Effects of DMPP on the growth and chemical composition of ryegrass (Lolium perenne L.) raised on calcareous soil

Se llevó a cabo un experimento de 406 días en macetas para evaluar el nuevo inhibidor de la nitrificación, 3,4-dimetilpirazol fosfato (DMPP), añadido a purines de cerdo. Se utilizaron macetas que contenían tierra franca calcárea que fueron sujetas a los siguientes tratamientos: sin purín, 73,7; 147,3 y 221 cm3 de purín por maceta, todas con o sin tratamiento de DMPP. A los 18 días las macetas fueron sembradas con Lolium perenne L. El mayor rendimiento (36,3 g maceta-1) se obtuvo para el tratamiento con la dosis superior de purín y DMPP, siendo un 7,4% superior al mismo tratamiento sin inhibidor y un 46,1% superior al tratamiento control. Las plantas tratadas con dosis alta y mediana, más el DMPP, absorbieron el 70% del total del N durante la primera fase del experimento (104 días) mientras que sin inhibidor absorbieron el 55,3 y el 62% respectivamente. Se observó una reducción significativa del 17% en el N lixiviado en los tratamientos sin cultivo al aplicar DMPP. El inhibidor aumentó significativamente la eficiencia agronómica del purín (g materia seca g-1 N aplicado).

Use of nitrification inhibitor DMPP to improve nitrogen recovery in irrigated wheat on a calcareous soil

The 3,4-dimethyilpyirazole phosphate (DMPP), commercialized as Entec, is a nitrification inhibitor developed by BASF (Germany) that may help to minimize N losses and to obtain a higher profit from N fertilizers. A two-year field trial was established in 2001 in the Northeast of Spain to assess the effects of DMPP on N use efficiency (NUE) and to determine the economic returns. Seven treatments have been carried out comparing the effect of DMPP on pig slurry and on mineral fertilizers. The application of DMPP resulted in better efficiency indexes on mineral fertilizers. An apparent nitrogen recovery of 0.465 kg kg-1, on average, was obtained for the Entec treatment. A net benefit of € 809 ha-1, on average, was obtained for the Entec treatment compared with € 607 ha-1 for the control treatment. The results of this study suggest that the nitrification inhibitor could improve farmer profit in irrigated wheat on a calcareous soil.

Desenvolupament d'una tecnologia per a la millora de les recomanacions en la fertilització nitrogenada dels cereals d'hivern. (I) Cereals d'hivern a la Catalunya interior

Es va realitzar una sèrie d'assaigs d'adobat nitrogenat en diferents comarques de la Catalunya interior. En el conjunt d'aquests assaigs es varen comprovar tres mètodes diferents que es va considerar que eren prometedors per tal de millorar la fertilització nitrogenada. Els mètodes assajats eren el mètode del balanç de nitrogen, el del nitrogen mineral i el del contingut de nitrats al suc de la base de les tiges (CNSBT). Els sòls on es van realitzar els assaigs no presentaven cap limitació especial per al cultiu del blat i eren profunds, ben drenats, no salins i de textura mitjana; l'única excepció era un assaig sobre sòl moderadament profund. Per tant, i també pel que fa a la fertilitat química, els sòls s'han de considerar d'un potencial productiu mitjàalt. El mètode del balanç de nitrogen s'ha mostrat com a molt prometedor de cara a definir si cal la magnitud de l'adobat de cobertora per a les condicions estudiades. El mètode de nitrogen mineral també ha estat efectiu en aquest sentit, mentre que el del CNSBT s'ha revelat com a no aplicable en les condicions assajades, on en molts casos l'aigua és també factor limitant. Al llarg dels assaigs s'han identificat un seguit de factors que impedeixen ajustar la fertilitat nitrogenada. Entre aquests cal esmentar la mala estimació de la producció objectiu, la dificultat de predir el N disponible a partir dels adobs orgànics, dificultats de mostreig pel nitrogen nítric i l'efecte crític que té l'erràtica disponibilitat d'aigua que complica molt l'estratègia de fertilització nitrogenada a adoptar.

Desenvolupament d'una metodologia per a la millora de les recomanacions en la fertilització nitrogenada dels cereals d'hivern. (II) Cereals d'hivern a les comarques de Barcelona i Girona

Es van realitzar un seguit d’assaigs de fertilització nitrogenada a les comarques de Girona i Barcelona, generalment més humides que les àrees on es van realitzar els assaigs per Sió et al., en aquest mateix volum. Els mètodes assajats van ser els del nitrogen mineral al sòl i el del contingut de nitrats a la base de les tiges (CNSBT). Per al conjunt de sòls i situacions contenido de nitratos en la base de los assajades el mètode del nitrogen mineral s'ha mostrat com una eina molt adequada per planificar l’adobat de cobertora. El mètode del CNSBT també es revela com una eina útil, especialment per a les situacions en què el cultiu té suficient nitrogen disponible al sòl; en altres tot i la seva relació amb el N mínim hi ha casos en què dóna resultats contradictoris que requereixen més recerca .

Biological nutrient removal in SBR technology: from floccular to granular sludge

Biological nutrient removal has been studied and applied for decades in order to remove nitrogen and phosphorus from wastewater. However, more anthropogenic uses and the continued demand for water have forced the facilities to operate at their maximum capacity. Therefore, the goal of this thesis is to obtain more compact systems for nutrient removal from domestic wastewater. In this sense, optimization and long-term stabilization of high volume exchange ratios reactors, treating higher volumes of wastewater, have been investigated. With the same target, aerobic granular sludge was proposed as a reliable alternative to reduce space and increase loading rates in treatment plants. However, the low organic loading rate from low-strength influents (less than 1 Kg COD•m-3d-1) results in slower granular formation and a longer time to reach a steady state. Because of that, different methodologies and operational conditions were investigated in order to enhance granulation and nutrient removal from domestic wastewater.

Emissions de N2O i desnitrificació en sòls agrícoles i d'ecosistemes naturals. Factors de regulació

La major conscienciació actual dels problemes de pol·lució que acompanyen les pèrdues de N del sòl cap a l'atmosfera ha reorientat les investigacions cap a un coneixement més profund dels processos implicats en les emissions dels compostos nitrogenats que comporten un major perjudici des d'un punt de vista ecològic així com els seus principals factors reguladors. La creixent preocupació per l'increment de la concentració atmosfèrica de N2O és deguda a les seves interaccions amb la fotoquímica atmosfèrica i el balanç de radiació de la Terra ja que intervé en la destrucció de la capa estratosfèrica d'ozó, contribueix a l'efecte hivernacle i participa de la pluja àcida. Es considera que els sòls són la principal font de N2O atmosfèric. Al voltant del 90% d'aquestes emissions són d'origen biòtic; els principals processos implicats són la desnitrificació i la nitrificació. L'emissió del N2O produït a través d'aquests dos processos es caracteritza pels diferents nivells de regulació que presenta ja que depèn de la taxa dels processos, de la proporció de N canalitzada per cada procés cap a la producció de N2O i del seu consum dins el mateix sòl el qual està relacionat amb les dificultats en el transport cap a l'atmosfera. Això comporta una gran dificultat a l'hora d'aprofundir en el coneixement de les emissions de N2O del sòl cap a l'atmosfera i de la seva regulació. El desconeixement dels nivells d'emissió de N2O i de la importància de la desnitrificació així com de la seva regulació tant en sòls agrícoles com naturals de les nostres contrades és el principal punt de partida dels objectius d'aquest treball.

Partial nitritation of landfill leachate in a SBR prior to an anammox reactor : operation and modelling

Els lixiviats d'abocadors urbans són aigües residuals altament contaminades, que es caracteritzen per les elevades concentracions d'amoni i el baix contingut de matèria orgànica biodegradable. El tractament dels lixiviats a través dels processos de nitrificació-desnitrificació convencionals és costós a causa de la seva elevada demanda d'oxigen i la necessitat d'addició d'una font de carboni externa. En els darrers anys, la viabilitat del tractament d'aquest tipus d'afluents per un procés combinat de nitritació parcial-anammox ha estat demostrada. Aquesta tesi es centra en el tractament de lixiviats d'abocador a través d'un procés de nitritació parcial en SBR, com un pas preparatori per a un reactor anammox. Els resultats de l'estudi han demostrat la viabilitat d'aquesta tecnologia per al tractament de lixiviats d'abocador. El treball va evolucionar des d'una escala inicial de laboratori, on el procés va ser testat inicialment, a uns exitosos experiments d'operació a llarg termini a escala pilot. Finalment, la tesi també inclou el desenvolupament, calibració i validació d'un model matemàtic del procés, que té com a objectiu augmentar el coneixement del procés.

Diversity, dynamics and activity of mesophilic Archaea in stratified feshwater lakes. Implications in biogeochemical cycles

Aquesta tesi doctoral va estudiar la diversitat (riquesa i abundància), la distribució i la dinàmica de les comunitats planctòniques d'Archaea presents a diferents llacs estratificats temperats d'aigua dolça per aportar evidencies sobre la seva distribució i la seva possible activitat en aquests ecosistemes en relació als cicles biogeoquímics presents en els mateixos. Es varen estudiar dos estanyols d'origen càrstic (l'Estanyol del Vilar durant cinc anys consecutius (2001-2005) i l'Estanyol de Can Coromina) i un llac d'origen volcànic (Llac Kivu) analitzant, per una banda, la seva comunitat planctònica d'Archaea mitjançant una aproximació molecular i, per una altra, la seva possible activitat en aquests ambients (p.e., la nitrificació i la fixació de carboni). Per contextualitzar els resultats, es va realitzar un anàlisi in silico dels patrons de distribució global dels Archaea mesòfils mitjançant un anàlisi a nivell de llinatge combinant seqüències del gen 16S rRNA amb diferents eines estadístiques i d'ecologia general.

A study on the phylogeny and the ecology of ammonia-oxidizing bacteria using a new molecular marker based on the gene amoB

L'agricultura i la industrialització han causat un augment significatiu del nombre d'ambients rics en amoni. La presència de compostos nitrogenats redueix la qualitat de l'aigua, causant problemes de toxicitat, deteriorant el medi ambient i fins i tot afectant la salut humana. En conseqüència, la nitrificació s'ha convertit en un procés global que afecta al cicle del nitrogen a la biosfera. Els bacteris oxidadors d'amoni (AOB) són els responsables de l'oxidació de l'amoni a nitrit, i juguen un paper essencial en el cicle del nitrogen. Els primers oxidadors d'amoni foren aïllats a finals del segle XIX, però la lentitud del seu creixement i les dificultats per cultivar-los feren que fins als anys 80, amb els primers estudis emprant el gen 16SrDNA, no s'assolís un coneixement complert d'aquest grup bacterià. Actualment les bases de dades contenen multitud d'entrades amb seqüències corresponents a AOB. L'objectiu d'aquest treball era trobar, desenvolupar i avaluar eines útils i fiables per a l'estudi dels AOB en mostres ambientals. En aquest treball primer descrivim la utilització de la hibridació in situ amb fluorescència (FISH), mitjançant l'aplicació de sondes amb diana en el 16SrRNA dels AOB. La FISH ens va permetre detectar i recomptar aquest grup bacterià; no obstant, aquest mètode no permetia la detecció de noves seqüències, pel que es necessitava una nova eina. Amb aquesta intenció vam aplicar la seqüència de la sonda Nso1225 en una PCR. El fet d'amplificar específicament un fragment del 16SrDNA dels AOB va suposar el desenvolupament d'una nova eina molecular que permetia detectar la presència i diversitat d'aquests bacteris en ambients naturals. Malgrat tot, algunes seqüències pertanyents a bacteris no oxidadors d'amoni del subgrup β dels proteobacteris, eren també obtingudes amb aquesta tècnica. Així mateix, un dels inconvenients de l'ús del 16SrDNA com a marcador és la impossibilitat de detectar simultàniament els AOB que pertanyen als subgrups β i γ dels proteobacteris. El gen amoA, que codifica per la subunitat A de l'enzim amoni monooxigenasa (AMO), era aleshores àmpliament utilitzat com a marcador per a la detecció dels AOB. En aquest treball també descrivim la utilització d'aquest marcador en mostres procedents d'un reactor SBR. Aquest marcador ens va permetre identificar seqüències de AOB en la mostra, però la necessitat de detectar amoA mitjançant clonatge fa que l'ús d'aquest marcador requereixi massa temps per a la seva utilització com a eina en estudis d'ecologia microbiana amb moltes mostres. Per altra banda, alguns autors han assenyalat l'obtenció de seqüències de no AOB en utilitzar amoA en un protocol de PCR-DGGE. Amb la finalitat d'obtenir una eina ràpida i rigorosa per detectar i identificar els AOB, vam desenvolupar un joc nou d'oligonucleòtids amb diana en el gen amoB, que codifica per a la subunitat transmembrana de l'enzim AMO. Aquest gen ha demostrat ser un bon marcador molecular pels AOB, oferint, sense tenir en compte afiliacions filogenètiques, una elevada especificitat, sensibilitat i fiabilitat. En aquest treball també presentem una anàlisi de RT-PCR basada en la detecció del gen amoB per a la quantificació del gènere Nitrosococcus. El nou joc d'oligonucleòtids dissenyat permet una enumeració altament específica i sensible de tots els γ-Nitrosococcus coneguts. Finalment, vam realitzar un estudi poligènic, comparant i avaluant els marcadors amoA, amoB i 16SrDNA, i vàrem construir un arbre filogenètic combinat. Com a resultat concloem que amoB és un marcador adequat per a la detecció i identificació dels AOB en mostres ambientals, proporcionant alhora agrupacions consistents en fer inferències filogenètiques. Per altra banda, la seqüència sencera del gen 16S rDNA és indicada com a marcador en estudis amb finalitats taxonòmiques i filogenètiques en treballar amb cultius purs de AOB.

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

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