Physical-Biological Oceanographic Coupling Influencing Phytoplankton and Primary Production in the South China Sea

Two cruises were carried out in the summer and winter of 1998 to study coupled physical-chemical-biological processes in the South China Sea and their effects on phytoplankton stock and production. The results clearly show that the seasonal distributions of phytoplankton were closely related to the coupled processes driven by the East Asian Monsoon. Summer southwesterly monsoon induced upwelling along the China and Vietnam coasts. Several mesoscale cyclonic cold eddies and anticyclonic warm pools were identified in both seasons. In the summer, the upwelling and cold eddies, both associated with rich nutrients, low dissolved oxygen ( DO), high chlorophyll a (Chl a) and primary production ( PP), were found in the areas off the coast of central Vietnam, southeast of Hainan Island and north of the Sunda shelf, whereas in the winter they form a cold trough over the deep basin aligning from southwest to northeast. The warm pools with poor nutrients, high DO, low Chl a, and PP were found in the areas southeast of Vietnam, east of Hainan, and west of Luzon during the summer, and a northwestward warm jet from the Sulu Sea with properties similar to the warm pools was encountered during the winter. The phytoplankton stock and primary production were lower in summer due to nutrient depletion near the surface, particularly PO4. This phosphorus depletion resulted in phytoplankton species succession from diatoms to dinoflagellates and cyanophytes. A strong subsurface Chl a maximum, dominated by photosynthetic picoplankton, was found to contribute significantly to phytoplankton stocks and production.

Evaluación de metales pesados en suelos de los oasis irrigados de la Provincia de Mendoza : concentraciones totales de Zn, Pb, Cd y Cu

En Mendoza, Argentina, no existen antecedentes respecto de la presencia de elementos trazas, totales y disponibles, relacionados con el uso de los suelos en los oasis irrigados. El objetivo del trabajo, en esta etapa, fue determinar los contenidos totales de plomo (Pb), cadmio (Cd), cinc (Zn) y cobre (Cu) en la capa superficial de suelos (0-25 cm), diferenciados en siete tipos según una clasificación utilitaria: suelos vírgenes (SV); suelos de banquina (SB); suelos vecinos a banquina (SVB); suelos de agricultura intensiva (SAI); suelos de agricultura protegidos por lucha antigranizo (SLAG); suelos afectados por actividad industrial (SI) y suelos urbanos (SU). Sobre un total de 200 muestras se efectuó una digestión ácida en caliente y en los extractos se determinaron los metales en su fracción total, mediante espectrofotometría de absorción atómica (AAS). El análisis estadístico de los datos muestra que los niveles más elevados de Cu y Cd se detectan en SAI, con medias de 39,3 y 2,5 mg kg-1 respectivamente. En SI se observan los mayores valores de Pb, con una media de 80,6 mg kg-1 y en SU los mayores tenores de Zn, con un valor medio de 740 mg kg-1. La Ciudad de Mendoza, con mayor densidad poblacional, presentó los mayores contenidos de Zn, Pb y Cd. Las concentraciones encontradas se ubican por debajo de las exigencias de la legislación argentina y la mayoría de los suelos pueden clasificarse como no contaminados (SNC) o ligeramente contaminados (SLC). Se prevé completar este estudio con la determinación de las fracciones disponibles de los elementos estudiados, correlacionándolos con variables edáficas físico-químicas como textura, pH y materia orgánica.

Evaluación de las características físico-químicas y biológicas en dos suelos superficiales cultivados con pera (Pyrus communis L.) cv. Williams bajo manejo convencional

El objetivo del trabajo fue identificar las características físico-químicas y biológicas en dos suelos superficiales fertilizados con nitrógeno y enmienda orgánica en el Alto Valle de Río Negro (huertos H1 y H2). En ambos huertos se aplicó fertilizante nitrogenado durante las temporadas 2008-2009 y 2009-2010 y en H2 se aplicó estiércol de pollo. Se extrajeron muestras de suelos en primavera y otoño y se determinó: carbono orgánico total, conductividad eléctrica, cationes de intercambio, relación de adsorción de sodio y nitratos, respiración microbiana, carbono de la biomasa microbiana, actividad de la deshidrogenasa y el índice de mineralización. La concentración de carbono orgánico total, potasio y nitrógeno fueron adecuadas para la producción de pera. El comportamiento de las variables biológicas fue diferente en los huertos. En H1 fueron mayores en primavera, en ambas temporadas y el índice de mineralización fue ligeramente superior a 1 en otoño, indicando equilibrio entre la mineralización y la humificación del carbono. En H2 las mediciones biológicas fueron similares entre las estaciones como consecuencia de realizar fertilización nitrogenada (N) en primavera y en otoño. La enmienda orgánica no reflejó un aumento de la actividad biológica en primavera. La actividad microbiana y enzimática en H1 y H2 fue sensible a los cambios que ocurrieron en los suelos.

Actividad microbiológica de un suelo sometido a distintos usos y su relación con variables físico- químicas

Gran parte de los procesos microbianos que contribuyen a la fertilidad de los agroecosistemas y el ciclado de nutrientes ocurren en el suelo. Este ciclado de nutrientes depende críticamente de la actividad microbiológica de los suelos, la cual a su vez está mediada por la estructura y funcionamiento de la microbiota edáfica. En este contexto, el objetivo de este trabajo, fue determinar si la actividad microbiana puede ser buena indicadora de la intensidad de uso del suelo, analizando: 1- si las diferencias en la intensidad de uso del suelo se relacionan con diferencias en la actividad microbiológica estimada a través de la respiración edáfica y la actividad enzimática; y 2- las posibles relaciones entre estas variables microbiológicas y las variables físico-químicas. Entre 2008 y 2010 se realizaron muestreos trimestrales en campos de la provincia de Buenos Aires en suelos Argiudoles bajo diferentes usos: 1- Agricultura intensiva continua, 2- Agricultura reciente, y 3- Pastizales naturalizados. Tres sitios de muestreo se seleccionaron como réplicas para cada uso de suelo, con 5 muestras por fecha y réplica. La actividad microbiana se evaluó midiendo la respiración edáfica y la actividad de las enzimas nitrogenasas y se analizaron variables físico- químicas. Tanto las variables microbiológicas como las físico-químicas se analizaron mediante Kruskall-Wallis (P < 0,05). Se exploró la asociación entre las variables físico-químicas y microbiológicas aplicando el coeficiente de correlación no paramétrico (Spearman). Los distintos usos de un mismo suelo presentaron diferencias en la actividad microbiológica. La respiración edáfica fue significativamente mayor en los pastizales naturalizados que en los sistemas con agricultura. La actividad nitrogenasa resultó significativamente mayor en los pastizales naturalizados respecto de la agricultura continua y no se diferenció significativamente de la agricultura reciente. Las variables físico- químicas resultaron menos consistentes en detectar diferencias entre usos. Se detectaron correlaciones significativas entre la actividad microbiológica y algunas de las variables físico-químicas. Los resultados muestran que la actividad microbiológica puede resultar útil para diferenciar intensidades de usos de suelo.

Chemical composition of sediments and interstitial waters in the Gulf of California and Eastern Pacific

The book is devoted to study of diagenetic changes of organic matter and mineral part of sediments and interstitial waters of the Pacific Ocean due to physical-chemical and microbiological processes. Microbiological studies deal with different groups of bacteria. Regularities of quantitative distribution and the role of microorganisms in geochemical processes are under consideration. Geochemical studies highlight redox processes of the early stages of sediment diagenesis, alterations of interstitial waters, regularities of variations in chemical composition of iron-manganese nodules.

Chemical composition of Fe-Mn nodules and crusts from the Pacific Ocean

The book is devoted to study of diagenetic changes of organic matter and mineral part of sediments and interstitial waters of the Pacific Ocean due to physical-chemical and microbiological processes. Microbiological studies deal with different groups of bacteria. Regularities of quantitative distribution and the role of microorganisms in geochemical processes are under consideration. Geochemical studies highlight redox processes of the early stages of sediment diagenesis, alterations of interstitial waters, regularities of variations in chemical composition of iron-manganese nodules.

Planktological-chemical observation during the International Indian Ocean Expedition (IIOE) with RV "Meteor" in 1964/65

The present volume contains the planktological data collected during the expedition of the "Meteor" to the Indian Ocean in 1964/65. It was the main objective of the expedition to study the up- and downwelling conditioned along the western and eastern coasts of the Arabian Sea by the northeastern monsoon. It is from these areas that the greater part of the data here presented was obtained. A few values from the Red Sea have been added. As the title "Planktological-Chemical Data" implies, it was chiefly with the help of chemical methods that the planktological investigations, with the exception of the particle size analysis and phytoplankton counting conducted optically, were carried out. These investigations were above all devoted to a quantitative survey of particulate matter and plankton, the latter being sampled by water-bottle and net. The zooplankton hauls were taken with the Indian Ocean Standard Net according to the international guidelines laid down for the expedition. As a rule, double catches were made at every station, one sample being intended for laboratory analysis at the Indian Ocean Biological Centre in Ernakulam, South India, and the other for the Institut für Meereskunde in Kiel. In addition to determining the standing stock, the production rate of phytoplankton was measured by the 14C method. These experiments were mainly conducted during the latter half of the expedition. The planktological studies primarily covered the euphotic zone, extending into the underlying water layers up to a depth of 600 m. The investigations were above all directed towards ascertaining the quantity of organic substance, formed by primary production, in its relation to environmental conditions and determining whether or not organic substance is actively transported from the surface into the deeper layers by the periodically migration organisms of the deep scattering layers. Depending on the station time available, a few samples could now and then be taken from deeper layers. The present volume of planktological-chemical data addresses itself to all those concerned processing the extensive material collected during the International Indian Ocean Expedition. As a readily accessible work of reference, it hopes to serve as an aid in the evaluation and interpretation of the expedition results. The complementary ecological data such as temperature, salinity, and oxygen content as well as the figures obtained on abundance and distribution in depth of the nutrients essential for primary production may be found in the volume of physical-chemical data published in Series A of the "Meteor"-Forschungsergebnisse No. 2, 1966 (Dietrich et al., 1966).

Seawater carbonate chemistry and processes during an experiment with coral reef, 2000

The concentration of CO2 in the atmosphere is projected to reach twice the preindustrial level by the middle of the 21st century. This increase will reduce the concentration of [CO3]2- of the surface ocean by 30% relative to the preindustrial level and will reduce the calcium carbonate saturation state of the surface ocean by an equal percentage. Using the large 2650 m3 coral reef mesocosm at the BIOSPHERE-2 facility near Tucson, Arizona, we investigated the effect of the projected changes in seawater carbonate chemistry on the calcification of coral reef organisms at the community scale. Our experimental design was to obtain a long (3.8 years) time series of the net calcification of the complete system and all relevant physical and chemical variables (temperature, salinity, light, nutrients, Ca2+,pCO2, TCO2, and total alkalinity). Periodic additions of NaHCO3, Na2CO3, and/or CaCl2 were made to change the calcium carbonate saturation state of the water. We found that there were consistent and reproducible changes in the rate of calcification in response to our manipulations of the saturation state. We show that the net community calcification rate responds to manipulations in the concentrations of both Ca2+ and [CO3]2- and that the rate is well described as a linear function of the ion concentration product, [Ca2+]0.69[[CO3]2-]. This suggests that saturation state or a closely related quantity is a primary environmental factor that influences calcification on coral reefs at the ecosystem level. We compare the sensitivity of calcification to short-term (days) and long-term (months to years) changes in saturation state and found that the response was not significantly different. This indicates that coral reef organisms do not seem to be able to acclimate to changing saturation state. The predicted decrease in coral reef calcification between the years 1880 and 2065 A.D. based on our long-term results is 40%. Previous small-scale, short-term organismal studies predicted a calcification reduction of 14-30%. This much longer, community-scale study suggests that the impact on coral reefs may be greater than previously suspected. In the next century coral reefs will be less able to cope with rising sea level and other anthropogenic stresses.

Valoración de Indicadores de calidad para el diseño e implementación de tecnologías de manejo en Luvisoles de la zona norte de la provincia de Las Tunas, Cuba

La calidad del suelo es una herramienta de evaluación que puede facilitar la adaptación de prácticas de manejo que promuevan sistemas agropecuarios sostenibles. La investigación de este trabajo se inició con un diagnóstico participativo en 12 comunidades rurales de la provincia de Las Tunas en el año 2009 en el cual los productores identificaron los puntos críticos de calidad de los suelos de la región y sirvieron de punta de partida para seleccionar las variables físicas, químicas y biológicas a determinar en cinco sistemas de uso agropecuario (arboleda, pasto natural, pasto cultivado y dos sistemas silvopastoriles) en la zona La Veguita, municipio Las Tunas. El sistema arboleda se utilizó como referencia de las propiedades naturales del suelo. El pasto natural se distingue por el desarrollo de especies de baja productividad, sin embargo el pasto cultivado está representado por Pennisetum purpureum vc CUBA CT-115, y constituye una contribución a la tecnología de bancos de biomasa, para utilizarse en el pastoreo durante la seca. Los sistemas silvopastoriles están representados por Leucaena leucocephala Lam. en franjas y Panicum maximun vc. Likoni, los que se diferencian en su diseño, manejo y propiedades mineralógicas. El objetivo fundamental fue valorar indicadores de calidad de los suelos Luvisoles háplicos sobre granitoides, para diseñar e implementar tecnologías de manejo que permitan incrementar la capacidad agroproductiva de los suelos. Mediante el análisis de componentes principales se obtuvo un conjunto mínimo de indicadores físicos, químicos y biológicos que proporcionaron información útil referente a los procesos edáficos y se integraron para determinar un índice de calidad. En el sistema de uso, caracterizado por el pasto cultivado (Pennisetum purpureum) se estableció, en parcelas experimentales, un ensayo de corta duración, en el que se comparó el laboreo tradicional y el laboreo sin inversión del prisma, con y sin aplicación de compost. En ambos sistemas de labranza se evaluó el desarrollo del cultivo e indicadores de calidad del suelo. Los resultados mostraron que del conjunto de indicadores edáficos estudiados se seleccionaron 6 en los que la capacidad de intercambio catiónico, materia orgánica, potasio intercambiable, contenido de arena, densidad aparente y biomasa de lombrices explicaron la mayor variabilidad y sirvieron de base para evaluar la calidad de estos suelos. Se establecieron valores umbrales de referencia de indicadores de calidad, que permitirán evaluar y monitorear los sistemas de uso y manejo de la región. El sistema Silvopastoril 2 resultó el de mayor índice de calidad de los suelos tomando como referencia la arboleda por su condición natural. El manejo silvopastoril influyó predominantemente en mejores resultados productivos pero las características edáficas principalmente físicas, deben definir su diseño y manejo. El sistema de pastos cultivados con Pennisetum purpureum vc CUBA CT 115, alcanzó la mayor acumulación de carbono orgánico, sin embargo, el manejo limitó su calidad física y el funcionamiento productivo del sistema. De manera general los sistemas de uso no garantizan un índice de la calidad del suelo, puesto que se ve afectado por las propiedades edáficas y las prácticas de manejo. En el ámbito biológico, las lombrices constituyeron los organismos más numerosos con predominio en los sistemas silvopastoriles y arboleda. Los valores superiores de densidad y biomasa de oligoquetos y mayor diversidad de otros individuos de la macrofauna, indican que la presencia de árboles en los pastizales de gramínea potencia y diversifican las comunidades de macroinvertebrados del suelo. El sistema de labranza sin inversión del prisma propicia una mejor calidad física del suelo, manteniendo el carbono e incrementando los rendimientos del Penisetum purpureum cv CUBA CT 115. La labranza tradicional, a base de aradura y grada, afecta a los contenidos de materia orgánica en el corto plazo y mantiene capas compactas en el horizonte subyacente, además influye desfavorablemente al flujo del aire, agua y al desarrollo radical de los pastos. La aplicación de compost favoreció mejores resultados productivos en ambas tecnologías de manejo. Los resultados alcanzados recomiendan la implantación de tecnologías de manejo conservacionistas y la aplicación de materiales orgánicos que restituyan los elementos nutricionales requeridos por los pastos, por lo que no se justifica la continuidad del uso de prácticas tradicionales de laboreo con inversión del prisma que se realizan actualmente. ABSTRACT The soil quality is an assessment tool, which could facilitate the adaptation of management practices that promote sustainable agricultural systems. The present investigation was carried out with a participatory diagnostic in twelve rural communities from Las Tunas province in 2009, in which producers identified the critical soil quality points of region and served as a starting point to select the physical, chemical and biological variables, in order to determine on five agricultural used systems (grove, natural grass, cultivated grass and two silvopastoral systems) in La Veguita zone from municipality Las Tunas. The system grove was used as reference of natural soil properties. The natural grass is distinguished by the development of low-productivity species, however the cultivated grass is represented by Pennisetum purpureum vc CUBA CT-115, and is a contribution to the biomass banks technology, in order to use in grazing during the dry season. The silvopastoral systems are represented by Leucaena leucocephala Lam. in stripes and Panicum maximum cv. Likoni, which differ in their design, handling and mineralogical properties. The main aim of this study was to assess the quality indicators for haplic Luvisols on granitoids for designing and implementing management technologies in order to increase the agroproductive capacity of soils. A minimal set of physical, chemical and biological indicators by Principal Component Analysis was obtained, which provided some useful information regarding soil processes and their integration for determining an index of quality. In the use system, characterized for the cultivated grass (Pennisetum purpureum) a short term assay in experimental plots was established, where the traditional and prism without inversion tillage were compared with and without compost application. In both tillage systems were evaluated the crop development and soil quality indicators. The results showed that the studied soil indicators set, six were selected, specifically the ones with exchangeable cationic capacity, organic matter, interchangeable potassium, sand content, bulk density and earthworm biomass, which explained the higher variability and served as the basis for evaluating the soil quality. The Reference threshold values of quality indicators for evaluating and monitoring the use and management systems from the region were established. The silvopastoral system 2 had the highest quality soil index, taking of reference the grove system for its natural condition. The silvopastoral management influenced on better productive results, but the soil characteristics, particularly the physical properties to be defined its design and management. However, the cultivated grass system with Pennisetum purpureum vc CUBA CT 115, reached the greatest accumulation of organic carbon. However, the management limited its physical quality and productive performance of the system. In addition, the use systems do not guarantee an index of soil quality, since it is affected by soil properties and management practices. From the biological aspect, the earthworms are the most numerous organisms on the silvopastoral systems and grove. The higher values of oligochaetes biomass and density and the greater diversity of other organisms from macrofauna indicate that the tree presence on the pasture grasses allows enhancing and diversifying soil macro invertebrate communities. The non-inversion prism tillage system provides a better physical quality of soil, maintaining the carbon content and increasing the yields of Penisetum purpureum vc CUBA CT 115. The traditional tillage, using the plowing and harrowing affects the organic matter content in a short term and keeps on compact layers of underlying horizon, and adversely affects the air and water flow, and pasture radical development. The compost application favored the best production results in both management technologies. The results obtained recommend the implementation of conservation management technologies and the application of organic materials that restore the nutritional elements required by the pasture, so it does not justify the continued use of traditional tillage practices with prism investment that are currently being made.

Aplicación de distintas metodologías a la monitorización de la humedad del suelo y al cálculo del balance hídrico diario

Dada la importancia de conocer la humedad del suelo de forma precisa y en tiempo real, se ha realizado este trabajo de investigación cuyo objetivo principal ha sido seleccionar un Balance Hídrico del Suelo (BHS) diario y validar sus estimaciones de humedad del suelo frente a medidas obtenidas “in situ”, aplicándolo a tres emplazamientos seleccionados en la zona centro con características edáficas y climáticas diferentes, y de este modo estimar con cierta precisión la humedad del suelo como Agua Disponible (AD) para las plantas y a su vez permitir la realización de estudios climáticos. Los observatorios meteorológicos seleccionados fueron: Guadalajara/El Serranillo en la zona aluvial del río Henares; Colmenar Viejo/Base Famet en la rampa sur del Guadarrama sobre rocas metamórficas; y Radiosondeo/Madrid(Barajas) en arenas arcósicas de grano grueso. Se realizó una caracterización morfológica y un estudio de las propiedades físicas, químicas e hidrofísicas de los suelos en cada emplazamiento. El suelo de Guadalajara, Xerorthent Típico presenta una secuencia genética de horizontes (Ap-AC-C1-C2) siendo su clase textural entre franco-arenosa a franca, con menos del 2% de elementos gruesos, presencia de caliza a lo largo de todo el perfil, destacando la homogeneidad en vertical y horizontal de sus propiedades. El suelo de Colmenar, Xerorthent Dystrico, presenta una secuencia genética de horizontes (A-C-C/R) apareciendo el horizonte C/R entre 20-30 cm; y la roca aproximadamente a unos 30 cm; destacando en este perfil su acidez y el alto contenido de elementos gruesos. El suelo de Radiosondeo, Haploxeralf Típico, presenta la secuencia normal de horizontes de los alfisoles (A-Bt1-Bt2-C/Bt); destacando su heterogeneidad principalmente en el plano horizontal, con presencia del Bt a diferentes profundidades en un corto espacio longitudinal. En una primera fase de experimentación (2007-2008) se seleccionaron BHS diarios que sólo utilizaban como datos de entrada la información de variables meteorológicas y el valor del Agua Disponible Total (ADT) para cada tipo de suelo y profundidad. Se probaron BHS diarios con agotamiento exponencial y directo de la reserva, utilizando la evapotranspiración de referencia de Penman-Monteith recomendada por FAO. Al mismo tiempo que se disponía de los datos estimados de humedad de suelo mediante diferentes BHS diarios en los tres emplazamientos, también se realizó una monitorización de la humedad del suelo “in situ” mediante el método gravimétrico, con adaptación de dicha metodología a la problemática de cada suelo, para determinar en cada fecha tanto la humedad del suelo como su contenido de AD para una profundidad de 0 a 30 cm. Se tomaron en cada fecha de muestreo 5 muestras para la profundidad 0- 10 cm, otras cinco para 10-20 cm y otras cinco para 20-30 cm, realizándose el correspondiente tratamiento estadístico de los datos. El ADT se calculó a partir de los datos de capacidad de campo y punto de marchitez obtenidos en laboratorio con membrana de Richards. Los resultados de esta primera fase permitieron conocer que el BHS exponencial diario era el que mejor estimaba el AD en Guadalajara considerando la capacidad de campo a una presión de 33 kPa, mientras que en Colmenar se debían considerar para un mejor ajuste, 10 kPa en lugar de 33 kPa. En el observatorio de Radiosondeo debido a que en cada fecha de muestreo la profundidad en la que aparecía el horizonte Bt era diferente, no se pudo demostrar si el BHS exponencial diario tenía un buen comportamiento. En una segunda fase de experimentación (2009-2012) y con el objeto de aminorar los problemas encontrados en Radiosondeo para la medida de humedad del suelo por el método gravimétrico, se procedió a la instalación y utilización de diferentes sensores de medida de humedad de suelo en el mismo observatorio: TDR (time domain reflectometry - TRIME T3 de IMKO); FDR capacitivo (frecuency domain reflectometry - ECH2O EC-20 de DECAGON) y otros. Esta segunda fase de experimentación tuvo una duración de 4 años y se compararon las medidas de humedad de suelo obtenidas a partir de los sensores con las estimadas del BHS exponencial hasta una profundidad de 0 a 85 cm. En laboratorio se realizaron calibraciones específicas de los sensores TDR y FDR para cada uno de los horizontes más diferenciados del Haploxeralf Típico, utilizando diferentes tipos de regresión. Los valores de humedad de suelo con el equipo TDR, corregidos mediante la calibración específica de laboratorio, fueron los que más se ajustaron a las medidas realizadas por método gravimétrico “in situ”, por lo que se utilizó el TDR para las comparaciones con los valores obtenidos del BHS exponencial diario durante los cuatro años de esta segunda fase experimental. Se realizaron diferentes estimaciones del ADT, partiendo de datos de laboratorio y/o de datos procedentes de humedad de los sensores en campo. Los resultados mostraron de nuevo la conveniencia de utilizar el BHS exponencial diario, pero en este caso, con la estimación del ADT realizada a partir de las gráficas de los sensores. Mediante la utilización de los datos de humedad del BHS exponencial diario se han realizado comparaciones con el mismo tipo de balance pero utilizando un periodo semanal o mensual en lugar de diario, para conocer las diferencias. Los valores obtenidos con periodicidad mensual han dado valores de AD inferiores a los balances calculados semanalmente o diariamente. Por último se ha comprobado que los resultados de un BHS exponencial diario pueden complementar la información que se obtiene del Índice de Precipitación Estandarizado (SPI) y pueden mejorar el estudio de la sequía agrícola. ABSTRACT Due to the importance of a better knowledge of soil water at real time and in a more precisely way, this research work has being carried out with the main objective of selecting a daily Soil Water Balance (SWB) to estimate soil water content, and validate it in comparison to “in situ” measurements. Three locations, differing in soil and climate characteristics, were selected in central Spain in order to estimate with certain acuity soil water as plant-Available Water (AW) and to serve as a tool for the climatic studies. The selected places near meteorology stations were: Guadalajara/El Serranillo an alluvium of the Henares watershed; Colmenar Viejo/Base Famet, in the south raised area of the Guadarrama river basin, over metamorphic rocks; and Radiosondeo/Madrid (Barajas) in coarse arkosic sandstone. Morphology characterization, physical, chemical and hydrologic soil properties were studied in each area. In Guadalajara the soil is a Typic Xerorthent with a (Ap-AC-C1- C2) genetic horizon sequence, loam-sandy to loam textural class, less than 2% of rock fragments, presence of equivalent CaCO3 through the whole profile, outstanding the vertical and horizontal homogeneity of the properties. In Colmenar the soil is represented by a Dystric Xerorthent with a (A-C-C/R) genetic horizon sequence, the C/R is 20-30 cm deep where rock outcrops are approximately at 30 cm; a characteristic feature of this profile is its high acidity and high rock fragments content. In Radiosondeo the soil is represented by a Typic Haploxeralf, with the usual alfisol genetic horizon sequence (A-Bt1-Bt2-C/Bt); outstanding its horizontal heterogeneity, “the variability of the Bt (clay enriched horizon) depth in short distances”. In a first experimental stage (2007-2008), the daily SWB chosen was that which only uses as input data the information from the meteorology variables and plant-Total Available Water (TAW) for each soil type and depth. Different daily SWB (with exponential or direct plant-Available Water depletion) were applied, using the Penman- Monteith reference evapotranspiration (ETo) recommended by FAO. At the same time as soil water content was estimated from the different daily SWB at the three locations, also soil water content was being monitored by “in situ” gravimetric methodology, adapting it to each soil characteristic, to determine every time soil water content and AW to a depth of 0 to 30 cm. In each sampling date, 5 samples for each depth were taken: 0-10 cm; 10-20 cm and 20-30 cm and the data were submitted to the corresponding statistical analysis. The TAW was calculated based on field capacity (FC) and permanent wilting point (PWP) data obtained from laboratory by the Richards pressure plate. Results from this first experimental stage show that the daily exponential SWB was the one which better estimated the AW in Guadalajara considering field capacity at -33 kPa, though in Colmenar, field capacity at -10 kPa must be considered instead of -33 kPa for a better estimation. In Radiosondeo due to the fact that the Bt horizon depth varied in different sampling dates, it could not be established if the daily exponential SWB had a good performance. In a second experimental stage (20019-2012) and with the objective of minimizing the problems encountered in Radiosondeo for measuring “in situ” soil water content by the gravimetric method, the installation of different sensors for measuring soil water content were established and used in the same field location: TDR (time domain reflectometry - TRIME T3 from IMKO), capacitance FDR (frecuency domain reflectometry - ECH2O EC-20 from DECAGON) and others. This second experimental stage lasted 4 years in order to compare the soil water measures from the sensors with the estimations by the exponential SWB form 0 to 85 cm soil depths. At laboratory, specific calibrations for TDR and FDR sensors of the Typic Haploxeralf more differentiated horizons were done using different types of regressions. The results showed that soil water data obtained by the TDR equipment, corrected by the specific laboratory calibration, best fitted to “in situ” gravimetric soil water measures. In this way TDR was used for comparing to the daily exponential SWB during the four years of this second experimentation stage. Various estimations for obtaining TAW were tested; based on laboratory data – and/or on the data obtained of the soil water content field sensors. Results confirmed again, the convenience of using the daily exponential SWB, though in this case, with the TAW obtained from the field sensors graphics. Soil water estimated by exponential SWB on daily basis was compared to weekly and monthly periods, in order to know their reliability. The results obtained for a monthly period gave less AW than the ones obtained in a weekly or daily period. Finally it has been proved that the results obtained from the exponential SWB in a daily bases can be used as a useful tool in order to give complementary information to the SPI (Precipitation Standardized Index) and to help in agricultural drought studies.

Estudio de la movilidad que presenta el diésel en un suelo contaminado empleando surfactantes

La contaminación de suelos con hidrocarburos de petróleo en México es un problema que se ha vuelto muy común en nuestros días, debido principalmente a derrames, así como a las actividades propias de la industria petrolera. Algunos suelos contaminados, principalmente en el sureste de México, contienen concentraciones de hidrocarburos hasta de 450,000 mg/kg. Por dichas razones, una de las preocupaciones de las autoridades ambientales es el desarrollo de tecnologías eficientes y económicamente factibles que permitan la eliminación de este tipo de contaminantes. El saneamiento del sitio se puede lograr a través de diversos procedimientos, como son la aplicación de métodos físicos, químicos y biológicos (o combinaciones de ellas). La elección de un método depende de la naturaleza del contaminante, su estado físico, concentración, tipo de suelo, espacio físico disponible, tiempo destinado para su tratamiento, así como de los recursos económicos disponibles. Previa a la aplicación de la tecnología es necesario la realización de un diagnóstico de la contaminación del suelo, con el fin de conocer el tipo, concentración y distribución de los contaminantes presentes, así como el volumen de suelo a tratar, las condiciones climáticas de la zona, y características físicas del lugar (vías de acceso y servicios, entre otros). En la presente tesis, el empleo de surfactantes, se ha propuesto como una técnica para incrementar la movilidad de contaminantes orgánicos hidrofóbicos (HOCs) como hidrocarburos totales del petróleo (HTPs), bifenilos policlorados (PCBs), Benceno, Tolueno, Xilenos, explosivos, clorofenoles, pesticidas, entre otros, y así facilitar su degradación. Los surfactantes debido a que reducen la tensión superficial del agua, son moléculas formadas por grupos polares hidrofílicos y largas cadenas carbonadas hidrofóbicas. Sus grupos polares forman puentes hidrógeno con las moléculas de agua, mientras que las cadenas carbonadas se asocian a los hidrocarburos debido a interacciones hidrofóbicas que estos presentan. En soluciones acuosas, los surfactantes forman estructuras esféricas organizadas llamadas micelas. La solubilización de los contaminantes se lleva a cabo solamente cuando se forma la fase micelar, la cual se obtiene cuando la concentración del surfactante es superior a la concentración micelar crítica (CMC), es decir, arriba de la concentración de la cual el monómero se comienza a auto-agregar. La eficiencia de desorción de diésel por un surfactante depende de su naturaleza, de la dosis empleada, de la hidrofobicidad del contaminante, de la interacción surfactante-suelo y del tiempo de contacto surfactante-suelo. Sin embargo, la mejor eficiencia de desorción no está siempre relacionada con la mejor eficiencia de movilidad o solubilidad, debido principalmente a que el empleo de una alta concentración de surfactante puede inhibir la movilización. De acuerdo con información proporcionada por la Procuraduría Federal de Protección al Ambiente (PROFEPA), a la fecha no se ha llevado a cabo en México ninguna restauración de sitios específicamente contaminados con diésel, la técnica de lavado de suelos. Por lo anterior existe la necesidad de emplear la técnica de lavado de suelos ex situ. Específicamente en el suelo extraído de la ex refinería 18 de marzo ubicada en el Distrito Federal México y empleando una solución de surfactantes con agua desionizada, la cual consiste ponerlos en contacto con el suelo contaminado con diésel por medio de columnas de lavado cilíndricas, para lograr la remoción del contaminante. Se emplearon como surfactantes el lauril sulfato de sodio, lauril éter sulfato de sodio y Glucopon AV-100 a diferentes concentraciones de 0.5 a 4.0 [g/L], lográndose obtener una eficiencia del 80 % con este último surfactante. El lavado de suelos contaminados con diésel empleado surfactantes, es una tecnología que requiere que se profundice en el estudio de algunas variables como son el tipo de surfactante, concentración, tiempo de lavado, fenómenos de difusión, desorción, propiedades termodinámicas, entre otros. Los cuales determinarán el éxito o fracaso de la técnica empleada. Nowadays, soil pollution with oil in Mexico is a very common issue due mainly to both oil spill and oil activities. For example, mainly in the southeast area of Mexico, polluted soil contains high concentrations of hydrocarbons, up to 450,000 mg/kg. For these reasons, enviromental authorities have the concern in developing economically feasible and efficient technology that allow the elimination of these type of contaminants. The sanitation in sites can be achieved through several procedures such as physical, chemical and biological methods (or a combination among them). The choice of a method depends on the nature and physical state of the contaminant, the concentration, type of soil, physical space available, time consumption and financial resources. Before any technological application, a diagnostic of the polluted soil is necessary in order to know the type, concentration and distribution of contaminants as well as the soil volume, climatic conditions and physical features of the place (access routes and services, among others). In this thesis, surfactants has been proposed as a technique to increase the mobility of hydrophobic-organic contaminants (HOCs), e.g. total hydrocarbons of petroleum, polychlorinated biphenyls, benzene, toluene, xylenes, explosives, chlorophenols, pesticides, among others, and, hence, to facilitate degradation. Since surfactants reduce the water surface tension, they are molecules comprised of hydrophilic polar groups and long-hydrophobic carbon chains. Surfactant’s polar groups form hydrogen bonding with water molecules while carbon chains, i.e. hydrocarbon chains, have hydrophobic interactios. In aqueous solutions, surfactants form self-organised spherical structures called micelles. The solubilisation of contaminants is carried out only when the micellar phase is formed. This is obtained when the surfactant concentration is higher than the crítical micelle concentration (CMC), i.e. above the concentration where the surfactant monomer begins to self-aggregate. The diesel efficiency desorption by surfactants depends on their nature, the dose use, the contaminant hydrophobicity, the surfactant-soil interaction and the contact time with surfactant soil. However, the best desorption is not always related with the best either mobility or solubility efficiency since high concentration of surfactant can inhibit mobilisation. According to information of the Federal Bureau of Environmental Protection (PROFEPA), up today, there is not any restauration of diesel-polluted sites using the washing-soil technique. Due to the above, there exist the necessity of employing the waching-soil technique ex situ. More specifically, a sample soil from the oil-refinery of “18 de marzo” in Mexico city was extracted and a surfactant solution with deionised water was put in contact with the diesel contaminated soil by means of cylindrical waching columns in order to remove the contaminant. The surfactants employed in this work were sodium lauryl sulfate, sodium lauryl ether sulfate and Glucopon AV-100 at different concentrations of 0.5 to 4 [g/L], obtaining a efficiency of 80 % with this last surfactant. The washing of diesel-polluted soil using surfactants is a technology which requires a deeper study of some variables such as the type of surfactant, concentration, washing time, difusión phenomena, desorption, thermodynamic properties, among others. These parameters determine the succes or failure of the employed technique.