Nitrifying and denitrifying bacterial communities in the sediment and rhizosphere of a free water surface constructed wetland

La contínua descàrrega de nutrients, sobretot fosfats i nitrogen, és la major causa d'eutrofització dels ecosistemes aquàtics. Els sistemes de tractament basats en aiguamolls construïts s'han emprat per reduir ells nivells de nitrogen a l'aigua com a alternativa de baix cost als mètodes de depuració convencionals. L'eliminació del nitrogen a aquests sistemes depèn en bona part de la vegetació, i l'alternança de condicions aeròbiques i anaeròbiques per promoure els processos de nitrificació i desnitrificació. En aquest treball hem volgut investigar les activitats microbianes de nitrificació i desnitrificació en relació a dues espècies de plantes macròfites en un sistema d'aiguamolls de tractament de flux superficial (FS-SAC), dissenyat per minimitzar l'impacte de l'alliberament d'aigua carregada de nutrients a la reserva natural dels Aiguamolls de l'Empordà (Girona, Espanya).

Primary succession in man-made wetlands: biodiversity, structure and dynamics of macrofaunal assemblages

Man-made wetlands are often created to compensate for the loss or degradation of natural wetlands, but little is known about the processes taking place in these artificial environments, especially at the community level. Throughout this thesis, we have assessed the phenomena of primary succession over different time (short-, mid- and long-term) and spatial scales (local, regional, interregional levels), applying different approaches (taxonomic and functional) and subject groups (invertebrates and amphibians). Our main findings regarding time scales show a 3-phase successional pattern in Mediterranean man-made wetlands’ communities, where at the short term (1 year) colonization processes dominate; at mid term perspectives (2 to 7 years) succession signs begin to be conspicuous, and later on (≥ 10 years) parameters such as species richness reach an asymptote. At that moment, some biological strategies dominate, and biodiversity surrogates indicate that communities are indistinct between man-made and natural wetlands. Regarding spatial effects, we corroborated that both local and regional factors affect the establishing communities. Particularly, the low hydrological stability of the Mediterranean region has enhanced biological traits favoring resilience and resistance to disturbances when comparing Mediterranean and cold temperate aquatic communities. Even within the Mediterranean region, low levels of hydrological stability have significant effects on the successional dynamics. In these cases, local communities are highly nested within regional natural ones, and so are not able to make net contributions to regional richness. We also showed the influence of the regional pool of recruiters over local communities, both in the case of invertebrates and amphibians. Especially for the latter group, man-made Mediterranean temporary ponds (MTPs) can play an important role in their conservation.

EDSS-maintenance prototype: an environmental decision support system to assess the definition of operation and maintenance protocols for horizontal subsurface constructed wetlands

Els Sistemes d'Aiguamolls Construïts (SAC) de Flux Subsuperficial Horitzontal (FSH) és una tecnologia apropiada pel sanejament d'aigües residuals procedents de nuclis de població petits. No obstant els SAC de FSH són considerats una tecnologia natural, l'operació i manteniment d'aquestes depuradores és crucial per a garantir el seu correcte funcionament. Aquestes necessitats d'operació i manteniment varien entre depuradores segons (1) les característiques de la comunitat, (2) la configuració de la depuradora i el disseny del SAC de FSH i (3) les característiques del medi receptor. En aquest sentit, en aquesta tesi es presenta el desenvolupament d'un Sistema d'Ajuda a la Decisió (SAD) per a la definició de protocols d'operació i manteniment per a SAC de FSH tenint en compte els factors que causen variabilitat entre aquest tipus de depuradores (1, 2 i 3).

La consolidació de la propietat pagesa a Catalunya (el Baix Empordà, 1850-1940)

Aquesta tesi estudia algunes de les transformacions agràries enregistrades en un àmbit comarcal (la comarca catalana del Baix Empordà) entre mitjan segle XIX i mitjan segle XX. EI fil conductor és la distribució de la propietat del sol agrícola. Però per a la seva comprensió es considera necessari integrar moltes altres variables. EI treball també es proposa assajar alguns procediments metodològics poc habituals en l'anàlisi de la distribució de la propietat del sòl agrícola i la seva evolució en època contemporània. Com a hipòtesi central, es sosté que, al Baix Empordà i al llarg del període comprès entre 1850 i 1940, els canvis que varen produir-se en l'estructura de la propietat i, també, en I'estructura social rural, varen apuntar genèricament a favor dels grups pagesos. En particular, es sosté : ( I) Que la situació de partida (de mitjan segle XIX) ja es caracteritzava per un notable pes de la petita propietat pagesa sobre I'estructura de la propietat agrícola i sobre el conjunt del sistema agrari. (2) Que, amb posterioritat a la crisi agrària finisecular, els problemes de rendibilitat de la producció agrària i l'erosió soferta per alguns mecanismes d'extracció de renda varen tendir a allunyar els sectors rendistes que tradicionalment havien exercit la seva hegemonia -econòmica i social- en la societat rural. (3) I, finalment, que al llarg del període va produir-se un avenç de la propietat pagesa com a conseqüència del fet que una porció significativa de famílies pageses aconseguissin ampliar el seu patrimoni territorial a través de compres realitzades en el mercat de terres, alhora que un nombre significatiu de vells grans patrimonis es fraccionava i desfeia. La magnitud d'aquests canvis va ser moderada i no va pas estar exempta d'ambigüitats, però posa de relleu la capacitat de resistència i adequació de l'explotació pagesa a les condicions d'un capitalisme evolvent, malgrat els pronòstics en sentit contrari de molts teòrics. La tesi està articulada en dues parts. En la primera es duu a terme una descripció detallada de les característiques del sistema agrari baixempordanès de mitjan segle XIX amb l'objectiu final de determinar el significat econòmic de les terres posseïdes per cada patrimoni familiar (més enllà de la simple consideració de les superfícies). EI primer pas consisteix en l'anàlisi dels usos del sòl, dels conreus principals i la seva ordenació en rotacions, dels rendiments físics, de les practiques de reposició de la fertilitat i de la dotació ramadera. A continuació es descriuen les tècniques i el procés de treball agrari amb l'objectiu de formular un model d'organització del treball agrícola que permeti mesurar les exigències en treball d'aquesta activitat. Es conclou que, des de la perspectiva de l'ocupació i de la demanda de treball generades pel sistema agrari, les localitats rurals es caracteritzaven per un fort excedent de mà d'obra en relació a les demandes laborals dels conreus tant des d'una perspectiva macroeconòmica com microeconòmica. EI tercer capítol es centra en l'avaluació de les necessitats de consum i reproducció de les UFP. Les estimacions realitzades permeten proposar un model flexible, que és contrastat amb els ingressos potencialment obtenibles per cada patrimoni. S'arriba a la conclusió que només una ínfima part de la població arribava a obtenir, amb l'explotació directa del seu patrimoni, l'ingrés necessari per a la seva reproducció econòmica simple. Paral·lelament però, es posa de relleu la importància econòmica i social dels petits patrimonis pagesos. S'estima que entorn una mitjana del 45% del sòl agrícola estava posseït per aquest segment de propietaris i, en el quart capítol, s'estudien les implicacions d'aquest fet. EI retrat de la situació de partida finalitza amb l'estudi dels règims de no-propietat predominants a la comarca. En la segona part, aquesta visió estàtica deixa pas a una anàlisi dinàmica. A mitjan segle XIX, al Baix Empordà, s'estava arribant a la fi d'una llarga etapa expansiva iniciada una centúria abans. Els primers signes d'esgotament varen ser la intensa pèrdua de població rural entre 1860 i 1880, la paralització de l'expansió dels conreus i el fort desenvolupament de la industria surera, eix del nou motor econòmic comarcal. Amb posterioritat a 1860 els canvis en l'estructura distributiva de la propietat varen tendir a apuntar cap a la consolidació de la propietat pagesa. Es va produir un procés de transferència de terres des dels sectors rendistes cap a sectors pagesos que va realitzar-se a través de compravendes en el mercat de la terra més que a través d'establiments i subestabliments emfitèutics. Va tenir com a conseqüència última el retrocés dels vells patrimonis rendistes, que, en general, no varen ser substituïts per l'aparició de nous grans patrimonis, com havia pogut passar fins aleshores. Paral·lelament, un bon nombre d'unitats familiars rurals també varen anar abandonant el camp i les seves propietats, produint-se una altra línia de transferència de terres entre sectors pagesos. La depreciació sostinguda dels preus agrícoles, la caiguda de la renda agrària, la superior rendibilitat de les inversions en valors mobiliaris i la incidència d'una creixent conflictivitat agrària són els factors que es destaquen per explicar la reculada dels grans patrimonis territorials. Des de la perspectiva pagesa es proposen tres elements explicatius per interpretar el procés d'acumulació patrimonial observat en un determinat segment de població: (1) el manteniment d'estratègies de producció per a l'autoconsum (un aspecte sempre polèmic i de difícil demostració); (2) l'existència d'un flux important d'ingressos salarials i extra-agrícoles en la composició de l'ingrés familiar pagès; i (3) el canvi en les orientacions tècniques i productives de les explotacions pageses. La combinació dels tres, alhora que hauria limitat els efectes directes dels moviments dels preus agraris, hauria possibilitat l'estratègia acumulativa observada.

The Wheal Jane wetlands model for bioremediation of acid mine drainage

Acid mine drainage (AMD) is a widespread environmental problem associated with both working and abandoned mining operations. As part of an overall strategy to determine a long-term treatment option for AMD, a pilot passive treatment plant was constructed in 1994 at Wheal Jane Mine in Cornwall, UK. The plant consists of three separate systems, each containing aerobic reed beds, anaerobic cell and rock filters, and represents the largest European experimental facility of its kind. The systems only differ by the type of pretreatment utilised to increase the pH of the influent minewater (pH <4): lime dosed (LD), anoxic limestone drain (ALD) and lime free (LF), which receives no form of pretreatment. Historical data (1994-1997) indicate median Fe reduction between 55% and 92%, sulphate removal in the range of 3-38% and removal of target metals (cadmium, copper and zinc) below detection limits, depending on pretreatment and flow rates through the system. A new model to simulate the processes and dynamics of the wetlands systems is described, as well as the application of the model to experimental data collected at the pilot plant. The model is process based, and utilises reaction kinetic approaches based on experimental microbial techniques rather than an equilibrium approach to metal precipitation. The model is dynamic and utilises numerical integration routines to solve a set of differential equations that describe the behaviour of 20 variables over the 17 pilot plant cells on a daily basis. The model outputs at each cell boundary are evaluated and compared with the measured data, and the model is demonstrated to provide a good representation of the complex behaviour of the wetland system for a wide range of variables. (C) 2004 Elsevier B.V/ All rights reserved.

Bioremediation of acid mine drainage: an introduction to the Wheal Jane wetlands project

Acid mine drainage (AMD) is a widespread environmental problem associated with both working and abandoned mining operations. As part of an overall strategy to determine a long-term treatment option for AMD, a pilot passive treatment plant was constructed in 1994 at Wheat Jane Mine in Cornwall, UK. The plant consists of three separate systems; each containing aerobic reed beds, anaerobic cell and rock filters, and represents the largest European experimental facility of its kind. The systems only differ by the type of pre-treatment utilised to increase the pH of the influent minewater (pH<4): lime-dosed (LD), anoxic limestone drain (ALD) and lime free (LF), which receives no form of pre-treatment. The Wheal Jane pilot plant offered a unique facility and a major research project was established to evaluate the pilot plant and study in detail the biological mechanisms and the geochemical and physical processes that control passive treatment systems. The project has led to data, knowledge, models and design criteria for the future design, planning and sustainable management of passive treatment systems. A multidisciplinary team of scientists and managers from the U.K. universities, the Environment Agency and the Mining Industry has been put together to obtain the maximum advantage from the excellent facilities facility at Wheal Jane. (C) 2004 Elseaier B.V All rights reserved.

Evaluation of field wetlands for mitigation of diffuse pollution from agriculture: sediment retention, cost and effectiveness

Diffuse pollution, and the contribution from agriculture in particular, has become increasingly important as pollution from point sources has been addressed by wastewater treatment. Land management approaches, such as construction of field wetlands, provide one group of mitigation options available to farmers. Although field wetlands are widely used for diffuse pollution control in temperate environments worldwide, there is a shortage of evidence for the effectiveness and viability of these mitigation options in the UK. The Mitigation Options for Phosphorus and Sediment Project aims to make recommendations regarding the design and effectiveness of field wetlands for diffuse pollution control in UK landscapes. Ten wetlands have been built on four farms in Cumbria and Leicestershire. This paper focuses on sediment retention within the wetlands, estimated from annual sediment surveys in the first two years, and discusses establishment costs. It is clear that the wetlands are effective in trapping a substantial amount of sediment. Estimates of annual sediment retention suggest higher trapping rates at sandy sites (0.5–6 t ha�1 yr�1), compared to silty sites (0.02–0.4 t ha�1 yr�1) and clay sites (0.01–0.07 t ha�1 yr�1). Establishment costs for the wetlands ranged from £280 to £3100 and depended more on site specific factors, such as fencing and gateways on livestock farms, rather than on wetland size or design. Wetlands with lower trapping rates would also have lower maintenance costs, as dredging would be required less frequently. The results indicate that field wetlands show promise for inclusion in agri-environment schemes, particularly if capital payments can be provided for establishment, to encourage uptake of these multi-functional features.

Sutton Common (South Yorkshire): a monument at risk in England’s wetlands

The work on the Iron Age site at Sutton Common, South Yorkshire, UK, has provided both inspiration and a testing ground for the development of English Heritage's strategy for wetlands. This paper concentrates on the non-technical aspects of the developing conservation management of the site, which includes in situ preservation of selected waterlogged remains, and summarises the main results of the Monuments at Risk in England's Wetlands project, the new strategy for which it formed the basis