any (2001-2002) per examinar els efectes d'una font puntual sobre la composició taxonòmica, la estructura de la comunitat, l'organització funcional, la utilització de l'habitat i la estoquiometria al riu la Tordera (Catalunya). Aigües avall de la font puntual, concentració de nutrients, cabal i conductivitat eren majors que al tram d'aigües amunt, mentre que oxigen dissolt era menor. La densitat de macroinvertebrats era més elevada al tram d'aigües avall però la biomassa era similar als dos trams. La riquesa taxonòmica al tram de dalt era un 20% més alt que al tram de baix. Els anàlisis d'ordenació separen clarament els dos trams en el primer eix, mentre que els dos trams presentaven una pauta temporal similar en el segon eix. La similaritat entre els dos trams en composició taxonòmica, densitats i biomasses després de les crescudes d'abril i maig de 2002, indiquen que les pertorbacions del cabal poden actuar com a un mecanisme de reinici de la comunitat bentònica i jugar un paper important per a la restauració d'ecosistemes fluvials. Els dos trams presentaven una biomassa de perifiton, plantes vasculars, CPOM i FPOM similars, mentre que clorofil·la a, algues filamentoses, molses i SPOM eren majors al tram d'aigües avall. La densitat relativa de trituradors era menor sota la font puntual mentre que col·lectors i filtradors van ser afavorits. La biomassa relativa de trituradors també era menor sota la font puntual, però la biomassa de col·lectors i depredadors va augmentar. Les relacions entre densitat de grups tròfics i els seus recursos eren rarament significatives. La relació s'explicava millor amb la biomassa de macroinvertebrats. Els dos trams compartien la mateixa relació per raspadors, col·lectors i filtradors però no per trituradors i depredadors. La densitat i la biomassa de macroinvertebrats es trobaven positivament correlacionades amb la quantitat de recursos tròfics i la complexitat d'habitat, mentre que la riquesa taxonòmica es trobava negativament relacionada amb paràmetres hidràulics. La influència dels substrats inorgànics prenia menor rellevància per a la distribució dels macroinvertebrats. Els anàlisis d'ordenació mostren com les variables del microhabitat de major rellevància eren CPOM, clorofil·la a, algues filamentoses i velocitat. La cobertura de sorra només era significativa per al tram d'aigües amunt i les molses, al d'aigües avall. El número de correlacions significatives entre macroinvertebrats i les variables del microhabitat era més elevat per al tram de dalt que per al de baix, bàsicament per diferències en composició taxonòmica. La biomassa de macroinvertebrats va aportar una informació semblant a la obtinguda per la densitat. Perifiton i molses tenien uns continguts de nutrients similars en els dos trams. Els %C i %N d'algues filamentoses també eren similars en els dos trams però el %P sota la font puntual era el doble que al tram de dalt. Les relacions estoquiomètriques en CPOM, FPOM i SPOM eren considerablement menors sota la font puntual. Els continguts elementals i relacions van ser molt variables entre taxons de macroinvertebrats però no van resultar significativament diferents entre els dos trams. Dípters, tricòpters i efemeròpters presentaven una estoquiometria similar, mentre que el C i el N eren inferiors en moluscs i el P en coleòpters. Els depredadors presentaven un contingut en C i N més elevat que la resta de grups tròfics, mentre que el P era major en els filtradors. Els desequilibris elementals entre consumidors i recursos eren menors en el tram d'aigües avall. A la tardor i l'hivern la major font de nutrients va ser la BOM mentre que a la primavera i a l'estiu va ser el perifiton.

Studies of dynamics of physical agent ecosystems

This thesis addresses the problem of learning in physical heterogeneous multi-agent systems (MAS) and the analysis of the benefits of using heterogeneous MAS with respect to homogeneous ones. An algorithm is developed for this task; building on a previous work on stability in distributed systems by Tad Hogg and Bernardo Huberman, and combining two phenomena observed in natural systems, task partition and hierarchical dominance. This algorithm is devised for allowing agents to learn which are the best tasks to perform on the basis of each agent's skills and the contribution to the team global performance. Agents learn by interacting with the environment and other teammates, and get rewards from the result of the actions they perform. This algorithm is specially designed for problems where all robots have to co-operate and work simultaneously towards the same goal. One example of such a problem is role distribution in a team of heterogeneous robots that form a soccer team, where all members take decisions and co-operate simultaneously. Soccer offers the possibility of conducting research in MAS, where co-operation plays a very important role in a dynamical and changing environment. For these reasons and the experience of the University of Girona in this domain, soccer has been selected as the test-bed for this research. In the case of soccer, tasks are grouped by means of roles. One of the most interesting features of this algorithm is that it endows MAS with a high adaptability to changes in the environment. It allows the team to perform their tasks, while adapting to the environment. This is studied in several cases, for changes in the environment and in the robot's body. Other features are also analysed, especially a parameter that defines the fitness (biological concept) of each agent in the system, which contributes to performance and team adaptability. The algorithm is applied later to allow agents to learn in teams of homogeneous and heterogeneous robots which roles they have to select, in order to maximise team performance. The teams are compared and the performance is evaluated in the games against three hand-coded teams and against the different homogeneous and heterogeneous teams built in this thesis. This section focuses on the analysis of performance and task partition, in order to study the benefits of heterogeneity in physical MAS. In order to study heterogeneity from a rigorous point of view, a diversity measure is developed building on the hierarchic social entropy defined by Tucker Balch. This is adapted to quantify physical diversity in robot teams. This tool presents very interesting features, as it can be used in the future to design heterogeneous teams on the basis of the knowledge on other teams.