Conservation of endangered Lupinus mariae-josephae in its natural habitat by inoculation with selected, native Bradyrhizobium strains

Lupinus mariae-josephae is a recently discovered endemism that is only found in alkaline-limed soils, a unique habitat for lupines, from a small area in Valencia region (Spain). In these soils, L. mariae-josephae grows in just a few defined patches, and previous conservation efforts directed towards controlled plant reproduction have been unsuccessful. We have previously shown that L. mariae-josephae plants establish a specific root nodule symbiosis with bradyrhizobia present in those soils, and we reasoned that the paucity of these bacteria in soils might contribute to the lack of success in reproducing plants for conservation purposes. Greenhouse experiments using L. mariae-josephae trap-plants showed the absence or near absence of L. mariae-josephae-nodulating bacteria in ‘‘terra rossa’’ soils of Valencia outside of L. mariaejosephae plant patches, and in other ‘‘terra rossa’’ or alkaline red soils of the Iberian Peninsula and Balearic Islands outside of the Valencia L. mariae-josephae endemism region. Among the bradyrhizobia able to establish an efficient symbiosis with L. mariae-josephae plants, two strains, LmjC and LmjM3 were selected as inoculum for seed coating. Two planting experiments were carried out in consecutive years under natural conditions in areas with edapho-climatic characteristics identical to those sustaining natural L. mariae-josephae populations, and successful reproduction of the plant was achieved. Interestingly, the successful reproductive cycle was absolutely dependent on seedling inoculation with effective bradyrhizobia, and optimal performance was observed in plants inoculated with LmjC, a strain that had previously shown the most efficient behavior under controlled conditions. Our results define conditions for L. mariae-josephae conservation and for extension to alkaline-limed soil habitats, where no other known lupine can thrive.

Efecto de las cubiertas ajardinadas sobre el microclima urbano de verano

El cambio climático y sus efectos requieren con urgencia el desarrollo de estrategias capaces no solo de mitigar pero también permitir la adaptación de los sistemas afectados por este fenómeno a los cambios que están provocando a nivel mundial. Olas de calor más largas y frecuentes, inundaciones, y graves sequías aumentan la vulnerabilidad de la población, especialmente en asentamientos urbanos. Este fenómeno y sus soluciones potenciales han sido ampliamente estudiados en las últimas décadas desde diferentes perspectivas y escalas que analizan desde el fenómeno regional de isla de calor al aumento de la intensidad energética necesaria en los edificios para mantener las condiciones de confort en los escenarios de calentamiento que se predicen. Su comprensión requiere el entendimiento de este fenómeno y un profundo análisis de las estrategias que pueden corregirlo y adaptarse a él. En la búsqueda de soluciones a este problema, las estrategias que incorporan sistemas naturales tales como las cubiertas ajardinadas, las fachadas vegetadas y bosques urbanos, se presentan como opciones de diseño capaces de proporcionan múltiples servicios al ecosistema urbano y de regular y hacer frente a los efectos del cambio climático. Entre los servicios que aportan estos sistemas naturales se incluyen la gestión de agua de tormentas, el control del efecto isla de calor, la mejora de la calidad del aire y del agua, el aumento de la diversidad, y como consecuencia de todo lo anterior, la reducción de la huella ecológica de las ciudades. En la última década, se han desarrollado múltiples estudios para evaluar y cuantificar los servicios al ecosistema proporcionados por las infraestructuras verdes, y específicamente las cubiertas ajardinadas, sin embargo, determinados servicios como la capacidad de la regulación del microclima urbano no ha sido apenas estudiados. La mayor parte de la literatura en este campo la componen estudios relacionados con la capacidad de las cubiertas ajardinadas de reducir el efecto de la isla de calor, en una escala local, o acerca de la reducción de la demanda energética de refrigeración debida a la instalación de cubiertas ajardinadas en la escala de edificio. La escala intermedia entre estos dos ámbitos, la calle, desde su ámbito habitable cercano al suelo hasta el límite superior del cañón urbano que configura, no han sido objeto detallado de estudio por lo que es esta escala el objeto de esta tesis doctoral. Esta investigación tiene como objeto contribuir en este campo y aportar un mayor entendimiento a través de la cuantificación del impacto de las cubiertas ajardinadas sobre la temperatura y humedad en el cañón urbano en la escala de calle y con un especial foco en el nivel peatonal. El primer paso de esta investigación ha sido la definición del objeto de estudio a través del análisis y revisión de trabajos tanto teóricos como empíricos que investigan los efectos de cubiertas ajardinadas en el entorno construido, entendidas como una herramienta para la adaptación y mitigación del impacto del cambio climático en las ciudades. La literatura analizada, revela el gran potencial de los sistemas vegetales como herramientas para el diseño pasivo puesto que no solo son capaces de mejorar las condiciones climáticas y microclimaticas en las ciudades reduciendo su demanda energética, sino también la necesidad de mayor análisis en la escala de calle donde confluyen el clima, las superficies urbanas y materiales y vegetación. Este análisis requiere una metodología donde se integren la respuesta térmica de edificios, las variaciones en los patrones de viento y radiación, y la interacción con la vegetación, por lo que un análisis cuantitativo puede ayudar a definir las estrategias más efectivas para lograr espacios urbanos más habitables. En este contexto, el objetivo principal de esta investigación ha sido la evaluación cuantitativa del impacto de la cubierta ajardinada en el microclima urbano a escala de barrio en condiciones de verano en los climas mediterráneos continentales. Para el logro de este objetivo, se ha seguido un proceso que persigue identificar los modelos y herramientas de cálculo capaces de capturar el efecto de la cubierta ajardinada sobre el microclima, identificar los parámetros que potencian o limitan este efecto, y cuantificar las variaciones que microclima creado en el cañón urbano produce en el consumo de energía de los edificios que rodean éste espacio. La hipótesis principal detrás de esta investigación y donde los objetivos anteriores se basan es el siguiente: "una cubierta ajardinada instalada en edificios de mediana altura favorece el establecimiento de microclimas a nivel peatonal y reduce las temperaturas en el entorno urbano donde se encuentra”. Con el fin de verificar la hipótesis anterior y alcanzar los objetivos propuestos se ha seguido la siguiente metodología: • definición del alcance y limitaciones del análisis • Selección de las herramientas y modelos de análisis • análisis teórico de los parámetros que afectan el efecto de las cubiertas ajardinadas • análisis experimental; • modelización energética • conclusiones y futuras líneas de trabajo Dada la complejidad de los fenómenos que intervienen en la generación de unas determinadas condiciones microclimáticas, se ha limitado el objeto de este estudio a las variables de temperatura y humedad, y sólo se han tenido en cuenta los componentes bióticos y abióticos del sistema, que incluyen la morfología, características superficiales del entorno estudiado, así como los elementos vegetales. Los componentes antrópicos no se han incluido en este análisis. La búsqueda de herramientas adecuadas para cumplir con los objetivos de este análisis ha concluido en la selección de ENVI-met v4 como el software más adecuado para esta investigación por su capacidad para representar los complejos fenómenos que caracterizan el microclima en cañones urbanos, en una escala temporal diaria y con unas escala local de vecindario. Esta herramienta supera el desafío que plantean los requisitos informáticos de un cálculo completo basado en elementos finitos realizados a través de herramientas de dinámica de fluidos computacional (CFD) que requieren una capacidad de cálculo computacional y tiempo privativos y en una escala dimensional y temporal limitada a esta capacidad computacional lo que no responde a los objetivos de esta investigación. ENVI-met 4 se basa es un modelo tridimensional del micro clima diseñado para simular las interacciones superficie-planta-aire en entornos urbanos. Basado en las ecuaciones fundamentales del equilibrio que representan, la conservación de masa, energía y momento. ENVI-met es un software predictivo, y como primer paso ha requerido la definición de las condiciones iniciales de contorno que se utilizan como punto de partida por el software para generar su propio perfil de temperatura y humedad diaria basada en la localización de la construcción, geometría, vegetación y las superficies de características físicas del entorno. La geometría de base utilizada para este primer análisis se ha basado en una estructura típica en cuanto al trazado urbano situada en Madrid que se ha simulado con una cubierta tradicional y una cubierta ajardinada en sus edificios. La estructura urbana seleccionada para este análisis comparativo es una red ortogonal con las calles principales orientadas este-oeste. El edificio típico que compone el vecindario se ha definido como “business as usual” (BAU) y se ha definido con una cubierta de baldosa de hormigón estándar, con un albedo 0.3, paredes con albedo 0.2 (construcción de muro de ladrillo típico) y cerramientos adiabáticos para evitar las posibles interferencias causadas por el intercambio térmico con el ambiente interior del edificio en los resultados del análisis. Para el caso de la cubierta ajardinada, se mantiene la misma geometría y características del edificio con excepción de la cobertura superficial de la azotea. Las baldosas de hormigón se han modificado con una cubierta ajardinada extensiva cubierta con plantas xerófilas, típicas en el clima de Madrid y caracterizado por su índice de densidad foliar, el “leaf area density” (LAD), que es la superficie total de superficie de hojas por unidad de volumen (m2/m3). El análisis se centra en los cañones urbanos entendidos como el espacio de calle comprendido entre los límites geométricos de la calle, verticales y horizontales, y el nivel superior de la cota urbana nivel de cubiertas. Los escenarios analizados se basan en la variación de la los principales parámetros que según la literatura analizada condicionan las variaciones microclimáticas en el ámbito urbano afectado por la vegetación, la velocidad del viento y el LAD de la azotea. Los resultados han sido registrados bajo condiciones de exposición solar diferentes. Las simulaciones fueron realizadas por los patrones de viento típico de verano, que para Madrid se caracterizan por vientos de componente suroeste que van desde 3 a 0 m/s. las simulaciones fueron realizadas para unas condiciones climáticas de referencia de 3, 2, 1 y 0 m/s a nivel superior del cañón urbano, como condición de contorno para el análisis. Los resultados calculados a 1,4 metros por encima del nivel del suelo, en el espacio habitado, mostraron que el efecto de la cubierta ajardinada era menor en condiciones de contorno con velocidades de viento más altas aunque en ningún caso el efecto de la cubierta verde sobre la temperatura del aire superó reducciones de temperatura de aire superiores a 1 º C. La humedad relativa no presentó variaciones significativas al comparar los diferentes escenarios. Las simulaciones realizadas para vientos con velocidad baja, entre 0 y 1 m/s mostraron que por debajo de 0.5 m/s la turbulencia del modelo aumentó drásticamente y se convirtió en el modelo inestable e incapaz de producir resultados fiables. Esto es debido al modelo de turbulencia en el software que no es válido para velocidades de viento bajas, lo que limita la capacidad de ENVI-met 4 para realizar simulaciones en estas condiciones de viento y es una de las principales conclusiones de este análisis en cuanto a la herramienta de simulación. También se comprobó el efecto de las densidades de la densidad de hoja (LAD) de los componentes vegetales en el modelo en la capa de aire inmediatamente superior a la cubierta, a 0,5 m sobre este nivel. Se compararon tres alternativas de densidad de hoja con la cubierta de baldosa de hormigón: el techo verde con LAD 0.3 (hierba típica o sedum), LAD 1.5 (plantas mixtas típicas) y LAD 2.5 (masa del árbol). Los resultados mostraron diferencias de temperatura muy relevante entre las diferentes alternativas de LAD analizadas. Los resultados muestran variaciones de temperatura que oscilan entre 3 y 5 º C al comparar el estándar de la azotea concreta con albedo 0, 3 con el techo con vegetación y vegetación densa, mostrando la importancia del LAD en la cuantificación de los efectos de las cubiertas vegetales en microclima circundante, lo que coincide con los datos reportados en la literatura existente y con los estudios empíricos analizados. Los resultados de los análisis teóricos han llegado a las siguientes conclusiones iniciales relacionadas con la herramienta de simulación y los resultados del modelo: En relación con la herramienta ENVI-met, se han observado limitaciones para el análisis. En primer lugar, la estructura rígida de la geometría, las bases de datos y el tamaño de la cuadrícula, limitan la escala y resolución de los análisis no permitiendo el desarrollo de grandes zonas urbanas. Por otro lado la estructura de ENVI-met permite el desarrollo de este tipo de simulación tan complejo dentro de tiempos razonables de cálculo y requerimientos computacionales convencionales. Otra limitación es el modelo de turbulencia del software, que no modela correctamente velocidades de viento bajas (entre 0 y 1 m/s), por debajo de 0,5 m/s el modelo da errores y no es estable, los resultados a estas velocidades no son fiables porque las turbulencias generadas por el modelo hacen imposible la extracción de patrones claros de viento y temperatura que permitan la comparación entre los escenarios de cubierta de hormigón y ajardinada. Además de las limitaciones anteriores, las bases de datos y parámetros de entrada en la versión pública del software están limitados y la complejidad de generar nuevos sistemas adaptándolos al edificio o modelo urbano que se quiera reproducir no es factible salvo en la versión profesional del software. Aparte de las limitaciones anteriores, los patrones de viento y perfiles de temperatura generados por ENVI-met concuerdan con análisis previos en los que se identificaban patrones de variación de viento y temperaturas en cañones urbanos con patrones de viento, relación de aspecto y dimensiones similares a los analizados en esta investigación. Por lo tanto, el software ha demostrado una buena capacidad para reproducir los patrones de viento en los cañones de la calle y capturar el efecto de enfriamiento producido por la cubierta verde en el cañón. En relación con el modelo, el resultado revela la influencia del viento, la radiación y el LAD en la temperatura del aire en cañones urbanos con relación de aspecto comprendida entre 0,5 y 1. Siendo el efecto de la cubierta verde más notable en cañones urbanos sombreados con relación de aspecto 1 y velocidades de viento en el nivel de “canopy” (por encima de la cubierta) de 1 m/s. En ningún caso las reducciones en la temperatura del aire excedieron 1 º C, y las variaciones en la humedad relativa no excedieron 1% entre los escenarios estudiados. Una vez que se han identificado los parámetros relevantes, que fueron principalmente la velocidad del viento y el LAD, se realizó un análisis experimental para comprobar los resultados obtenidos por el modelo. Para éste propósito se identificó una cubierta ajardinada de grandes dimensiones capaz de representar la escala urbana que es el objeto del estudio. El edificio usado para este fin fue el parking de la terminal 4 del aeropuerto internacional de Madrid. Aunque esto no es un área urbana estándar, la escala y la configuración del espacio alrededor del edificio fueron considerados aceptables para el análisis por su similitud con el contexto urbano objeto de estudio. El edificio tiene 800 x 200 m, y una altura 15 m. Está rodeado de vías de acceso pavimentadas con aceras conformando un cañón urbano limitado por el edificio del parking, la calle y el edificio de la terminal T4. El aparcamiento está cerrado con fachadas que configuran un espacio urbano de tipo cañón, con una relación de aspecto menor que 0,5. Esta geometría presenta patrones de viento y velocidad dentro del cañón que difieren ligeramente de los generados en el estudio teórico y se acercan más a los valores a nivel de canopo sobre la cubierta del edificio, pero que no han afectado a la tendencia general de los resultados obtenidos. El edificio cuenta con la cubierta ajardinada más grande en Europa, 12 Ha cubiertas por con una mezcla de hierbas y sedum y con un valor estimado de LAD de 1,5. Los edificios están rodeados por áreas plantadas en las aceras y árboles de sombra en las fachadas del edificio principal. El efecto de la cubierta ajardinada se evaluó mediante el control de temperaturas y humedad relativa en el cañón en un día típico de verano. La selección del día se hizo teniendo en cuenta las predicciones meteorológicas para que fuesen lo más semejantes a las condiciones óptimas para capturar el efecto de la cubierta vegetal sobre el microclima urbano identificadas en el modelo teórico. El 09 de julio de 2014 fue seleccionado para la campaña de medición porque las predicciones mostraban 1 m/s velocidad del viento y cielos despejados, condiciones muy similares a las condiciones climáticas bajo las que el efecto de la cubierta ajardinada era más notorio en el modelo teórico. Las mediciones se registraron cada hora entre las 9:00 y las 19:00 en 09 de julio de 2014. Temperatura, humedad relativa y velocidad del viento se registraron en 5 niveles diferentes, a 1.5, 4.5, 7.5, 11.5 y 16 m por encima del suelo y a 0,5 m de distancia de la fachada del edificio. Las mediciones fueron tomadas en tres escenarios diferentes, con exposición soleada, exposición la sombra y exposición influenciada por los árboles cercanos y suelo húmedo. Temperatura, humedad relativa y velocidad del viento se registraron con un equipo TESTO 410-2 con una resolución de 0,1 ºC para temperatura, 0,1 m/s en la velocidad del viento y el 0,1% de humedad relativa. Se registraron las temperaturas de la superficie de los edificios circundantes para evaluar su efecto sobre los registros usando una cámara infrarroja FLIR E4, con resolución de temperatura 0,15ºC. Distancia mínima a la superficie de 0,5 m y rango de las mediciones de Tª de - 20 º C y 250 º C. Los perfiles de temperatura extraídos de la medición in situ mostraron la influencia de la exposición solar en las variaciones de temperatura a lo largo del día, así como la influencia del calor irradiado por las superficies que habían sido expuestas a la radiación solar así como la influencia de las áreas de jardín alrededor del edificio. Después de que las medidas fueran tomadas, se llevaron a cabo las siguientes simulaciones para evaluar el impacto de la cubierta ajardinada en el microclima: a. estándar de la azotea: edificio T4 asumiendo un techo de tejas de hormigón con albedo 0.3. b. b. cubierta vegetal : T4 edificio asumiendo una extensa cubierta verde con valor bajo del LAD (0.5)-techo de sedum simple. c. c. cubierta vegetal: T4 edificio asumiendo una extensa cubierta verde con alta joven valor 1.5-mezcla de plantas d. d. cubierta ajardinada más vegetación nivel calle: el edificio T4 con LAD 1.5, incluyendo los árboles existentes a nivel de calle. Este escenario representa las condiciones actuales del edificio medido. El viento de referencia a nivel de cubierta se fijó en 1 m/s, coincidente con el registro de velocidad de viento en ese nivel durante la campaña de medición. Esta velocidad del viento se mantuvo constante durante toda la campaña. Bajo las condiciones anteriores, los resultados de los modelos muestran un efecto moderado de azoteas verdes en el microclima circundante que van desde 1 º a 2 º C, pero una contribución mayor cuando se combina con vegetación a nivel peatonal. En este caso las reducciones de temperatura alcanzan hasta 4 ºC. La humedad relativa sin embargo, no presenta apenas variación entre los escenarios con y sin cubierta ajardinada. Las temperaturas medidas in situ se compararon con resultados del modelo, mostrando una gran similitud en los perfiles definidos en ambos casos. Esto demuestra la buena capacidad de ENVI-met para reproducir el efecto de la cubierta ajardinada sobre el microclima y por tanto para el fin de esta investigación. Las diferencias más grandes se registraron en las áreas cercanas a las zonas superiores de las fachadas que estaban más expuestas a la radiación del sol y también el nivel del suelo, por la influencia de los pavimentos. Estas diferencias se pudieron causar por las características de los cerramientos en el modelo que estaban limitados por los datos disponibles en la base de datos de software, y que se diferencian con los del edificio real. Una observación importante derivada de este estudio es la contribución del suelo húmedo en el efecto de la cubierta ajardinada en la temperatura del aire. En el escenario de la cubierta ajardinada con los arboles existentes a pie de calle, el efecto del suelo húmedo contribuye a aumentar las reducciones de temperatura hasta 4.5ºC, potenciando el efecto combinado de la cubierta ajardinada y la vegetación a pie de calle. Se realizó un análisis final después de extraer el perfil horario de temperaturas en el cañón urbano influenciado por el efecto de las cubiertas ajardinadas y los árboles. Con esos perfiles modificados de temperatura y humedad se desarrolló un modelo energético en el edificio asumiendo un edificio cerrado y climatizado, con uso de oficinas, una temperatura de consigna de acuerdo al RITE de 26 ºC, y con los sistemas por defecto que establece el software para el cálculo de la demanda energética y que responden a ASHRAE 90.1. El software seleccionado para la simulación fue Design Builder, por su capacidad para generar simulaciones horarias y por ser una de las herramientas de simulación energética más reconocidas en el mercado. Los perfiles modificados de temperatura y humedad se insertaron en el año climático tipo y se condujo la simulación horaria para el día definido, el 9 de Julio. Para la simulación se dejaron por defecto los valores de conductancia térmica de los cerramientos y la eficiencia de los equipos de acuerdo a los valores que fija el estándar ASHRAE para la zona climática de Madrid, que es la 4. El resultado mostraba reducciones en el consumo de un día pico de hasta un 14% de reducción en las horas punta. La principal conclusión de éste estudio es la confirmación del potencial de las cubiertas ajardinadas como una estrategia para reducir la temperatura del aire y consumo de energía en los edificios, aunque este efecto puede ser limitado por la influencia de los vientos, la radiación y la especie seleccionada para el ajardinamiento, en especial de su LAD. Así mismo, en combinación con los bosques urbanos su efecto se potencia e incluso más si hay pavimentos húmedos o suelos porosos incluidos en la morfología del cañón urbano, convirtiéndose en una estrategia potencial para adaptar los ecosistemas urbanos el efecto aumento de temperatura derivado del cambio climático. En cuanto a la herramienta, ENVI-met se considera una buena opción para éste tipo de análisis dada su capacidad para reproducir de un modo muy cercano a la realidad el efecto de las cubiertas. Aparte de ser una herramienta validada en estudios anteriores, en el caso experimental se ha comprobado por medio de la comparación de las mediciones con los resultados del modelo. A su vez, los resultados y patrones de vientos generados en los cañones urbanos coinciden con otros estudios similares, concluyendo por tanto que es un software adecuado para el objeto de esta tesis doctoral. Como líneas de investigación futura, sería necesario entender el efecto de la cubierta ajardinada en el microclima urbano en diferentes zonas climáticas, así como un mayor estudio de otras variables que no se han observado en este análisis, como la temperatura media radiante y los indicadores de confort. Así mismo, la evaluación de otros parámetros que afectan el microclima urbano tales como variables geométricas y propiedades superficiales debería ser analizada en profundidad para tener un resultado que cubra todas las variables que afectan el microclima en el cañón urbano. ABSTRACT Climate Change is posing an urgency in the development of strategies able not only to mitigate but also adapt to the effects that this global problem is evidencing around the world. Heat waves, flooding and severe draughts increase the vulnerability of population, and this is especially critical in urban settlements. This has been extensively studied over the past decades, addressed from different perspectives and ranging from the regional heat island analysis to the building scale. Its understanding requires physical and dimensional analysis of this broad phenomenon and a deep analysis of the factors and the strategies which can offset it. In the search of solutions to this problem, green infrastructure elements such as green roofs, walls and urban forests arise as strategies able provide multiple regulating ecosystem services to the urban environment able to cope with climate change effects. This includes storm water management, heat island effect control, and improvement of air and water quality. Over the last decade, multiple studies have been developed to evaluate and quantify the ecosystem services provided by green roofs, however, specific regulating services addressing urban microclimate and their impact on the urban dwellers have not been widely quantified. This research tries to contribute to fill this gap and analyzes the effects of green roofs and urban forests on urban microclimate at pedestrian level, quantifying its potential for regulating ambient temperature in hot season in Mediterranean –continental climates. The study is divided into a sequence of analysis where the critical factors affecting the performance of the green roof system on the microclimate are identified and the effects of the green roof is tested in a real case study. The first step has been the definition of the object of study, through the analysis and review of theoretical and empirical papers that investigate the effects of covers landscaped in the built environment, in the context of its use as a tool for adaptation and mitigation of the impact of climate change on cities and urban development. This literature review, reveals the great potential of the plant systems as a tool for passive design capable of improving the climatic and microclimatic conditions in the cities, as well as its positive impact on the energy performance of buildings, but also the need for further analysis at the street scale where climate, urban surfaces and materials, and vegetation converge. This analysis requires a methodology where the thermal buildings response, the variations in the patterns of wind and the interaction of the vegetation are integrated, so a quantitative analysis can help to define the most effective strategies to achieve liveable urban spaces and collaterally, , the improvement of the surrounding buildings energy performance. In this specific scale research is needed and should be customized to every climate, urban condition and nature based strategy. In this context, the main objective for this research was the quantitative assessment of the Green roof impact on the urban microclimate at a neighbourhood scale in summer conditions in Mediterranean- continental climates. For the achievement of this main objective, the following secondary objectives have been set: • Identify the numerical models and calculation tools able to capture the effect of the roof garden on the microclimate. • Identify the enhancing or limiting parameter affecting this effect. • Quantification of the impact of the microclimate created on the energy consumption of buildings surrounding the street canyon analysed. The main hypothesis behind this research and where the above objectives are funded on is as follows: "An extensive roof installed in medium height buildings favours the establishment of microclimates at the pedestrian level and reduces the temperatures in the urban environment where they are located." For the purpose of verifying the above hypothesis and achieving the proposed objectives the following methodology has been followed: - Definition of hypothesis and objectives - Definition of the scope and limitations - Theoretical analysis of parameters affecting gren roof performance - Experimental analysis; - Energy modelling analyisis - Conclusions and future lines of work The search for suitable tools and models for meeting the objectives of this analysis has led to ENVI-met v4 as the most suitable software for this research. ENVI met is a three-dimensional micro-climate model designed to simulate the surface-plant-air interactions in urban environments. Based in the fundamental equations representing, mass, energy and momentum conservation, the software has the capacity of representing the complex phenomena characterizing the microclimate in urban canyons, overcoming the challenge posed by the computing requirements of a full calculus based on finite elements done via traditional computational fluid dynamics tools. Once the analysis tool has been defined, a first set of analysis has been developed to identify the main parameters affecting the green roof influence on the microclimate. In this analysis, two different scenarios are compared. A neighborhood with standard concrete tile roof and the same configuration substituting the concrete tile by an extensive green roof. Once the scenarios have been modeled, different iterations have been run to identify the influence of different wind patterns, solar exposure and roof vegetation type on the microclimate, since those are the most relevant variables affecting urban microclimates. These analysis have been run to check the conditions under which the effects of green roofs get significance. Since ENVI-met V4 is a predictive software, the first step has been the definition of the initial weather conditions which are then used as starting point by the software, which generates its own daily temperature and humidity profile based on the location of the building, geometry, vegetation and the surfaces physical characteristics. The base geometry used for this first analysis has been based on a typical urban layout structure located in Madrid, an orthogonal net with the main streets oriented East-West to ease the analysis of solar radiation in the different points of the model. This layout represents a typical urban neighborhood, with street canyons keeping an aspect ratio between 0.5 and 1 and high sky view factor to ensure correct sun access to the streets and buildings and work with typical wind flow patterns. Finally, the roof vegetation has been defined in terms of foliage density known as Leaf Area Density (LAD) and defined as the total one-sided leaf area per unit of layer volume. This index is the most relevant vegetation characteristic for the purpose of calculating the effect of vegetation on wind and solar radiation as well as the energy consumed during its metabolic processes. The building as usual (BAU) configuring the urban layout has been defined with standard concrete tile roofs, considering 0.3 albedo. Walls have been set with albedo 0.2 (typical brick wall construction) and adiabatic to avoid interference caused by thermal interchanges with the building indoor environment. For the proposed case, the same geometry and building characteristics have been kept. The only change is the roof surface coverage. The gravel on the roof has been changed with an extensive green roof covered with drought tolerant plants, typical in Madrid climate, and characterized by their LAD. The different scenarios analysed are based in the variation of the wind speed and the LAD of the roof. The results have been recorded under different sun exposure conditions. Simulations were run for the typical summer wind patterns, that for Madrid are characterized by South-west winds ranging from 3 to 0 m/s. Simulations were run for 3, 2, 1 and 0 m/s at urban canopy level. Results taken at 1.4 m above the ground showed that the green roof effect was lower with higher wind speeds and in any case the effect of the green roof on the air temperatures exceeded air temperature reductions higher than 1ºC. Relative humidity presented no variations when comparing the different scenarios. For the analysis at 0m/s, ENVI-met generated error and no results were obtained. Different simulations showed that under 0.5 m/s turbulence increased dramatically and the model became unstable and unable to produce reliable results. This is due to the turbulence model embedded in the software which is not valid for low wind speeds (below 1 m/s). The effect of the different foliage densities was also tested in the model. Three different alternatives were compared against the concrete roof: green roof with LAD 0.3 ( typical grass or sedum), 1.5 (typical mixed plants) and 2.5 (tree mass). The results showed very relevant temperature differences between the different LAD alternatives analyzed. Results show temperature variations ranging between 3 and 5 ºC when comparing the standard concrete roof with albedo 0, 3 with the vegetated roof and vegetated mass, showing the relevance of the LAD on the effects of green roofs on microclimate. This matches the data reported in existing literature and empirical studies and confirms the relevance of the LAD in the roof effect on the surrounding microclimate. The results of the theoretical analysis have reached the following initial conclusions related to both, the simulation tool and the model results: • In relation to the tool ENVI-met, some limitations for the analysis have been observed. In first place, the rigid structure of the geometry, the data bases and the grid size, limit the scale and resolution of the analysis not allowing the development of large urban areas. On the other hand the ENVI-met structure enables the development of this type of complex simulation within reasonable times and computational requirements for the purpose of this analysis. Additionally, the model is unable to run simulations at wind speeds lower than 0.5 m/s, and even at this speed, the results are not reliable because the turbulences generated by the model that made impossible to extract clear temperature differences between the concrete and green roof scenarios. Besides the above limitations, the wind patterns and temperature profiles generated by ENVImet are in agreement with previous analysis identifying wind patterns in urban canyons with similar characteristics and aspect ratio. Therefore the software has shown a good capacity for reproducing the wind effects in the street canyons and seems to capture the cooling effect produced by the green roof. • In relation to the model, the results reveals the influence of wind, radiation and LAD on air temperature in urban canyons with aspect ratio comprised between 0.5 and 1. Being the effect of the green roof more noticeable in shaded urban canyons with aspect ratio 1 and wind speeds of 1 m/s. In no case the reductions in air temperature exceeded 1ºC. Once the relevant parameters have been identified, mainly wind speed and LAD, an experimental analysis was conducted to test the results obtained by the model. For this purpose a large green roof was identified, able to represent the urban scale which is the object of the studio. The building identified for this purpose was the terminal 4, parking building of the international Madrid Airport. Even though this is not a standard urban area, the scale and configuration of the space around the building were deemed as acceptable for the analysis. The building is an 800x200 m, 15 m height parking building, surrounded by access paved paths and the terminal building. The parking is enclosed with facades that configure an urban canyon-like space, although the aspect ratio is lower than 0.5 and the wind patterns might differ from the theoretical model run. The building features the largest green roof in Europe, a 12 Ha extensive green roof populated with a mix of herbs and sedum with a LAD of 1.5. The buildings are surrounded by planted areas at the sidewalk and trees shading the main building facades. Green roof performance was evaluated by monitoring temperatures and relative humidity in the canyon in a typical summer day. The day selection was done taking into account meteorological predictions so the weather conditions on the measurement day were as close as possible as the optimal conditions identified in terms of green roof effects on the urban canyon. July 9th 2014 was selected for the measurement campaign because the predictions showed 1 m/s wind speed and sunny sky, which were very similar to the weather conditions where the effect of the green roof was most noticeable in the theory model. Measurements were registered hourly from 9:00am to 19:00 on July 9th 2014. Temperature, relative humidity and wind speed were recorded at 5 different levels, at 1.5, 4.5, 7.5, 11.5 and 16 m above ground and at 0.5 m distance from the building façade. Measurements were taken in three different scenarios, sunny exposure, shaded exposure, and shaded exposure influenced by nearby trees and moist soil. Temperature, relative humidity and wind speed were registered using a TESTO 410-2 anemometer, with 0.1ºC resolution for temperature, 0.1 m/s resolution for wind speed and 0.1 % for relative humidity. Surface temperatures were registered using an infrared camera FLIR E4, with temperature resolution 0.15ºC. Minimal distance to surface of 0.5 m and Tª measurements range from -20ºC and 250ºC. The temperature profiles measured on the site showed the influence of solar exposure on the temperature variations along the day, as well as the influence of the heat irradiated by the building surfaces which had been exposed to the sun radiation and those influenced by the moist soft areas around the building. After the measurements were taken, the following simulations were conducted to evaluate the impact of the green roof on the microclimate: a. Standard roof: T4 building assuming a concrete tile roof with albedo 0.3. b. Green roof: T4 building assuming an extensive green roof with low LAD value (0.5)-Simple Sedum roof. c. Green roof: T4 building assuming an extensive green roof with high LAD value 1.5- Lucerne and grasses d. Green roof plus street level vegetation: T4 Building, LAD 1.5 (Lucerne), including the existing trees at street level. This scenario represents the current conditions of the building. The urban canopy wind was set as 1 m/s, the wind speed register at that level during the measurement campaign. This wind speed remained constant over the whole campaign. Under the above conditions, the results of the models show a moderate effect of green roofs on the surrounding microclimate ranging from 1ºC to 2ºC, but a larger contribution when combining it with vegetation at pedestrian level, where 4ºC temperature reductions are reached. Relative humidity remained constant. Measured temperatures and relative humidity were compared to model results, showing a close match in the profiles defined in both cases and the good capacity of ENVI met to capture the impact of the green roof in this analysis. The largest differences were registered in the areas close to the top areas of the facades which were more exposed to sun radiation and also near to the soil level. These differences might be caused by differences between the materials properties included in the model (which were limited by the data available in the software database) and those in the real building. An important observation derived from this study is the contribution of moist soil to the green roof effect on air temperatures. In the green roof scenario with surrounding trees, the effect of the moist soil contributes to raise the temperature reductions at 4.5ºC. A final analysis was conducted after extracting the hourly temperature profile in the street canyon influenced by the effect of green roofs and trees. An energy model was run on the building assuming it was a conventional enclosed building. Energy demand reductions were registered in the building reaching up to 14% reductions at the peak hour. The main conclusion of this study is the potential of the green roofs as a strategy for reducing air temperatures and energy consumption in the buildings, although this effect can be limited by the influence of high speed winds. This effect can be enhanced its combination with urban forests and even more if soft moist pavements are included in the urban canyon morphology, becoming a potential strategy for adapting urban ecosystems to the increasing temperature effect derived from climate change.

Mosquitos da Caatinga: biodiversidade, aspectos ecológicos e importância epidemiológica da fauna Culicidae do semiárido brasileiro

Em relação à fauna Culicidae, a Caatinga é um dos biomas mais desconhecidos do Brasil. Há carência de registro de ocorrência de culicídeos, bem como de estudos sobre as interações deles com o ambiente silvestre. Assim, o objetivo deste estudo foi investigar biodiversidade e aspectos ecológicos e epidemiológicos da fauna Culicidae em áreas de conservação do bioma Caatinga. Para isso foram consideradas duas unidades de conservação da Caatinga e realizados 19 levantamentos entomológicos mensais e consecutivos. Foram realizadas coletas de formas imaturas de mosquitos em bromélias, ocos de árvore e criadouros de solo, além da coleta de mosquitos adultos de hábitos diurno, crepuscular e noturno. Ao todo, entre mosquitos adultos e imaturos associados a habitats fitotelmatas, foram coletados 11.456 culicídeos distribuídos em 28 espécies, das quais 11 eram desconhecidas para a ciência. A fauna de imaturos coletados em bromélias e ocos de árvore interferiu na composição da fauna de mosquitos adultos e houve variações na abundância e nos padrões de diversidade de acordo com fitofisionomia do ambiente. Temperatura e umidade foram os parâmetros ambientais mais fortemente associados à abundância de culicídeos. Foram registradas novas ocorrências de anofelinos, coletados em criadouros de solo, ampliando a distribuição das espécies para o semiárido brasileiro. Este é um estudo pioneiro acerca da biodiversidade da fauna Culicidae em áreas de conservação da Caatinga que apresenta uma rica e desconhecida fauna de culicídeos, inédita para a ciência.

Efetividade das áreas protegidas para a conservação da natureza sob a abordagem dos serviços ecossistêmicos na bacia do rio Corumbataí

A sustentabilidade da paisagem trata-se de um tema central no que se refere às questões de conservação e desenvolvimento de paisagens altamente antropizadas. Está embasada nos conceitos tradicionais de desenvolvimento sustentável, que visam balancear o desenvolvimento humano com a proteção ambiental, pautada na equidade intra e extra-geração. Considera, ainda, os conceitos de bem-estar humano nesta esfera. Paralelamente, os conceitos de serviços ecossistêmicos reconhecem a dependência das atividades antrópicas e seu bem-estar à qualidade dos ecossistemas, reacendendo os debates sobre capital natural e desenvolvimento sustentável. Neste contexto, este trabalho aborda a sustentabilidade da paisagem questionando a potencialidade dos remanescentes florestais em fornecer, de maneira equilibrada, diferentes serviços ecossistêmicos na bacia do rio Corumbataí. Para isso, o trabalho foi dividido em duas etapas. A primeira buscou analisar questões de demanda e oferta por múltiplos serviços ecossistêmicos (controle de erosão, regulação hídrica, regulação microclimática, informação estética e qualidade de habitat). Isso baseado em indicadores da paisagem, como a dinâmica do uso do solo e padrões do meio físico e antrópico. A segunda investigou a viabilidade de integrar o sinergismo entre os serviços de controle de erosão e qualidade de habitat às prioridades de conservação e restauração florestal. Isso baseado no cenário atual da paisagem e por meio de diferentes simulações de incremento em 10% da cobertura florestal na paisagem, inserindo florestas nos locais de alta erodibilidade (situação criteriosa) ou de forma randômica. Os resultados demonstraram que, apesar do aumento de 60% na cobertura florestal durante os últimos 30 anos, apenas 37% das florestas possuem alto potencial para ofertar serviços ecossistêmicos e que, quando ponderadas perante as demandas da paisagem, apenas 20% das florestas encontram-se em equilíbrio. Além disso, foi verificado sinergismo entre os serviços de controle de erosão e qualidade de habitat em aproximadamente 80% da cobertura florestal. No entanto, nos cenários de restauração florestal, o sinergismo foi alcançado em todas as situações, sejam elas criteriosas ou randômicas. Deste modo, ficou evidente o limite das florestas e áreas protegidas como potenciais prestadoras de serviços ecossistêmicos na paisagem. Também ficou evidente que, em paisagens com alto grau de fragmentação e baixa proporção florestal, os processos de restauração não necessariamente devem almejar o sinergismo entre serviços ecossistêmicos. Por fim, atribui-se grande importância ao papel das áreas agrícolas e pastagens para compensar demandas, restaurar serviços ecossistêmicos, almejando, portanto, a sustentabilidade da paisagem.

Estrutura da vegetação e sua relação com a diversidade, abundância e similaridade de coleópteros bioindicadores em diferentes sistemas vegetacionais, Piracicaba, SP

A Mata Atlântica é considerada um dos biomas mais importantes do mundo devido à sua alta biodiversidade e funções ecossistêmicas. Entretanto, encontra-se fragmentada em porções de pequenas dimensões esparsas em uma matriz predominantemente agrícola, composta principalmente por extensas pastagens e monoculturas. Desse modo, os sistemas agroflorestais por apresentarem uma estrutura diferenciada dos monocultivos e similar às condições naturais, podem ser utilizados como uma alternativa para o manejo e a conservação da biodiversidade nos remanescentes florestais. A fragmentação provoca modificações no ambiente que irão refletir na perda e no deslocamento da biodiversidade, estando os insetos entre os grupos mais afetados. Uma das formas de se avaliar o estado de conservação dos fragmentos e o impacto antrópico nos sistemas vegetacionais, é estudar a presença e distribuição de organismos bioindicadores. Dentre esses, os insetos ocupam posição de destaque. Os insetos da família Scarabaeidae e da subfamília Scolytinae são bons indicadores de distúrbios, pois são muito sensíveis ás mudanças ambientais. Neste trabalho hipotetisou-se que a presença desses insetos está relacionada com a estrutura da vegetação e as condições de vida proporcionadas pelas diferentes formas de uso-da-terra. O objetivo desta pesquisa foi avaliar a diversidade de espécies, o padrão de abundância e a similaridade entre as populações de coleópteros (Scarabaeidae e Scolytinae) em diferentes sistemas vegetacionais de diferentes estruturas: i) Fragmento de floresta estacional semidecidual dividido em três áreas: beira do rio, centro e borda; ii) Sistema Agroflorestal (SAF) (interface entre o fragmento e o pasto); iii) Pasto composto de Brachiaria decumbens (L.); iv) Monocultivo de café (Coffea arábica L.); v) Monocultivo de seringueira (Hevea brasiliensis Müell. Arg.); vi) SAF de café e seringueira - todos situados numa região de domínio anterior de floresta estacional semidecidual em Piracicaba-SP. Os sistemas foram caracterizados quanto à sua estrutura e condições micrometeorológicas. Os insetos foram coletados mensalmente entre agosto/2013 e julho/2014 utilizando-se dois tipos de armadilhas: Pitfall e etanol modelo ESALQ-84. Foram coletados 1.047 espécimes distribuídos em 21 espécies da família Scarabaeidae e 1.833 indivíduos de 38 espécies da subfamília Scolytinae. A maior quantidade de espécies de Scarabaeidae foi encontrada na borda do fragmento florestal, enquanto que a maior abundância ocorreu no fragmento florestal perto do rio. A subfamília Scolytinae apresentou a maior riqueza de espécies no sistema agroflorestal misto (borda) e a maior abundância no sistema agroflorestal café-seringueira. A abundância e riqueza de espécies da família Scarabaeidae foram correlacionadas positivamente com a temperatura do ar, temperatura e umidade do solo e a precipitação. Por outro lado, a abundância e a riqueza de espécies da subfamília Scolytinae apresentaram correlação negativa com a temperatura do ar e a temperatura e umidade do solo. Ambos os grupos de insetos apresentaram a maior abundância e riqueza de espécies nas áreas com estrutura vegetacional mais complexa, sendo influenciadas pelas condições microclimáticas dentro de cada local.

Sustainability in the Upper Colorado River Basin: A Struggle Between Water Resource Use and Remnants of the Natural Ecosystem

This study evaluated whether development of the Colorado River system has exceeded sustainability by comparing the trends in water use in the Colorado River. Two sustainable areas were identified in the upper basin and one in the lower-- the mainstream Colorado River, Green and Yampa rivers, and the Little Colorado River. These areas are also high priority recovery areas for four endangered fishes and protected by critical habitat provisions of the ESA. Unfortunately, the endangered fishes are declining because of habitat destruction and non-native species. If increasing water demand causes the fishes to go extinct the few sustainable areas will be lost. It will take careful management of the endangered fishes and water users to ensure these areas are maintained.

The “dehesa”, a key ecosystem in maintaining the diversity of Mediterranean saproxylic insects (Coleoptera and Diptera: Syrphidae)

The “dehesa” is a traditional Iberian agrosilvopastoral ecosystem characterized by the presence of old scattered trees that are considered as “keystone-structures”, which favor the presence of a wide range of biodiversity. We show the high diversity of saproxylic beetles and syrphids (Diptera) in this ecosystem, including red-listed species. We analyzed whether saproxylic species distribution in the “dehesa” was affected by tree density per hectare, dominant tree species or vegetation coverage. Species diversity did not correlate with tree density; however, it was affected by tree species and shrub coverage but in a different way for each taxon. The highest beetle diversity was linked to Quercus pyrenaica, the most managed tree species, with eight indicator species. In contrast, Q. rotundifolia hosted more species of saproxylic syrphids. Regarding vegetation coverage, shrub coverage was the only variable that affected insect richness, again in a different way for both taxa. In contrast, beetle species composition was only affected by dominant tree species whereas syrphid species composition was not affected by tree species or shrub coverage. We concluded that the high diversity of saproxylic insects in the “dehesa” is related to its long history of agrosilvopastoral management, which has generated landscape heterogeneity and preserved old mature trees. However, the richness and composition of different taxa of insects respond in different ways to tree species and vegetation coverage. Consequently, conservation strategies should try to maintain traditional management, and different saproxylic taxa should be used to monitor the effect of management on saproxylic diversity.

A PCR based method to detect Russula spp. in soil samples and Limodorum abortivum roots in Mediterranean environments

Aim of study. Orchidaceae has the largest number of species of any family in the plant kingdom. This family is subject to a high risk of extinction in natural environments, such as natural parks and protected areas. Recent studies have shown the prevalence of many species of orchids to be linked to fungal soil diversity, due to their myco-heterotrophic behaviour. Plant communities determine fungal soil diversity, and both generate optimal conditions for orchid development. Area of study. The work was carried out in n the two most important natural parks in Alicante (Font Roja and Sierra Mariola), in South-eastern of Spain. Material and Methods. We designed a molecular tool to monitor the presence of Russula spp. in soil and orchids roots, combined with phytosociological methods. Main results. Using a PCR-based method, we detected the presence in the soil and Limodorum abortivum orchid roots of the mycorrhizal fungi Russula spp. The species with highest coverage was Quercus rotundifolia in areas where the orchid was present. Research highlights. We present a useful tool based on PCR to detect the presence of Russula spp. in a natural environment. These results are consistent with those obtained in different studies that linked the presence of the mycorrhizal fungi Russula spp. in roots of the species Limodorum and the interaction between these fungal species and Quercus ilex trees in Mediterranean forest environments.

Pinos autóctonos y conservación de bosques en Andalucía

La evolución del arbolado en la Península Ibérica pasó por numerosos episodios que le condujeron a una situación grave de deforestación. Tras varios intentos de reforestación en épocas distintas, finalmente la apuesta definitiva se produciría con la creación del Patrimonio Forestal del Estado y el Plan Nacional de Repoblación Forestal de España de 1939. La sustitución del PFE por el ICONA en 1971, supuso un nuevo contexto, en el que se puso en duda tanto la actuación repobladora, como las especies utilizadas, principalmente del género Pinus. Este trabajo trata de poner en valor la información que aportan distintas corrientes científicas, la botánica, la biogeografía, paleobotánica y los datos de otros estudios realizados en numerosos yacimientos arqueológicos en Andalucía, especialmente en la zona oriental. Estos trabajos ponen de manifiesto la presencia de especies del género Pinus en distintos periodos geológicos, con avances y retrocesos del binomio Pinus-Quercus, durante períodos más o menos extensos. La repoblación forestal supuso un avance a una de esas situaciones, que dió como resultado el marco de nuevas intervenciones de manejo del bosque por la Administración Andaluza, siendo las exigencias de conservación prioritarias en la gestión de los espacios forestales, muchos de ellos declarados Espacios Protegidos. Se trata pues, de poner en valor aquellas actuaciones que dieron lugar a la nueva situación en la que se apuesta por la conservación y en la que juegan un papel importante la genética y la productividad de las especies utilizadas en las intervenciones forestales.

Des-re-territorialização e áreas protegidas na Amazônia: reflexões a partir do caso da Estação Ecológica da Terra do Meio-Pa-Brasil

A criação de espaços territoriais especialmente protegidos é uma estratégia utilizada pelo homem desde a antiguidade, objetivando a reserva de áreas com características naturais necessárias à manutenção ou à reprodução cultural de populações humanas específicas, regulando e limitando o acesso e a apropriação de certos recursos e/ou reservando-os para usos ou futuros. Os processos de criação dessas “áreas especialmente protegidas” foram contudo intensificados, no final do século XX, com a percepção da finitude dos recursos naturais, e acelerados pelo florescimento e a consolidação do capitalismo, agora “globalizado”. Quando tais processos, são orientados por interesses diversos de grupos sociais hegemônicos, são comuns não só a desestruturação do modo de vida dos usuários dos recursos naturais tradicionalmente relacionados aos “territórios especiais”, como também a expulsão de grupos não-hegemônicos neles já instalados, sempre que suas práticas culturais sejam consideradas como incompatíveis com os fins e os objetivos da área que se pretende proteger. Entre os tipos de área especialmente protegida estabelecidos pela legislação brasileira, encontram-se as Unidades de Conservação da Natureza (UC). Criadas por Lei com o objetivo de conservar a biodiversidade brasileira, as UC vem sendo palco de diversos conflitos ambientais envolvendo populações tradicionais em todos os biomas brasileiros, mas pode ser mais facilmente evidenciada na Amazônia, aonde a megabiodiversidade a proteger se sobrepõe a territórios ocupados por diversas etnias indígenas e outros povos tradicionais. Os conflitos são intensificados quando a categoria de manejo da UC criada restringe o acesso e altera os modos de apropriação e/ou dos usos tradicionais dos recursos naturais da área por parte dos residentes, inclusive impedindo a continuidade da permanência das populações no interior da UC, no caso o grupo das UC de Proteção Integral. À luz dos debates que vem sendo travados no campo da ecologia política, tais processos conflituosos estariam associados à desterritorialização dos grupos afetados pela criação da UC, nos quais o Estado brasileiro seria o responsável direto. Independentemente das diversas abordagens acadêmicas para o conceito de “território”, entende-se atualmente que a territorialização e a desterritorialização (com consequente reterritorialização) são processos interrelacionados e circularmente conectados, não podendo ser compreendidos separadamente. Assim, o objetivo do presente trabalho é contribuir para a compreensão desses processos de des-re-terrritorialização, avaliando como alguns mecanismos previstos na Lei do Sistema Nacional das Unidades de Conservação para o reassentamento das populações anteriormente residentes vem sendo aplicados, no sentido de promover processos de reterritorialização. As reflexões apresentadas se dão a partir do caso dos ribeirinhos e colonos residentes na Estação Ecológica da Terra do Meio, Pará, Brasil. A partir da avaliação, são propostas alternativas para minimizar a situação de injustiça ambiental na qual se encontram esses atores sociais específicos.

Evolution of the landscape of Madeira Island: long-term vegetation dynamics

The aim of this thesis was to evaluate historical change of the landscape of Madeira Island and to assess spatial and temporal vegetation dynamics. In current research diverse “retrospective techniques”, such as landscape repeat photography, dendrochronology, and research of historical records were used. These, combined with vegetation relevés, aimed to gather information about landscape change, disturbance history, and vegetation successional patterns. It was found that landscape change, throughout 125 years, was higher in the last five decades manly driven by farming abandonment, building growth and exotic vegetation coverage increase. Pristine vegetation was greatly destroyed since early settlement and by the end of the nineteenth century native vegetation was highly devastated due to recurrent antropogenic disturbances. These actions also helped to block plant succession and to modify floristical assemblages, affecting as well as species richness. In places with less hemeroby, although significant growth of vegetation of lower seral stages was detected, the vegetation of most mature stages headed towards unbalance between recovery and loss, being also very vulnerable to exotic species encroachment. Recovery by native vegetation also occurred in areas formerly occupied by exotic plants and agriculture but it was almost negligible. Vegetation recovery followed the successional model currently proposed, attesting the model itself. Yet, succession was slower than espected, due to lack of favourable conditions and to recurrent disturbances. Probable tempus of each seral stage was obtained by growth rates of woody taxa estimated through dendrochronology. The exotic trees which were the dominant trees in the past (Castanea sativa and Pinus pinaster) almost vanished. Eucalyptus globulus, the current main tree of the exotic forest is being replaced by other cover types as Acacia mearnsii. The latter, along with Arundo donax, Cytisus scoparius and Pittosporum undulatum are currently the exotic species with higher invasive behaviour. However, many other exotic species have also proved to be highly pervasive and came together with the ones referred above to prevent native vegetation regeneration, to diminish biological diversity, and to block early successional phases delaying native forest recovery.

Balkan Vegetation Database: historical background, current status and future perspectives

The Balkan Vegetation Database (BVD; GIVD ID: EU-00-019; http://www.givd.info/ID/EU-00- 019) is a regional database that consists of phytosociological relevés from different vegetation types from six countries on the Balkan Peninsula (Albania, Bosnia and Herzegovina, Bulgaria, Kosovo, Montenegro and Serbia). Currently, it contains 9,580 relevés, and most of them (78%) are geo-referenced. The database includes digitized relevés from the literature (79%) and unpublished data (21%). Herein we present descriptive statistics about attributive relevé information. We developed rules that regulate governance of the database, data provision, types of data availability regimes, data requests and terms of use, authorships and relationships with other databases. The database offers an extensive overview about studies on the local, regional and SE European levels including information about flora, vegetation and habitats.

Age, pollen and spores of ODP Site 175-1082

The present-day condition of bipolar glaciation characterized by rapid and large climate fluctuations began at the end of the Pliocene with the intensification of the Northern Hemisphere continental glaciations. The global cooling steps of the late Pliocene have been documented in numerous studies of Ocean Drilling Program (ODP) sites from the Northern Hemisphere. However, the interactions between oceans and between land and ocean during these cooling steps are poorly known. In particular, data from the Southern Hemisphere are lacking. Therefore I investigated the pollen of ODP Site 1082 in the southeast Atlantic Ocean in order to obtain a high-resolution record of vegetation change in Namibia between 3.4 and 1.8 Ma. Four phases of vegetation development are inferred that are connected to global climate change. (1) Before 3 Ma, extensive, rather open grass-rich savannahs with mopane trees existed in Namibia, but the extension of desert and semidesert vegetation was still restricted. (2) Increase of winter rainfall dependent Renosterveld-like vegetation occurred between 3.1 and 2.2 Ma connected to strong advection of polar waters along the Namibian coast and a northward shift of the Polar Front Zone in the Southern Ocean. (3) Climatically induced fluctuations became stronger between 2.7 and 2.2 Ma and semiarid areas extended during glacial periods probably as the result of an increased pole-equator thermal gradient and consequently globally enhanced atmospheric circulation. (4) Aridification and climatic variability further increased after 2.2 Ma, when the Polar Front Zone migrated southward and the influence of Atlantic moisture brought by the westerlies to southern Africa declined. It is concluded that the positions of the frontal systems in the Southern Ocean which determine the locations of the high-pressure cells over the South Atlantic and the southern Indian Ocean have a strong influence on the climate of southern Africa in contrast to the climate of northwest and central Africa, which is dominated by the Saharan low-pressure cell.

Tropical climate and vegetation simulations during the Heinrich event 1 using an Earth System Model of Intermediate Complexity (EMIC) - the University of Victoria Earth System-Climate Model (UVic ESCM)

Abrupt climate changes from 18 to 15 thousand years before present (kyr BP) associated with Heinrich Event 1 (HE1) had a strong impact on vegetation patterns not only at high latitudes of the Northern Hemisphere, but also in the tropical regions around the Atlantic Ocean. To gain a better understanding of the linkage between high and low latitudes, we used the University of Victoria (UVic) Earth System-Climate Model (ESCM) with dynamical vegetation and land surface components to simulate four scenarios of climate-vegetation interaction: the pre-industrial era, the Last Glacial Maximum (LGM), and a Heinrich-like event with two different climate backgrounds (interglacial and glacial). We calculated mega-biomes from the plant-functional types (PFTs) generated by the model to allow for a direct comparison between model results and palynological vegetation reconstructions. Our calculated mega-biomes for the pre-industrial period and the LGM corresponded well with biome reconstructions of the modern and LGM time slices, respectively, except that our pre-industrial simulation predicted the dominance of grassland in southern Europe and our LGM simulation resulted in more forest cover in tropical and sub-tropical South America. The HE1-like simulation with a glacial climate background produced sea-surface temperature patterns and enhanced inter-hemispheric thermal gradients in accordance with the "bipolar seesaw" hypothesis. We found that the cooling of the Northern Hemisphere caused a southward shift of those PFTs that are indicative of an increased desertification and a retreat of broadleaf forests in West Africa and northern South America. The mega-biomes from our HE1 simulation agreed well with paleovegetation data from tropical Africa and northern South America. Thus, according to our model-data comparison, the reconstructed vegetation changes for the tropical regions around the Atlantic Ocean were physically consistent with the remote effects of a Heinrich event under a glacial climate background.

Sr and Nd composition, stable oxygen isotope record and lithogenic flux in eastern Mediterranean sediments

Isotopic ratios of Sr and Nd from lithogenic components of three isochronous core sections recovered from an east-west transect in the Eastern Mediterranean Sea (EMS) have been analyzed. The data are used for a quantitative estimate of the temporal and spatial variation of detrital flux to the EMS, assuming Saharan dust and Aegean/Nile particulate matter as dominant end members. It was established that the carbonate-free Saharan dust flux during deposition of the nonsapropel layers of marine oxygen isotope stage 5.4 (MIS 5.4) was similar to the present flux. During the deposition of sapropels S5 and S6, however, the Saharan dust input was drastically reduced and was not balanced by a change in the riverine influx at this time. Denser vegetation cover during more humid conditions may have reduced physical erosion and sediment removal in the source area. During marine oxygen isotope stage 6.2 (MIS 6.2) a pronounced increase of Saharan dust and detrital influx from the Aegean region is evident and implies more arid conditions in the southern and northern catchment areas. During this period, intersite variations are interpreted in terms of their geographic location relative to the seaways connecting the Aegean Sea and EMS. The width of the straits and hence the amount of sediment entering the eastern basins may have been affected by a low sea level that impeded interbasin sediment dispersal.