Does nitrogen availability have greater control over the formation of tropical heath forests than water stress?A hypothesis based on nitrogen isotope ratios

Global scale analyses of soil and foliage δ15N have found positive relationships between δ15N and ecosystem N loss (suggesting an open N cycle) and a negative relationship between δ15N and water availability. We show here that soils and leaves from tropical heath forests are depleted in 15N relative to 'typical' forests suggesting that they have a tight N cycle and are therefore limited by N rather than by, often suggested, water availability.

The role of biomass and biorefineries in a sustainable future

Some o f the biggest issues facing humanity in the 21st century include energy security, global warming and resource scarcity. These issues will affect every nation and Ireland is no exception. There is much research underway to uncover technologies that will allow the world to overcome such problems, but none offer the flexibility o f biomass. Unlike other sustainable technologies, which offer a solution to one or at most two o f the above problems, biomass as demonstrated by the author, can play a part in mitigating all o f the above problems. It has been known for some time that biomass can be used in various ways as a form o f renewable energy, but with the development o f biorefineries biomass can be used to produce material as well as fuel products. In this report the author has looked at the viability and benefits o f biomass, bioenergy and biorefining in Ireland. The author has demonstrated that such technologies when implemented correctly are sustainable from an economic, environmental and societal point o f view. The author has shown in this thesis that abundant supplies o f biomass make bio re fineries a viable business opportunity in Ireland and has shown how a number o f biorefinery scenarios have the potential to be extremely profitable. The author has evaluated the profitability o f material product-based bio re fineries as well as fuel productbased configurations. The author demonstrated that value-added co-products help to make bio refineries profitable even when excise-relief is not granted on bio fuels. In this thesis the author has revealed some o f the problems that bioenergy and biorefineries have had to overcome to date and examines challenges that remain for bioenergy and biorefining, and looks at the future opportunities for bio fuels. This report concludes that biomass and biorefining has exciting business potential while offering unique opportunities to mitigate the problems o f the future.

Sedimentology, geochemistry and mineralogy of the Paleocene-Eocene thermal maximum (PETM) : sediment records from Egypt, India and Spain

A gradual increase in Earth's surface temperatures marking the transition from the late Paleocene to early Eocene (55.8±0.2Ma), represents an extraordinary warming event known as Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM). Both marine and continental sedimentary records during this period reveal evidences for the massive injection of isotopically light carbon. The carbon dioxide injection from multiple potential sources may have triggered the global warming. The importance of the PETM studies is due to the fact that the PETM bears some striking resemblances to the human-caused climate change unfolding today. Most notably, the culprit behind it was a massive injection of heat-trapping greenhouse gases into the atmosphere and oceans, comparable in volume to what our persistent burning of fossil fuels could deliver in coming centuries. The exact knowledge of what went on during the PETM could help us to foresee the future climate change. The response of the oceanic and continental environments to the PETM is different. Many factors might control the response of the environments to the PETM such as paleogeography, paleotopography, paleoenvironment, and paleodepth. To better understand the mechanisms triggering PETM events, two different environments were studied: 1) shallow marine to inner shelf environment (Wadi Nukhul, Sinai; and the Dababiya GSSP, Luxor, Egypt), and 2) terrestrial environments (northwestern India lignite mines) representing wetland, and fluvial environments (Esplugafreda, Spain) both highlighting the climatic changes observed in continental conditions. In the marine realm, the PETM is characterized by negative ö13Ccar and ô13Corg excursions and shifts in Ô15N to ~0%o values above the P/E boundary and persisting along the interval suggesting a bloom and high production of atmospheric N2-fixers. Decrease in carbonate contents could be due to dissolution and/or dilution by increasing detrital input. High Ti, K and Zr and decreased Si contents at the P/E boundary indicate high weathering index (CIA), which coincides with significant kaolinite input and suggests intense chemical weathering under humid conditions at the beginning of the PETM. Two anoxic intervals are observed along the PETM. The lower one may be linked to methane released from the continental shelf with no change in the redox proxies, where the upper anoxic to euxinic conditions are revealed by increasing U, Mo, V, Fe and the presence of small size pyrite framboids (2-5fim). Productivity sensitive elements (Cu, Ni, and Cd) show their maximum concentrated within the upper anoxic interval suggesting high productivity in surface water. The obtained data highlight that intense weathering and subsequent nutrient inputs are crucial parameters in the chain of the PETM events, triggering productivity during the recovery phase. In the terrestrial environments, the establishment of wetland conditions and consequence continental climatic shift towards more humid conditions led to migration of modern mammals northward following the extension of the tropical belts. Relative ages of this mammal event based on bio-chemo- and paleomagnetic stratigraphy support a migration path originating from Asia into Europe and North America, followed by later migration from Asia into India and suggests a barrier to migration that is likely linked to the timing of the India-Asia collision. In contrast, at Esplugafereda, northeastern Spain, the terrestrial environment reacted differently. Two significant S13C shifts with the lower one linked to the PETM and the upper corresponding to the Early Eocene Thermal Maximum (ETM2); 180/160 paleothermometry performed on two different soil carbonate nodule reveal a temperature increase of around 8°C during the PETM. The prominent increase in kaolinite content within the PETM is linked to increased runoff and/or weathering of adjacent and coeval soils. These results demonstrate that the PETM coincides globally with extreme climatic fluctuations and that terrestrial environments are very likely to record such climatic changes. - La transition Paléocène-Eocène (55,8±0,2 Ma) est marquée par un réchauffement extraordinaire communément appelé « Paleocene-Eocene Thermal Maximum » (PETM). Les données géochimiques caractérisant les sédiments marins et continentaux de cette période indiquent que ce réchauffement a été déclenché par une augmentation massive de CO2 lié à la déstabilisation des hydrates de méthane stockés le long des marges océaniques. L'étude des événements PETM constitue donc un bon analogue avec le réchauffement actuel. Le volume de CO2 émis durant le PETM est comparable avec le CO2 lié à l'activité actuelle humaine. La compréhension des causes du réchauffement du PETM peut être cruciale pour prévoir et évaluer les conséquences du réchauffement anthropogénique, en particulier les répercussions d'un tel réchauffement sur les domaines continentaux et océaniques. De nombreux facteurs entrent en ligne de compte dans le cas du PETM, tels que la paléogéographie, la paléotopographie et les paléoenvironnement. Pour mieux comprendre les réponses environnementales aux événements du PETM, 2 types d'environnements ont été choisis : (1) le domaine marin ouvert mais relativement peu profond (Wadi Nukhul. Sinai, Dababiya, Luxor, Egypte), (2) le milieu continental marécageux humide (mines de lignite, Inde) et fluviatile, semi-aride (Esplugafreda, Pyrénées espagnoles). Dans le domaine marin, le PETM est caractérisé par des excursions négatives du ô13Ccar et ô13Corg et un shift persistant des valeurs de 815N à ~ 0 %o indiquant une forte activité des organismes (bactéries) fixant l'azote. La diminution des carbonates observée durant le PETM peut-être due à des phénomènes de dissolution ou une augmentation des apports terrigènes. Des taux élevés en Ti, K et Zr et une diminution des montants de Si, reflétés par des valeurs des indices d'altération (CIA) qui coïncident avec une augmentation significative des apports de kaolinite impliquent une altération chimique accrue, du fait de conditions plus humides au début du PETM. Deux événements anoxiques globaux ont été mis en évidence durant le PETM. Le premier, situé dans la partie inférieur du PETM, serait lié à la libération des hydrates de méthane stockés le long des talus continentaux et ne correspond pas à des variations significatives des éléments sensibles aux changements de conditions redox. Le second est caractérisé par une augmentation des éléments U, Mo, V et Fe et la présence de petit framboids de pyrite dont la taille varie entre 2 et 5pm. Le second épisode anoxique est caractérisé par une forte augmentation des éléments sensibles aux changements de la productivité (Cu, Ni et Co), indiquant une augmentation de la productivité dans les eaux de surface. Les données obtenues mettent en évidence le rôle crucial joué par l'altération et les apports en nutriments qui en découlent. Ces paramètres sont cruciaux pour la succession des événements qui ont conduit au PETM, et plus particulièrement l'augmentation de la productivité dans la phase de récupération. Durant le PETM, le milieu continental est caractérisé par l'établissement de conditions humides qui ont facilité voir provoqué la migration des mammifères modernes qui ont suivi le déplacement de ces ceintures climatiques. L'âge de cette migration est basé sur des arguments chimiostratigraphiques (isotopes stables), biostratigraphiques et paléomagnétiques. Les données bibliographiques ainsi que celles que nous avons récoltées en Inde, montrent que les mammifères modernes ont d'abord migré depuis l'Asie vers l'Europe, puis dans le continent Nord américain. Ces derniers ne sont arrivés en Inde que plus tardivement, suggérant que le temps de leur migration est lié à la collision Inde-Asie. Dans le Nord-Est de l'Espagne (Esplugafreda), la réponse du milieu continental aux événements PETM est assez différente. Comme en Inde, deux excursions signicatives en ô13C ont été observées. La première correspond au PETM et la seconde est corrélée avec l'optimum thermique de l'Eocène précoce (ETM2). Les isotopes stables de l'oxygène mesurés 2 différents types de nodules calcaires provenant de paléosols suggère une augmentation de 10°C pendant le PETM. Une augmentation simultanée des taux de kaolinite indique une intensification de l'altération chimique et/ou de l'érosion de sols adjacents. Ces résultats démontrent que le PETM coïncide globalement avec des variations climatiques extrêmes qui sont très aisément reconnaissables dans les dépôts continentaux.

Warming experiments underpredict plant phenological responses to climate change.

Warming experiments are increasingly relied on to estimate plant responses to global climate change. For experiments to provide meaningful predictions of future responses, they should reflect the empirical record of responses to temperature variability and recent warming, including advances in the timing of flowering and leafing. We compared phenology (the timing of recurring life history events) in observational studies and warming experiments spanning four continents and 1,634 plant species using a common measure of temperature sensitivity (change in days per degree Celsius). We show that warming experiments underpredict advances in the timing of flowering and leafing by 8.5-fold and 4.0-fold, respectively, compared with long-term observations. For species that were common to both study types, the experimental results did not match the observational data in sign or magnitude. The observational data also showed that species that flower earliest in the spring have the highest temperature sensitivities, but this trend was not reflected in the experimental data. These significant mismatches seem to be unrelated to the study length or to the degree of manipulated warming in experiments. The discrepancy between experiments and observations, however, could arise from complex interactions among multiple drivers in the observational data, or it could arise from remediable artefacts in the experiments that result in lower irradiance and drier soils, thus dampening the phenological responses to manipulated warming. Our results introduce uncertainty into ecosystem models that are informed solely by experiments and suggest that responses to climate change that are predicted using such models should be re-evaluated.

Estudi de les càrregues ambientals del compostatge casolà. Simulació d'un sistema de compostatge domèstic i determinació d'emissions de gasos contaminants

Aquest treball s’enfoca cap l’anàlisi de les emissions de gasos amb un potencial impacte negatiu sobre l’entorn que es poden emetre a l’atmosfera durant el compostatge casolà com són el metà i l’òxid nitrós pel seu paper de gasos d’efecte hivernacle i l’amoníac, però sense oblidar el seguiment dels paràmetres del procés en si i la determinació de la qualitat del compost produït. Durant poc més de 6 mesos s’ha simulat un sistema de compostatge casolà tal i com podria donar‐se en un domicili particular i s’ha confirmat la seva eficàcia en la reducció en pes del residu tractat així com l’obtenció d’un producte final altament estable i d’una qualitat més que acceptable. Pel que fa a les emissions de gasos, les quantitats determinades no són menyspreables. L’experiment s’ha realitzat per triplicat. Les emissions són molt erràtiques i no s’han trobat patrons clars en la seva evolució durant el procés de compostatge més enllà d’una certa correlació entre les emissions d’amoníac i la diferència de temperatures entre l’ambient i l’interior dels compostadors. Cal destacat un elevat grau de biaix en la determinació d’emissions gasoses a petita escala, com és el cas del compostatge casolà. Finalment constatar que la generació de lixiviats en el compostatge domèstic pot ser important donat el contingut en aigua de la matèria orgànica tractada a nivell casolà i el limitat accés a material estructurant sec que es té per a compensar‐les.

Treeline and climate change : analyzing and modeling patterns and shifts in the Swiss Alps

Summary: Global warming has led to an average earth surface temperature increase of about 0.7 °C in the 20th century, according to the 2007 IPCC report. In Switzerland, the temperature increase in the same period was even higher: 1.3 °C in the Northern Alps anal 1.7 °C in the Southern Alps. The impacts of this warming on ecosystems aspecially on climatically sensitive systems like the treeline ecotone -are already visible today. Alpine treeline species show increased growth rates, more establishment of young trees in forest gaps is observed in many locations and treelines are migrating upwards. With the forecasted warming, this globally visible phenomenon is expected to continue. This PhD thesis aimed to develop a set of methods and models to investigate current and future climatic treeline positions and treeline shifts in the Swiss Alps in a spatial context. The focus was therefore on: 1) the quantification of current treeline dynamics and its potential causes, 2) the evaluation and improvement of temperaturebased treeline indicators and 3) the spatial analysis and projection of past, current and future climatic treeline positions and their respective elevational shifts. The methods used involved a combination of field temperature measurements, statistical modeling and spatial modeling in a geographical information system. To determine treeline shifts and assign the respective drivers, neighborhood relationships between forest patches were analyzed using moving window algorithms. Time series regression modeling was used in the development of an air-to-soil temperature transfer model to calculate thermal treeline indicators. The indicators were then applied spatially to delineate the climatic treeline, based on interpolated temperature data. Observation of recent forest dynamics in the Swiss treeline ecotone showed that changes were mainly due to forest in-growth, but also partly to upward attitudinal shifts. The recent reduction in agricultural land-use was found to be the dominant driver of these changes. Climate-driven changes were identified only at the uppermost limits of the treeline ecotone. Seasonal mean temperature indicators were found to be the best for predicting climatic treelines. Applying dynamic seasonal delimitations and the air-to-soil temperature transfer model improved the indicators' applicability for spatial modeling. Reproducing the climatic treelines of the past 45 years revealed regionally different attitudinal shifts, the largest being located near the highest mountain mass. Modeling climatic treelines based on two IPCC climate warming scenarios predicted major shifts in treeline altitude. However, the currently-observed treeline is not expected to reach this limit easily, due to lagged reaction, possible climate feedback effects and other limiting factors. Résumé: Selon le rapport 2007 de l'IPCC, le réchauffement global a induit une augmentation de la température terrestre de 0.7 °C en moyenne au cours du 20e siècle. En Suisse, l'augmentation durant la même période a été plus importante: 1.3 °C dans les Alpes du nord et 1.7 °C dans les Alpes du sud. Les impacts de ce réchauffement sur les écosystèmes - en particuliers les systèmes sensibles comme l'écotone de la limite des arbres - sont déjà visibles aujourd'hui. Les espèces de la limite alpine des forêts ont des taux de croissance plus forts, on observe en de nombreux endroits un accroissement du nombre de jeunes arbres s'établissant dans les trouées et la limite des arbres migre vers le haut. Compte tenu du réchauffement prévu, on s'attend à ce que ce phénomène, visible globalement, persiste. Cette thèse de doctorat visait à développer un jeu de méthodes et de modèles pour étudier dans un contexte spatial la position présente et future de la limite climatique des arbres, ainsi que ses déplacements, au sein des Alpes suisses. L'étude s'est donc focalisée sur: 1) la quantification de la dynamique actuelle de la limite des arbres et ses causes potentielles, 2) l'évaluation et l'amélioration des indicateurs, basés sur la température, pour la limite des arbres et 3) l'analyse spatiale et la projection de la position climatique passée, présente et future de la limite des arbres et des déplacements altitudinaux de cette position. Les méthodes utilisées sont une combinaison de mesures de température sur le terrain, de modélisation statistique et de la modélisation spatiale à l'aide d'un système d'information géographique. Les relations de voisinage entre parcelles de forêt ont été analysées à l'aide d'algorithmes utilisant des fenêtres mobiles, afin de mesurer les déplacements de la limite des arbres et déterminer leurs causes. Un modèle de transfert de température air-sol, basé sur les modèles de régression sur séries temporelles, a été développé pour calculer des indicateurs thermiques de la limite des arbres. Les indicateurs ont ensuite été appliqués spatialement pour délimiter la limite climatique des arbres, sur la base de données de températures interpolées. L'observation de la dynamique forestière récente dans l'écotone de la limite des arbres en Suisse a montré que les changements étaient principalement dus à la fermeture des trouées, mais aussi en partie à des déplacements vers des altitudes plus élevées. Il a été montré que la récente déprise agricole était la cause principale de ces changements. Des changements dus au climat n'ont été identifiés qu'aux limites supérieures de l'écotone de la limite des arbres. Les indicateurs de température moyenne saisonnière se sont avérés le mieux convenir pour prédire la limite climatique des arbres. L'application de limites dynamiques saisonnières et du modèle de transfert de température air-sol a amélioré l'applicabilité des indicateurs pour la modélisation spatiale. La reproduction des limites climatiques des arbres durant ces 45 dernières années a mis en évidence des changements d'altitude différents selon les régions, les plus importants étant situés près du plus haut massif montagneux. La modélisation des limites climatiques des arbres d'après deux scénarios de réchauffement climatique de l'IPCC a prédit des changements majeurs de l'altitude de la limite des arbres. Toutefois, l'on ne s'attend pas à ce que la limite des arbres actuellement observée atteigne cette limite facilement, en raison du délai de réaction, d'effets rétroactifs du climat et d'autres facteurs limitants.

Using environmental niche modeling to understand biological invasions in a changing world

L'activité humaine affecte particulièrement la biodiversité, qui décline à une vitesse préoccupante. Parmi les facteurs réduisant la biodiversité, on trouve les espèces envahissantes. Symptomatiques d'un monde globalisé où l'échange se fait à l'échelle de la planète, certaines espèces, animales ou végétales, sont introduites, volontairement ou accidentellement par l'activité humaine (par exemple lors des échanges commerciaux ou par les voyageurs). Ainsi, ces espèces atteignent des régions qu'elles n'auraient jamais pu coloniser naturellement. Une fois introduites, l'absence de compétiteur peut les rendre particulièrement nuisibles. Ces nuisances sont plus ou moins directes, allant de problèmes sanitaires (p. ex. les piqûres très aigües des fourmis de feu, originaires d'Amérique du Sud et colonisant à une vitesse fulgurante les USA, l'Australie ou la Chine) à des nuisances sur la biodiversité (p. ex. les ravages de la perche du Nil sur la diversité unique des poissons Cichlidés du Lac Victoria). Il est donc important de pouvoir prévenir de telles introductions. De plus, pour le biologiste, ces espèces représentent une rare occasion de pouvoir comprendre les mécanismes évolutifs et écologiques qui expliquent le succès des envahissantes dans un monde où les équilibres sont bouleversés. Les modèles de niche environnementale sont un outil particulièrement utile dans le cadre de cette problématique. En reliant des observations d'espèces aux conditions environnementales où elles se trouvent, ils peuvent prédire la distribution potentielle des envahissantes, permettant d'anticiper et de mieux limiter leur impact. Toutefois, ils reposent sur des hypothèses pas évidentes à démontrer. L'une d'entre elle étant que la niche d'une espèce reste constante dans le temps, et dans l'espace. Le premier objectif de mon travail est de comparer si la niche d'une espèce envahissante diffère entre sa distribution d'origine native et celle d'origine introduite. En étudiant 50 espèces de plantes et 168 espèces de Mammifères, je démontre que c'est le cas et que par corolaire, il est possible de prédire leurs distributions. La deuxième partie de mon travail consiste à comprendre quelles seront les interactions entre le changement climatiques et les envahissantes, afin d'estimer leur impact sous un climat réchauffé. En étudiant la distribution de 49 espèces de plantes envahissantes, je démontre que les montagnes, régions relativement préservée par ce problème, deviendront bien plus exposées aux risques d'invasions biologiques. J'expose aussi comment les interactions entre l'activité humaine, le réchauffement climatique et les espèces envahissantes menacent la vigne sauvage en Europe et propose des zones géographiques particulièrement adaptée pour sa conservation. Enfin, à une échelle beaucoup plus locale, je montre qu'il est possible d'utiliser ces modèles de niches le long d'une rivière à une échelle extrêmement fine (1 mètre), potentiellement utile pour rationnaliser des mesures de conservations sur le terrain. - Biodiversity is significantly negatively affected by human activity. Invasive species are one of the most important factors causing biodiversity's decline. Intimately linked to the era of global trade, some plant or animal species can be accidentally or casually introduced with human activity (e.g. trade or travel). In this way, these species reach areas they could never reach through natural dispersal. Once naturalized, the lack of competitors can make these species highly noxious. Their effect is more or less direct, from sanitary problems (e.g. the harmful sting of Fire Ants, originating from South America and now spreading throughout USA, China and Australia) or can affect biodiversity (e.g. the Nile perch, devastating the one of the richest hotspot of Cichlid fishes diversity in Lake Victoria). It is thus important to prevent such harmful introductions. Moreover, invasive species represent for biologists one of the rare occasions to understand the evolutionary and ecological mechanisms behind the success of invaders in a world where natural equilibrium is already disturbed. Environmental niche models are particularly useful to tackle this problematic. By relating species observation to the environmental conditions where they occur, they can predict the potential distribution of invasive species, allowing a better anticipation and thus limiting their impact. However, they rely on strong assumption, one of the most important being that the modeled niche remains constant through space and time. The first aim of my thesis is to quantify the difference between the native and the invaded niche. By investigating 50 plant and 168 mammal species, I show that the niche is at least partially conserved, supporting for reliable predictions of invasive' s potential distributions. The second aim of my thesis is to understand the possible interactions between climate change and invasive species, such as to assess their impact under a warmer climate. By studying 49 invasive plant species, I show that mountain areas, which were relatively preserved, will become more suitable for biological invasions. Additionally, I show how interactions between human activity, global warming and invasive species are threatening the wild grapevine in Europe and propose geographical areas particularly adapted for conservation measures. Finally, at a much finer scale where conservation plannings ultimately take place, I show that it is possible to model the niche at very high resolution (1 meter) in an alluvial area allowing better prioritizations for conservation.

Larval development of Spodoptera eridania (Cramer) fed on leaves of Bt maize expressing Cry1F and Cry1F + Cry1A.105 + Cry2Ab2 proteins and its non-Bt isoline

This study aimed to evaluate, in controlled laboratory conditions (temperature of 25±2 °C, relative humidity of 60±10%, and 14/10 h L/D photoperiod), the larval development of Spodoptera eridania (Cramer, 1784) (Lepidoptera, Noctuidae) fed with leaves of Bt maize expressing Cry1F and Cry1F + Cry1A.105 + Cry2Ab2 insecticide proteins and its non-Btisoline. Maize leaves triggered 100% of mortality on S. eridania larvae independently of being Bt or non-Bt plants. However, it was observed that in overall Bt maize (expressing a single or pyramided protein) slightly affects the larval development of S. eridania, even under reduced leaf consumption. Therefore, these results showed that Cry1F and Cry1F + Cry1A.105 + Cry2Ab2 can affect the larval development of S. eridania, although it is not a target pest of this plant; however, more research is needed to better understand this evidence. Finally, this study confirms that non-Bt maize leaves are unsuitable food source to S. eridania larvae, suggesting that they are not a potential pest in maize fields.

Propuesta de implementación del cultivo del manzano (Malus domestica) en la Vall d'Alinyà : análisis de viabilidad ambiental-económica y certificación de créditos voluntarios de carbono

El presente proyecto tiene por objetivo realizar una propuesta de cultivo de manzano (Malus domestica) en la Vall d’Alinyà para el desarrollo de un producto agroalimentario que contribuya a la revitalización de esta área rural y a la mitigación del calentamiento global. Para ello, se pretende proporcionar una metodología para calcular, con mayor precisión, el comportamiento de los cultivos como sumidero de carbono a partir del balance neto de gases con efecto invernadero (GEI) del sistema. Con tal de obtener las emisiones de GEI generadas por los cultivos se desarrolla un análisis del ciclo de vida (ACV), y para obtener la fijación de los cultivos, se realiza un análisis de su capacidad de absorción de dióxido de carbono en la biomasa de la plantación. Además, mediante el uso de sistemas de información geográfica (SIG), se determinaron los terrenos potenciales para el cultivo del manzano en la zona de estudio. Posteriormente, se verifica la certificación de créditos en el mercado de carbono voluntario y se analiza la viabilidad económica del proyecto, obteniendo así un producto (la manzana) con valor ambiental añadido. Como conclusión se obtuvo una viabilidad positiva de la verificación de créditos, puesto que el balance neto de carbono fue positivo, absorbiéndose 234,54 t CO2 en todo el territorio potencialmente cultivable (16,92 ha) y durante 15 años de actividad agrícola. Al mismo tiempo, la propuesta resultó viable económicamente, generándose unos beneficios ligados a la venta de producción frutícola y de los créditos de carbono de 79.484 € durante los 15 años de actividad productiva.

Risk analysis of climate change on coffee nematodes and leaf miner in Brazil

The objective of this work was to assess the potential impact of climate change on the spatial distribution of coffee nematodes (races of Meloidogyne incognita) and leaf miner (Leucoptera coffeella), using a Geographic Information System. Assessment of the impacts of climate change on pest infestations and disease epidemics in crops is needed as a basis for revising management practices to minimize crop losses as climatic conditions shift. Future scenarios focused on the decades of the 2020's, 2050's, and 2080's (scenarios A2 and B2) were obtained from five General Circulation Models available on Data Distribution Centre from Intergovernmental Panel on Climate Change. Geographic distribution maps were prepared using models to predict the number of generations of the nematodes and leaf miner. Maps obtained in scenario A2 allowed prediction of an increased infestation of the nematode and of the pest, due to greater number of generations per month, than occurred under the climatological normal from 1961-1990. The number of generations also increased in the B2 scenario, but was lower than in the A2 scenario for both organisms.

The global carbon budget:a conflicting claims problem

Despite global environmental governance has traditionally couched global warming in terms of annual CO2 emissions (a flow), global mean temperature is actually determined by cumulative CO2 emissions in the atmosphere (a stock). Thanks to advances of scientific community, nowadays it is possible to quantify the \global carbon budget", that is, the amount of available cumulative CO2 emissions before crossing the 2oC threshold (Meinshausen et al., 2009). The current approach proposes to analyze the allocation of such global carbon budget among countries as a classical conflicting claims problem (O'Neill, 1982). Based on some appealing principles, it is proposed an efficient and sustainable allocation of the available carbon budget from 2000 to 2050 taking into account different environmental risk scenarios. Keywords: Carbon budget, Conflicting claims problem, Distribution, Climate change. JEL classification: C79, D71, D74, H41, H87, Q50, Q54, Q58.

Natural or naturalized? phylogeography suggests that the abundant sea urchin arbacia lixula Is a recent Colonizer of the Mediterranean

We present the global phylogeography of the black sea urchin Arbacia lixula, an amphi-Atlantic echinoid with potential to strongly impact shallow rocky ecosystems. Sequences of the mitochondrial cytochrome c oxidase gene of 604 specimens from 24 localities were obtained, covering most of the distribution area of the species, including the Mediterranean and both shores of the Atlantic. Genetic diversity measures, phylogeographic patterns, demographic parameters and population differentiation were analysed. We found high haplotype diversity but relatively low nucleotide diversity, with 176 haplotypes grouped within three haplogroups: one is shared between Eastern Atlantic (including Mediterranean) and Brazilian populations, the second is found in Eastern Atlantic and the Mediterranean and the third is exclusively from Brazil. Significant genetic differentiation was found between Brazilian, Eastern Atlantic and Mediterranean regions, but no differentiation was found among Mediterranean sub-basins or among Eastern Atlantic sub-regions. The star-shaped topology of the haplotype network and the unimodal mismatch distributions of Mediterranean and Eastern Atlantic samples suggest that these populations have suffered very recent demographic expansions. These expansions could be dated 94-205 kya in the Mediterranean, and 31-67 kya in the Eastern Atlantic. In contrast, Brazilian populations did not show any signature of population expansion. Our results indicate that all populations of A. lixula constitute a single species. The Brazilian populations probably diverged from an Eastern Atlantic stock. The present-day genetic structure of the species in Eastern Atlantic and the Mediterranean is shaped by very recent demographic processes. Our results support the view (backed by the lack of fossil record) that A. lixula is a recent thermophilous colonizer which spread throughout the Mediterranean during a warm period of the Pleistocene, probably during the last interglacial. Implications for the possible future impact of A. lixula on shallow Mediterranean ecosystems in the context of global warming trends must be considered.

Emerging environmental and weather challenges in outdoor sports

Given the climatic changes around the world and the growing outdoor sports participation, existing guidelines and recommendations for exercising in naturally challenging environments such as heat, cold or altitude, exhibit potential shortcomings. Continuous efforts from sport sciences and exercise physiology communities aim at minimizing the risks of environmental-related illnesses during outdoor sports practices. Despite this, the use of simple weather indices does not permit an accurate estimation of the likelihood of facing thermal illnesses. This provides a critical foundation to modify available human comfort modeling and to integrate bio-meteorological data in order to improve the current guidelines. Although it requires further refinement, there is no doubt that standardizing the recently developed Universal Thermal Climate Index approach and its application in the field of sport sciences and exercise physiology may help to improve the appropriateness of the current guidelines for outdoor, recreational and competitive sports participation. This review first summarizes the main environmental-related risk factors that are susceptible to increase with recent climate changes when exercising outside and offers recommendations to combat them appropriately. Secondly, we briefly address the recent development of thermal stress models to assess the thermal comfort and physiological responses when practicing outdoor activities in challenging environments.

Pienen mittakaavan CHP-laitokset osana hiilineutraalia maaseutuyhteiskuntaa

Maapallon ilmasto lämpenee koko ajan kasvihuonekaasujen määrän lisääntyessä ilmakehässä. Merkittävin ihmisten aiheuttama päästöjen lähde on fossiilisten polttoaineiden käyttö energiantuotannossa ja liikenteessä, jonka vuoksi on tärkeää lisätä uusiutuvien energialähteiden käyttöä. Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää esimerkkialueena olevan maaseutuyhteiskunnan mahdollisuutta olla energiaomavarainen ja materiaalikierroiltaan suljettu, jos alueen tarvitsema sähkö ja lämpö tuotettaisiin paikallisilla biomassavaroilla kahdella rinnakkaisella pienen mittakaavan CHP-laitoksella. Tarkastellut laitokset olivat anaerobisen mädätyksen ja polttokennojen yhdistelmä sekä termisen käsittelyn ja ORC-prosessin yhdistelmä. Työssä tehdyt laskelmat osoittivat, että esimerkkialue saisi tuotettua omilla biomassavaroillaan tarvitsemastaan sähköstä 75 % ja lämmöstä 90 % esimerkkilaitosten avulla. Laskelmissa ei kuitenkaan huomioitu kesä- ja talvikuukausien välistä eroa lämmön kulutuksessa, jonka vuoksi molemmat laitokset eivät voisi toimia koko ajan täydellä teholla. Lisäksi tuotetun lämmön hyötykäyttöä rajoittaa riittävän laajan kaukolämpöverkon puuttuminen esimerkkialueelta. Nykyisen kaukolämpöverkon avulla saataisiin hyödynnettyä vain kolmasosa ORC-prosessilla tuotetusta lämpöenergiasta. Laskelmat osoittivat myös, että alueen kasvihuonekaasupäästöt pienenisivät 21 % eli noin 6 000 hiilidioksidiekvivalenttitonnia vuodessa, jos suurin osa energiasta tuotettaisiin omista biomassavaroista CHP-laitosten avulla ja mädätyksen seurauksena syntyvä reaktorijäännös korvaisi kemiallisten lannoitteiden käytön.

Consequences of warming and resource quality on the stoichiometry and nutrient cycling of a stream shredder

As a result of climate change, streams are warming and their runoff has been decreasing in most temperate areas. These changes can affect consumers directly by increasing their metabolic rates and modifying their physiology and indirectly by changing the quality of the resources on which organisms depend. In this study, a common stream detritivore (Echinogammarus berilloni Catta) was reared at two temperatures (15 and 20°C) and fed Populus nigra L. leaves that had been conditioned either in an intermittent or permanent reach to evaluate the effects of resource quality and increased temperatures on detritivore performance, stoichiometry and nutrient cycling. The lower quality (i.e., lower protein, soluble carbohydrates and higher C:P and N:P ratios) of leaves conditioned in pools resulted in compensatory feeding and lower nutrient retention capacity by E. berilloni. This effect was especially marked for phosphorus, which was unexpected based on predictions of ecological stoichiometry. When individuals were fed pool-conditioned leaves at warmer temperatures, their growth rates were higher, but consumers exhibited less efficient assimilation and higher mortality. Furthermore, the shifts to lower C:P ratios and higher lipid concentrations in shredder body tissues suggest that structural molecules such as phospholipids are preserved over other energetic C-rich macromolecules such as carbohydrates. These effects on consumer physiology and metabolism were further translated into feces and excreta nutrient ratios. Overall, our results show that the effects of reduced leaf quality on detritivore nutrient retention were more severe at higher temperatures because the shredders were not able to offset their increased metabolism with increased consumption or more efficient digestion when fed pool-conditioned leaves. Consequently, the synergistic effects of impaired food quality and increased temperatures might not only affect the physiology and survival of detritivores but also extend to other trophic compartments through detritivore-mediated nutrient cycling.