El amonio es el catabolito mayoritario en los peces, significando más del 60% de los residuos nitrogenados totales, y siendo la fracción no ionizada (ANI) un compuesto tóxico tanto para el medio de cultivo como para el medio receptor de estos residuos.En este trabajo estudiamos el efecto que presenta el nivel proteico y la composición de las dietas, el tamaño de la ración de alimento, la temperatura de cultivo y la inclusión de distintos niveles de Cr2O3 en el alimento sobre la excreción de amonio total (AT), la utilización del alimento y las proteínas de la dorada Sparus aurata (una especie de interés comercial en el Mar Mediterráneo y de forma especial en España).El metabolismo de la dorada está controlado por factores nutricionales y ambientales, afectando a la excreción de amonio y la utilización de las proteínas dietarias. Un incremento de la temperatura, el tamaño de la ración y/o el nivel proteico en la dieta, provoca un aumento significativo en las tasas de excreción de amonio. La excreción diaria de amonio encontrada para doradas menores a 45 gramos (450-500 mg N/kg pez.día) y de 115-150 gramos (116 mg N/kg pez.día) coinciden con los niveles de excreción de otros teleósteos, aunque fueron mayores que en los peces planos.La sustitución parcial de las proteínas por carbohidratos permitió reducir la perdida de nitrógeno por excreción, incrementando la retención de las mismas, aunque también incrementó el nitrógeno fecal. Se recomienda la utilización de dietas con un contenido de proteínas/carbohidratos del 50%/25%, que además de presentar un efecto de ahorro proteico debido a los buenos resultados desde el punto de vista de producción, permitió reducir los niveles de nitrógeno que llegan al medio acuático por diferentes vías.El balance energético no fue claramente afectado por la inclusión de Cr2O3 en la dieta, sin embargo, la excreción de amonio y el nitrógeno fecal se redujeron en las doradas alimentadas con las dietas que contuvieron cromo.La temperatura y el nivel de alimentación presentaron un efecto combinado sobre la utilización de las proteínas dietarias. Las doradas alimentadas a saciedad retuvieron mayor nivel de proteínas solo cuando fueron mantenidas a 25ºC, presentando menores niveles de excreción y perdidas de nitrógeno a través de las heces. En las doradas mantenidas a 15ºC, la reducción del metabolismo repercutió en una menor conversión del alimento y las proteínas cuando fueron alimentadas a saciedad.La utilización de las proteínas en el presente trabajo para crecimiento y engorde significó entre el 25-30% del N ingerido. La excreción de amonio (25-30%) y la pérdida de nitrógeno a través de otras formas solubles (~30%, aminoácidos y NO3+NO2) significaron las fracciones mayoritarias del balance, mientras que el nitrógeno fecal significó entre el 8-10% y la excreción de urea fue minoritaria (2%). La fracción de aminoácidos medida fue significativamente importante, por lo que es recomendable su medición cuando se evalúa la utilización del nitrógeno por medio de un balance.Para el presente trabajo encontramos un nivel máximo de amoníaco de 2.64 µg NANI/litro, aunque solo se presentó cuando cerramos el flujo de agua durante las incubaciones. Este nivel no presento efecto sobre el desarrollo de las doradas en el presente estudio. Sin embargo, este nivel de amonio puede afectar el desarrollo de la dorada en su etapa larvaria cuando las larvas permanecen expuestas por más de 12 horas. Se proponen medidas para prevenir que estos niveles de amoníaco se presenten en los cultivos comerciales de esta especie. / Ammonia (NH4++NH3) is the mayor catabolite in fishes, significant more than 60% of total waste nitrogenous excreted; their unionized fraction (ANI, NH3) is a toxic compound, both for culture and the environment that receive it. In this work we studied the effect of dietary proteins level and the diet composition, ration size, rearing temperature and the inclusion of Cr2O3 in diet on the ammonia total excretion (AT), feed and proteins utilization in gilthead sea bream Sparus aurata (a interesting commercial specie in Mediterranean Sea, specially in Spain).Sea bream metabolism is controlled by nutritional and environmental factors, which affect the ammonia excretion and dietary proteins utilization. A temperature rise, ration size and/or dietary protein level increment, leave to a significant increasing of ammonia excretion rates. Daily ammonia excretion in juveniles of sea bream less than 45 grams (450-500 mg N/kg fish.day) and of 115-150 grams (116 mg N/kg fish.day) agree with excretion levels in other teleosts, although it was greatest that in flat fishes. Partial dietary protein substitution by carbohydrates dropped nitrogen losses by excretion and increased fecal nitrogen. It is recommended the utilization of diets with proteins/carbohydrates ratio of 50%/25%, which represent a protein sparing, good performance for production, and reduce nitrogen waste level in aquatic environment.Energy budget was not affected clearly by Cr2O3 inclusion in the diets, but ammonia excretion and fecal nitrogen were reduced in gilthead fed with diets containing chromium.Temperature and level of food showed a combined effect on dietary protein utilization. Sea bream fed to satiety retained a major protein level only to 25ºC and showed lower excretion levels and nitrogen losses trough fecal losses. In sea bream cultured to 15ºC, the reduction in metabolism redounded in bad protein and feed utilization when fed to satiety.Protein utilization for growth and mass increase signified between 25-30% of N ingested. The ammonia excretion (25-30%) and the nitrogen losses trough other soluble forms (~30%, amino acids and NO3+NO2) were more significant forms in the budget, whereas the fecal nitrogen signified between 8-10% and urea excretion was minority (2%). The amino acids fraction was very important, therefore we recommend their measurement when to evaluate nitrogen utilization trough any budget. For this work, we encountered some times maximum ammonia level of 2.64 µg NANI/ liter, although only when we close water flow in aquariums during incubation periods. This level had not effect on the development of juveniles of sea bream in the present study. However, some scientists reported that this level of ammonia could be affect the development of larvae when are exposed more than 12 hours. Measurements are proposed to prevent increasing of ammonia in commercial cultures of sea bream.

Esta tesis analiza y cuantifica los efectos de la interacción entre la morfodinámica y los principales usos y funciones de la zona costera (natural, protección y recreativa). Para cada tipo de interacción se propone un modelo conceptual, un método de evaluación y se aplica a diferentes casos prácticos. Se parte del concepto de vulnerabilidad que implica asignar un valor añadido a un proceso en función de las características del sistema. Esta aproximación se formula y aplica en primer lugar al Delta del Ebro para procesos a larga escala y eventos episódicos, siendo la función natural la de mayor vulnerabilidad. La influencia de la morfodinámica sobre la función natural se analiza considerando el papel de la costa como substrato para el desarrollo de ecosistemas y, se parametriza en base a los procesos físicos que afectan al valor natural seleccionado. El análisis se ha realizado en los humedales costeros del Delta del Ebro y los procesos considerados son la evolución de la línea de orilla y el régimen de tormentas, que controlarán su desaparición y los cambios en la estructura de las comunidades que los componen. El sistema se parametriza en forma de controlador fuzzy utilizando como variables de entrada la distancia del humedal a la línea de orilla y la tendencia evolutiva de la costa. El método se ha aplicado en la Illa de Buda y los resultados obtenidos caracterizan esta zona como muy vulnerable, a la vez que permite ver las variaciones espaciales y temporales en la vulnerabilidad. La influencia de la morfodinámica costera en la función de protección se ha analizado para playas urbanas y dado que dicha función consiste en disipar la energía del oleaje durante el impacto de tormentas, las variables claves caracterizan al agente impulsor -la tormenta- y el estado de la playa -ancho de playa y variación prevista-. Estas se combinan en un índice que incluye variables medidas, derivadas del análisis de datos y obtenidas a través de modelos. El método se ha aplicado para evaluar la vulnerabilidad del borde interior de la playa de s'Abanell para varios escenarios de ancho de playa y de fase evolutiva. Los resultados muestran que la función de protección está controlada por el estado evolutivo de la playa e indican que, en la situación actual y en la próxima década, la parte Sur de la playa dejará de ejercer la función de protección de forma efectiva. En consecuencia, las infraestructuras en esta zona serán muy susceptibles al impacto de tormentas y si se mantiene el comportamiento evolutivo esta vulnerabilidad aumentaría aunque el régimen de tormentas fuese estacionario. La influencia de la morfodinámica costera en la función recreativa se ha analizado a través de la variación en la capacidad de carga de playas de uso turístico de nuestro entorno: relativamente estrechas, explotadas de forma intensiva y con uso estacional. Para analizar esta variación se parte de una zonación transversal en la que, independientemente del ancho existente, hay una zona de uso preferencial. El análisis se ha realizado para tres comportamientos morfodinámicos: erosión a largo plazo, impacto de temporales y fluctuaciones estacionales en playas encajadas. El efecto de la erosión a largo plazo se formaliza en un modelo que relaciona la variación en el ancho de la playa con la variación en su carga o superficie disponible por usuario. Dada la distribución temporal anual del uso de la playa y la presentación de temporales, la influencia de las tormentas se producirá cuando éstas se presenten de forma tardía al inicio de la temporada turística cuando se extienda más de lo habitual. Por último, en el caso de playas encajadas, se ha propuesto un indicador que cuantifica el efecto potencial del basculamiento a partir de la desviación de la configuración de la playa respecto a un valor óptimo. A medida que este determine que en uno de sus extremos el ancho es inferior al óptimo, la calidad de la playa para uso recreativo disminuirá.

En esta tesis se estudia la formación y mantenimiento de los bancos de arena sobre la plataforma continental asociados a la costa. Estos son estructuras sedimentarias de forma alargada y que se repiten periódicamente a lo largo de la costa. Ejemplos son las que se observan en la costa central de Holanda o la costa atlántica de la península de Florida en los Estados Unidos. Estos bancos se caracterizan por hallarse en profundidades de entre 5 y 30m, estar espaciados entre 5 y 7 km., tener una amplitud de entre 2 y 4m y una longitud aproximada de 10 km. y encontrarse en pendientes suaves. La orientación de estos bancos es tal que la parte situada mar adentro esta desplazada contra corriente respecto a la parte mas cercana a la costa y mo¡igran e la misma dirección que la corriente.Modelos previos para estructuras similares, el modelo desarrollado por Trowbridge en 1995 para estos mismos bancos, así como diversas observaciones, sugieren que los bancos de arena sobre la plataforma continental y asociados a la costa se han podido generar como una inestabilidad inherente del sistema morfodinámico, formado por los procesos hidrodinámicos en interacción con un fondo erosionable. Esta es la hipótesis que se ha intentado verificar en esta tesis. Para ello se han estudiado la estabilidad de un fondo plano en la dirección de la costa e inclinado en la dirección transversal y una corriente uniforme en la dirección de la costa. En este flujo básico esta forzado por las tensiones debidas el viento en la superficie, los gradientes longitudinales de la superficie libre y las mareas. El flujo esta descrito por las ecuaciones de aguas poco profundas promediadas verticalmente, y en las que efectos como el del oleaje o la rugosidad del fondo han sido promediados (en el tiempo y el espacio, respectivamente) e incluidos paramétricamente. El transporte de sedimento es proporcional a las velocidades locales y tiene en cuenta los efectos de las pendientes.El análisis de estabilidad lineal predice la formación de los bancos de arena sobre la plataforma continental y asociados a la costa zonas donde corrientes de tormentas son dominantes. Además, el transporte del sedimento debe estar dominado por el efecto del oleaje. Para estas condiciones se ha desarrollado un modelo de estabilidad no-lineal para estudiar la evolución de estas estructuras a largo plazo. El principal resultado de este análisis es que las estructuras que resultan de el se asemejan, tanto en forma como en tamaño, a las observadas. / In this thesis the generation and maintenance of shoreface-connected sand ridges has been investigated. These are elongated sedimentary structures with an alongshore periodicity. Such ridges are found, for example, in the Central Dutch coast or in the Atlantic coast of the Florida peninsula of the USA. They are found in water depths between 5 and 30m, with an alongshore spacing between 5 and 7 km, amplitude between 2 and 4 m and a length of approximately 10km and are found in a gently slopping bottom. The ridges have an upcurrent rotation with respect the dominant storm current and migrate downstream.Models for similar structures, the model of Trowbridge of 1995, together with several observations, suggest that shoreface-connected sand ridges have been develop as a free instability of the morphodynamic system form by the hydrodynamic processes and an erodible bottom. This is the main hypothesis of this thesis.For this propose the stability of a flat slopping bottom in the direction perpendicular to the coast and a uniform current parallel to the coast has been analysed. The basic current in forced by wind stresses, alongshore pressure gradients and the tides. The flow is derived by the depth-integrated shallow water equations, averaged in short time (waves) and length scales (bottom ripples). The sediment transport is proportional to the local velocities and takes in to account slope effects.Stability analysis shows that shoreface-connected ridges can be form on regions where storm currents are dominant. Moreover, sediment transport should be dominated by the waves. For this conditions a nonlinear models has been developed to study the long-term behaviour of the ridges. The main result is that the modelled ridges are similar in shape and amplitude to the observed ones.

La zona de rompents de les platges està governada er una gran quantitat de processos complexes altament no lineals i a diverses escales de longitud i de temps. Tot i això, algunes vegades s'hi poden trobar estructures morfològiques regulars, com ara punts cuspidals, barres de sorra uniformes en la direcció longitudinal, barres crescèntiques i sistemes rítmics de barres obliqües. La seva regularitat indica que la dinàmica complexa de la zona de rompents a gran escala pot ser explicable en termes de mecanismes físics simples en certes circumstancies. L'origen les propietats dinàmiques d'aquestes curioses estructures morfològiques encara són un problema obert, tot i que la comunitat científica hi està interessada des de fa dècades. En particular, escriure el comportament de les barres de sorra a la zona de rompents és interessant tant des d'un punt de vista científic, com per a contrastar les fórmules de transport de sediment que s'utilitzen actualment en enginyeria de costes.L'objectiu principal d'aquesta tesi és l'estudi teòric d'alguns mecanismes físics que podrien ser responsables de la forma dels perfils d'equilibri de les platges i de l'origen i la dinàmica de les barres de sorra a la zona de rompents (en concret, les barres longitudinals i els sistemes rítmics de barres obliqües). Es pretén així omplir alguns dels buits de coneixement actuals sobre aquestes formes topogràfiques. La principal hipòtesi de treball és que els dos tipus de barres es poden formar per -processos d'auto-organització'. El procediment consisteix en realitzar una anàlisi d'estabilitat per a cada tipus de barra, seguint els passos següents. Primerament es busca un estat d'equilibri rellevant del sistema sense les formes morfològiques. Aleshores s'afegeix una pertorbació a la topografia i s'estudien els efectes que produeix en la hidrodinàmica i en el transport de sediment. Si el transport resultant reforça la pertorbacióo inicial, s'obté una reacció de retro-alimentació positiva' i les barres creixen. Això és el que s'anomena un -procés 'auto-organització' del sistema o un -mecanisme d'inestabilitat' i podria ser una explicació de l'aparició d'aquestes estructures morfològiques complexes, sense estar associades a cap patró regular previ en la hidrodinàmica.El primer model teòric que es presenta en aquesta tesi s'ha construït per a descriure la forma dels perfils d'equilibri i la formació i migració de barres longitudinals, assumint uniformitat en la direcció longitudinal. El model està basat en una equació d'evolució de l'onatge acoblada a una innovadora formula pel transport de sediment transversal. La primera equació descriu la transformació i posterior ruptura d'onades d'alçada aleatòria i incidència perpendicular. La formula pel transport conte tres termes sumats: el transport cap a la costa a causa de les propietats no lineals de les onades, el transport cap al mar produït pels corrents de retorn i el transport gravitacional pendent avall. Aquests tres processos són la base d'un mecanisme físic d'interacció entre la barra i el punt de ruptura', que podria ser l'explicació pel creixement de barres longitudinals de sorra. Al capítol 3 de la tesi es descriuen els resultats d'aquest model quan s'imposen condicions d'equilibri. Els perfils que s'obtenen són similars als de les platges naturals i consisteixen en una terrassa plana i amb poc pendent dins la zona de rompents i una part còncava més inclinada més enllà del punt de ruptura. Quan el sediment és gruixut i les onades incidents són de freqüència baixa (situació típica de platges reflectives), els perfils tenen força pendent i una zona de rompents estreta. Quan la sorra és més fina i les onades són d'alta freqüència (platges més dissipatives), la zona de rompents és molt més ampla i plana i el pendent és menor.Al capítol 4 es presenta una anàlisi complerta de l'estabilitat d'aquests perfils d'equilibri respecte pertorbacions uniformes longitudinalment. Els dos objectius principals són trobar el rang de paràmetres en el qual els estats d'equilibri són estables i posar a prova la hipòtesi de si les barres longitudinals poden aparèixer com a inestabilitats del sistema. Els resultats demostren que tots els perfils d'equilibri obtinguts són estables, tant en el règim lineal com en el no lineal. Per tant, les platges amb terrassa semblen ser forts atractors dinàmics del sistema i caldria estudiar amb més atenció la seva freqüent presencia a les platges naturals.Els resultats del model lineal indiquen que una -inestabilitat de tipus delta de Dirac' podria sorgir a prop del punt de ruptura, però el seu creixement queda sempre inhibit pel transport gravitacional produït pels forts pendents associats. Les evolucions temporals no lineals realitzades posteriorment també tendeixen a estats finals que corresponen als perfils d'equilibri sense barres. Fins i tot començant des d'estats inicials força allunyats de l'equilibri i permetent una possible migració de la línia de costa, aquesta versió idealitzada del mecanisme d'-interacció entre la barra i el punt de ruptura' només ha permès descriure platges amb terrassa. Per tant, verificar quantitativament que el creixement de barres longitudinals pot ser degut a aquest mecanisme encara és un important problema obert de la física del litoral.Finalment, el segon model presentat al capítol 5 intenta reproduir la formació de sistemes rítmics de barres obliqües, partint dels mateixos perfils d'equilibri sense barres perµo ara permetent l'aparició d'inestabilitats no uniformes en la direcció longitudinal. El possible acoblament entre les estructures hidrodinàmiques en el pla horitzontal i la topografia emergent s'examina pel cas d'incidència obliqua de l'onatge. S'utilitza una fórmula clàssica de transport de sediment proporcional a diferents potencies del corrent mitja i amb una certa influència de les onades. En aquest cas, es demostra que pot existir retro-alimentació positiva' i que els diferents mecanismes físics descrits poden explicar el creixement inicial de diversos tipus de sistemes rítmics com els que s'observen en les platges naturals. Els resultats depenen principalment del tipus de transport de sediment dominant i de l'angle d'incidència de les onades. En el cas d'angles d'incidència relativament grans i transport dominat pels corrents mitjans, s'obtenen -barres orientades a favor del corrent'. Això significa que el costat de mar de les barres està desplaçat corrent avall respecte el costat de terra. La orientació és molt obliqua, o sigui que les barres són gairebé paral·leles a la línia de costa. La seva longitud d'ona és de diverses vegades l'amplada de la zona de rompents.En cas contrari, quan els corrents mitjans són febles comparats amb la velocitat orbital de les onades, poden créixer -barres orientades a contra-corrent' o bé -barres crescèntiques orientades a favor del corrent', depenent de l'angle d'incidència i de la influencia de les ones infragravitatòries en el transport. En tots dos casos, l'espaiat és de l'ordre de l'amplada de la zona de rompents. El temps típic de creixement oscil·la entre diverses hores i un parell de dies i les barres migren a favor del corrent amb velocitats fins a desenes de metres per dia.Les condicions que afavoreixen la formació d'aquests sistemes rítmics de barres són onatge regular i estats morfodinàmics intermitjos (situacions ni molt dissipatives ni molt reflexives). / of the thesisIn spite of the complex behaviour in space and time of the surf zone dynamics, relatively regular morphological patterns dominate quite often the beach topography at length and time scales well above those of incident waves. Well known examples are giant beach cusps, shore-parallel bars, crescentic longshore bars and shore-attached transverse/oblique bar systems. Their regularity indicates that the large scale complex dynamics of the surf zone as a whole can be understood in terms of simple physical mechanisms, at least in some circumstances. Remarkably, after decades of research, no model has been widely accepted to explain the origin and migration of these intriguing large-scale morphological patterns.Understanding the behaviour of nearshore sand bars is not only challenging from a scientific point of view but also very interesting for testing ediment transport formulations with engineering purposes.The main goal of this thesis is to investigate theoretically some physical processes that can be responsible for the shape of equilibrium profiles and the origin and dynamics of nearshore sand bars (in particular, shore-parallel bars and alongshore rhythmic systems of oblique bars are studied). This may fill some of the existing gaps of our current knowledge about these topographic features. The main working hypothesis is that these bars stem from -free instabilities' of the morphodynamical system. A stability analysis is performed for each type of bar system, starting from a steady equilibrium configuration of the beach without the pattern. A small topographic perturbation is then assumed and its effects on the hydrodynamics and on the sediment transport are investigated. If the transport pattern reinforces the topographic perturbation, a -positive feedback' occurs between the topography and the flow. This results in what is called a -free instability' of the system or a -self-organization process'. It can provide an explanation for the emergence of morphological patterns not associated to any previous regular template in the hydrodynamics.The first model is focused on describing the shape of equilibrium beach profiles and the growth and migration of shore-parallel bars, assuming longshore uniformity. A wave transformation equation, describing the shoaling and breaking processes of normally incident random waves, is coupled with an innovatory cross-shore sediment transport formula containing three terms: an onshore contribution due to non-linear wave properties, an offshore contribution due to undertow currents and a term accounting for the downslope gravitational effect. These three latter processes are the basis of the so-called -breakpoint-bar interaction', which has been claimed to be an explanation for the formation of shore-parallel bars. In chapter 3 of the present thesis, this model is used to predict equilibrium beach profiles, which resemble natural non-barred beaches. In case of very dissipative conditions (storm weather and fine sediment), profiles consist of a gently sloping terraced surf zone and a concave-up shoaling zone. For less dissipative conditions, the entire profile gradually becomes more planar with similar surf zone and shoaling zone slopes.Chapter 4 presents a complete stability analysis of such equilibrium profies with respect to arbitrary cross-shore perturbations. The aim is not only finding the range of parameter values leading to stable equilibrium profiles, but also testing whether shore-parallel bars can stem as free instabilities of the system. Results demonstrate that the equilibrium profiles are always stable, both in the linear and in the non-linear regimes. Therefore, the terraced non-barred profiles seem to be a strong attractor of this dynamical system and more attention should be paid to their frequent occurrence on natural beaches. The results of the linear stability analysis indicate that a -Dirac delta instability' tries to emerge at the effective break-point of the equilibrium profiles. However, its growth is always inhibited by the downslope transport that is induced by the inherent infinite slopes. The non-linear temporal evolutions subsequently performed also tend to final states that correspond to the equilibrium non-barred profiles. Even starting from initial states moderately far from equilibrium and allowing for a potential shoreline migration, this idealised version of the breakpoint-bar interaction is only able to reproduce the formation of terraces. Therefore, verifying quantitatively that this interaction can be responsible for the growth of natural shore-parallel bars still remains as an important open question in the nearshore sciences.Finally, the second model presented in chapter 5 aims at reproducing the formation of alongshore rhythmic systems of oblique sand bars, starting from the same equilibrium non-barred profiles but now allowing for alongshore non-uniformities. The potential coupling between the time- and depth-averaged hydrodynamics and the evolving rhythmic topography is examined in case of oblique wave incidence. The used classical sediment transport law is proportional to a power of the depth-averaged current and contains some influence of the waves. In this case, it is shown that -positive feedback' can occur and the different studied underlying physical mechanisms lead to the initial growth of several types of oblique bars.Results mainly depend on the sediment transport conditions and the wave incidence angle.In qualitative agreement with available field observations, for moderately large incidence angles and transport dominated by the mean currents, the emerging bars are -oriented down-current'. This means that their offshore end is shifted down-stream of the equilibrium longshore current with respect to their shore attachment. Their orientation is very oblique, that is to say that the bars are nearly shore-parallel. The wave lengths are of the order of several times the surf zone width. In the opposite situation, when mean currents are weak compared with wave orbital motions, either -up-current oriented bars' or -crescentic/down-current oriented bars' can occur. This depends on the wave incidence angle and on the influence of infragravity waves into the transport. In both cases, the wave lengths are similar to the surf zone width. The e-folding growth times of all these patterns range from a few hours to a few days and they migrate down-flow with velocities that can be up to some few meters per day. The conditions favouring the generation of these rhythmic bar systems are steady waves and intermediate beach states, in between the fully dissipative and the fully reflective situations.

In this research we tested two data analyses methodologies, namely the empirical orthogonal functions (EOFs) to estimate hydrographic CTD data profiles, and a successive corrections algorithm (SC) to project the results onto two dimensional grids, whose superposition leads to a quasi-three dimensional array, on the Ebro Delta shelf/slope domain. The EOFs as an extrapolation procedure with shallow casts was also tested with thickness profiles, for an adequate set of extrapolated profiles might render reliable geostrophic currents on the shelf. The reference level of no motion for the relative geostrophic currents was 500 m. The resulting currents were contrasted with the ones obtained with a classical methodology for shelf domains proposed by Csanady (1979). Another important goal was to test the potential use of linearly independent basic profiles vector modes derived from historic data, to reproduce the data from the oceanographic campaigns. We used CTD data from four oceanographic campaigns on the Ebro Delta region under different conditions: FANS I - autumn, FANS II - winter, FANS III - summer and MEGO 94, a previous winter campaign, showed atypical winter conditions, with open ocean dynamics that differed significantly from the shelf ones. We find that the EOFs applied to hydrographic variables with the self campaign eigenvectors renders very good results (expressed as variance explained percentage), when a non-standardized analysis is used (in which the variability is assumed to be unevenly distributed in the water column, as occurs in the ocean). Good results are also obtained when the variability is assumed to be evenly distributed (standardized analysis). When the historic eigenvectors are used, together with the campaign data, a larger number of modes needs to be included. The results are very good for the summer-FANS III and winter-FANS II campaigns. On the other hand, some significantly large errors are obtained for EOF-standardized density with the autumn-FANS I and the winter-MEGO 94 campaings.The projection of the EOFs results onto a 2.5 x 2.5 km 2D grid were carried out through a SC algorithm. Some unreliable distributions are obtained with the standardized density analysis, due to the differences of the open ocean and shelf distributions, which in turn lead to a very wide range of mode amplitudes. This lead us to test the interpolation of the estimated profiles instead of the amplitude values, improving the results in a significant manner. The geostrophic circulation obtained with Csanady's method renders spurious along-transect values. While this method has been successfully used on other shallow regions, the abrupt shelf/slope topography of the Ebro Delta, together with the integration path, render it unreliable. The EOFs estimates with the self-campaign eigenvectors tend to approach well the dynamic height distributions of outer slope and open ocean, particularly the non-standardized analysis. The estimates on the shelf circulation seem to be reliable in two campaigns only. Since no current ADCP data is available in any of the campaigns, a quantitative evaluation is not possible. The use of historic eigenvectors does not contribute to a better estimate of the shelf circulation.

El lenguado (Solea spp.) es una especie interesante para la producción acuícola. Las causas son su valoración gastronómica y la potencial sustitución de otras especies cultivadas en instalaciones en tierra sin modificaciones sustanciales. Sin embargo, su reproducción y alimentación siguen sin dominarse, constituyendo ésta última el sujeto de esta tesis. Para la alimentación, por sus hábitos nocturnos, el lenguado dispone de un equipamiento sensorial constituido por quimiorreceptores y mecanorreceptores, dependiendo escasamente de la visión. Los piensos que se desarrollen para su alimentación deben satisfacer unos requerimientos organolépticos muy especiales. En este trabajo se incorporan al pienso aromas comerciales y enzimas exógenos, al igual que se hace en otras producciones zootécnicas con la finalidad de promover la ingesta en primeras edades y camuflar sabores desagradables. Aquí dichas sustancias se comparan con la betaína, considerada esencial por diversos autores para larvas y juveniles de lenguado, y con piensos sin atrayentes. Todos los piensos utilizados se formulan con ingredientes habituales en piensos comerciales y se fabrican con métodos standard, para facilitar la transferencia de los resultados obtenidos al sector industrial.La influencia de la incorporación de aroma se evalúa en el comportamiento alimentario y en los parámetros productivos más relevantes: crecimiento, supervivencia y dispersión de tallas. Utilizando una metodología etológica adaptada a la conducta del lenguado se concluye que la incorporación de aroma mejora la atracción de los piensos evaluados, consiguiendo que los lenguados se aproximen al pienso y lo prueben. En referencia a la palatabilidad, en un lote que incluye dos subclases de peso, los peces grandes muestran cierta preferencia por los piensos con aroma, mientras que los peces pequeños prefieren la betaína que resulta más eficiente como estimulante de la ingesta. En experiencias a largo plazo utilizando diferentes piensos, la betaína muestra su eficiencia mejorando tanto crecimiento como supervivencia. En esta misma fase, la incorporación al pienso de enzimas proteolíticos no genera mejoras suficientes como para compensar su elevado coste. Después de esta fase, un pienso con aroma comercial promueve tasas de crecimiento y supervivencia interesantes. La dispersión de tallas mantiene una tendencia creciente con independencia del pienso utilizado. En las experiencias se evidencia la importancia del manejo en origen. Un lote de peces estrictamente clasificado en la hatchery y con una nutrición larvaria adecuada, alcanza la talla comercial mínima en menos de un año. Globalmente, el cultivo de lenguado parece viable sin exigir una especial complejidad técnica, aunque algunos aspectos del cultivo deben optimizarse.

The response of phytoplankton to various ecological forcings was examined in the upper waters of the NW Mediterranean (MED) and the subtropical North Atlantic (NA) from field observations, analysis of historical data sets and numerical simulations. Particular emphasis was given to the role played by the water column structure in controlling the nitrogen diffusion and new production. Using numerical simulations, the effects of different levels of heating of surface waters and nutrient concentrations in waters below the euphotic zone were examined.Spring microplankton metabolism of surface mixed waters in MED was studied. The system was heterotrophic explained by dark community respiration (DCR) rates higher than gross primary production (GPP) rates. The GPP to DCR ratio was ~0.53, indicating that the system was far from balance between carbon production (photosynthesis) and consumption (respiration), probably caused by organic matter accumulation in the mixed layer favouring respiration over production processes. Summer primary production and nitrogen fluxes in stratified water layers in NA were analysed. The nitrogen flux fuelling new primary production was closely linked to vertical turbulent diffusion at the nitracline rather than at the thermocline. Upward diffused nitrogen inducing new production explaining 21% of total primary production. The vertical turbulent diffusion model used to estimate new production did not explain new production in the Canary Current zone, where laterally advected nutrients from coastal upwelling areas altered the vertical nitrate gradients.A numerical ecological model of the pelagic domain was developed to assess the plankton response to different environmental pressures. The model represents the vertical dimension of the upper and intermediate water layers of the open ocean. A comparative study of the plankton functioning in MED and NA sites was carried out using the model. The nitrate entering the euphotic zone through the lower boundary explained the low but continuous primary production in the two systems. The latitudinal variability of plankton scenarios implied a year round different solar heating of the upper waters, altering both phytoplankton photosynthesis and mixed layer processes in the water column, with the latter dominating over the former in controlling the phytoplankton biomass. The balance of light availability and nutrient concentration controlled the chlorophyll maximum depth, but the zooplankton grazing prevented this maximum to reach greater concentrations. The model structure and functioning makes it suitable for comparative ecological studies and is expected to be applicable to other studies related to coastal and marine environmental issues.

The objectives of the thesis were, on the one hand, to test the possibilities of a well-known experimental configuration (oscillating grid mixing box), used to study stratified fluids in turbulent flows with zero-mean, on the study of sediment transport, and to find out what aspects involved in this phenomena could be explored from this new perspective. On the other hand, compare a well-established criterion, such as Shields parameter, with the local turbulent energy ( ), as well as to compare the differences between zero-mean and sheared induced lift-off.Verification and adjustments to the parameterizations given in the bibliography for the r.m.s. turbulent velocity, , generated by an oscillating grid were done as well as the calibration of the different mixing boxes and grids to be used through a series of experiments. This gave a clear view of the behaviour of the flow in all the mixing boxes used. A special experimental configuration was designed and performed for the first time, and measurements were taken to get to know the flow properties in the region between the grid and the bottom (solid boundary). Experiments were performed with actual sediment with different characteristics, for instance, different sediment sizes (from clay to medium sands) including samples made of single sediment size and samples extracted from the seabed. An experiment to compare the sediment behaviour under a sheared flow (recirculation tank) and under a no-sheared flow (oscillating grid mixing box) was designed and performed. The present work concluded that the experimental configuration used could be employed in further works to investigate aspects of sediment transport under a turbulent flow with great accuracy. This experimental configuration, in combination with techniques of image analysis, greatly improves the capabilities of the grid stirred experimental configurations, mainly on the study of sediment behaviour. The flow behaviour, between the grid and the free surface, and between the grid and the bottom, is, in general terms, the same. Other important contributions of the present work are the measurements taken near the boundary. Vortices do not distort before impingement. After vortex impingement, no constant mean flow is distinguished. The former enhanced the idea that these experimental configurations are suitable for studying the behaviour of a sediment bed under the influence of a turbulent flow. A smaller magnitude of than of was required to start sediment motion, through comparing the theoretical critical friction velocity, (Critical Shields Parameter), needed to start sediment motion with the measured critical for different sediment sizes. The results obtained show the importance that the time span between extraction and analysis has on the measured value of , and that cohesiveness of sediment play a more important role than sediment size hampering the erosion processes that cause sediment lift off from the sediment bed. Under the same circumstances, a turbulent flow is more efficient than eroding the sediment bed, since it does not depend on the roughness of the sediment bed. It was possible to measure sediment velocities during lift-off and settling, using grid stirred experimental configurations in conjunction with image analysis techniques. It is even possible to determine the sediment size (size mode), even in the range of clays and silts, with an error as small as 6 or 8 percent. It was possible to quantify the sediment flux at a given turbulence intensity. Velocity fluctuations are about the same in the three directions and in a random way above the sediment bed, meaning no preferential direction of stresses. The former hampers the process of particle imbrication making it easier to dislocate the particles from the bed.

Amb aquest treball es preté comprovar la universalitat de la relació estequiomètrica de Redfield i recercar patrons consistents de les desviacions d'aquesta raó promig en ambients oligotrofics. Per tal de dur a terme aquest propòsit s'han desenvolupat relacions estequiomètriques en el compartiment particulat i dissolt orgànic i inorgànic per el C, N, P i Si.La estequiometria dels nutrients a l'oceà s'ha examinat al Mar Mediterrani i a l'Oceà Atlàntic subtropical, mentre que la zona costenera del Mar Mediterrani ha servit per estudiar aquestes relacions sota l'influència d'aports terrestres. En el segon capítol de la tesi es descriuen patrons meridionals del fluxe de nitrogen i fósfor vers la capa biogènica de l'Oceà Atlàntic Central. La raó promig entre el fluxe difusiu del nitrogen inorgànic dissolt (DIN) i del fósfor (DIP) es mostra similar a la raó de Redfield al llarg de l'Oceà Atlàntic Central, però tendeix a valors per sota dels establerts per Redfield a la part sud del trajecte i superiors a la raó de Redfield al centre del gir sudtropical. La raó N:P del fluxe difusiu i la raó N:P dels nutrients dissolts inorgànics en la capa biogènica es troben fortament correlacionats, mentre que no existeix cap correlació amb els valors de la raó N:P de les aigües intermitges. Els resultats trobats en aquest capítol de la tesi indiquen que la recirculació vertical de nutrients a la capa biogènica de l'oceà Atlàntic Central és capaç d'operar amb raons estequimètriques que difereixen de Redfield i per tant els components biogènics i biolítics s'adapten a les variacions locals de la raó de Redfield. La hipòtesis que existeixen raons estequiomètriques previsibles en la reserva oceànica de material dissolt orgànic que es troben en equilibri amb la reserva del material particulat orgànic i dissolt inorgànic, es corrobora en el tercer capítol d'aquesta tesi. La majoria del carboni orgànic present en aigües oligotrofiques del Mediterrani estratificat es troba en forma d'orgànic dissolt, mentre que el POC (carboni orgànic particulat) representa un percentatge menor. El nitrogen i fósfor orgànic dissolt que comprenen el 50-80% del "pool" total de P i N a la capa biogènica, decreix en percentarge a la capa biolítica. S'ha comprovat una distribució uniforme del nitrogen disolt total (TDN). L'increment en el percentatge de N inorgànic disolt i el decreixement en percentatge de N orgànic dissolt amb la fondària, és un indicador clar de l'equilibri dinàmic que existeix entre les reaccions bioquímiques entre les reserves oceàniques. Mitjançant un sistema de balanços, s'estableix un intercanvi de nutrients (exportació-importació) entre els pools dissolt orgànic i dissolt inorgànic en el sistema. S'ha comprovat que el fluxe de nitrogen orgànic dissolt (DON) excedeix al fluxe difusiu de nitrogen inorgànic i per tant els aports atmosfèrics i terrestres són importants en aquesta regió.En el quart capítol de la tesi es descriu el lligam existent entre el component pelàgic i els component del bentos d'una àrea litoral del Mar Mediterrani, és a dir un compartiment anabolic que produeix matèria orgànica i un de catabolic que actúa com agent oxidant de la reserva de matèria orgànica del sistema. El compartiment pelàgic es mostra heterotrofic. Al mateix temps, existeix una contribució important de material terrestre als sediments. Per contra, el compartiment bentònic és autotrofic on el dèficit en la producció grossa es compensa amb l'excés de producció neta del sistema. Mitjançant la quantificació simultànea dels fluxes anuals de sedimentació per al C, N, P i Si així com dels fluxes sediment-aigua de les espècies orgàniques i inorgàniques dissoltes, s'ha establert un sistema de balanços de matèria del sistema. El compartiment bentonic es configura com a sumider o exportador de matèria orgànica, degut als aports terrestres de carboni en el sistema.Els patrons de distribució de nutrients derivats dels resultats dels capítols anteriors es comproven mitjançant un experiment d'addició de nutrients. En el capítol cinquè d'aquesta tesi s'estudien els canvis en la distribució de nutrients en les diferents reserves nutricionals d'un sistema quan es troba sotmès a aports controlats de nutrients. S'ha comprovat que, mentre el tamany relatiu de la reserva de nutrients inorgànics dissolts no varia amb l'increment de nutrients en el medi. Hi ha una tendència a l'increment del tamany relatiu de la reserva del material particulat, paral.lela a un decreixement simultani de la reserva de material dissolt orgànic. Aquest experiment contribueix a verificar el paper del DOM (matèria dissolta orgànica) com a principal reserva nutricional en sistemes oliogotròfics. / The stoichiometric ratios are powerful tools to model basic biogeochemical patterns of the sea when the fluxes of a single element are known. It is, therefore essential to understand the full implications of variable stoichiometries to predict the effect of the living components of the ocean on biogeochemical processes. Here, the stoichiometry between C, N, P and Si in different chemical pools (particulate and dissolved organic and dissolved inorganic matter) were examined in contrasting oceanic and littoral ecosystems, and the changes in nutrient partitioning in response to nutrient inputs was tested through experimental research. In the Central Atlantic Ocean, the average ratio between dissolved inorganic nitrogen and phosphorus in the estimated vertical diffusive fluxes was similar to the Redfield ratio, but tended to be above the Redfield ratio at the center of the South subtropical gyre. The N:P supply ratio and the N:P ratio of dissolved inorganic nutrients in the biogenic layer were strongly correlated, but were not positively correlated to that in the intermediate waters. The vertical nutrient conveyor belt of nutrients in the upper waters operates relatively independently of the underlying waters in the Central Atlantic, so that both the biogenic and the biolythic components should be able to adapt to local variation about the Redfield ratio.In the stratified NW Mediterranean Sea, the stoichiometry between dissolved inorganic, organic and particulate organic matter pools indicated an excess nitrogen relative to phosphorus, particularly in the biolythic layer, as well as a general silicate deficiency relative to both N and P. Most (> 80 %) of the organic carbon was present as dissolved organic carbon, with POC representing a minor percent of total organic C throughout the water column. The increasing C/N ratio of DOM with depth indicates that N is recycled faster than C in the DOM. There exists a dynamic equilibrium between the biological transformations between these pools with depth, with a dominance of DON production in surface waters and remineralization in the underlying layers, from which dissolved inorganic nitrogen is re-supplied to the biogenic layer. Alocthonous N inputs must be important in the region since the downward DON flux exceeded the diffusive DIN supply. The coupling between anabolic and catabolic compartments of a littoral area in the NW Mediterranean Sea are characterized. The pelagic compartment was heterotrophic, supported by significant allochthonous inputs of land material, whereas the benthic compartment was autotrophic, with the excess net benthic community production balancing the deficit in pelagic community production, leading to a system in metabolic equilibrium. Sedimentary inputs of phosphorus and silicon were compensated by sediment release of phosphate and silicate, whereas nitrogen was lost or accumulated in the sediment compartment. Carbon inputs to the benthic compartment also exceeded requirements, due to the allocthonous subsidies to the system, so that the benthic compartment stored or exported organic carbon.Experimental nutrient additions lead to a parabolic change in C/N and C/P ratios in the dissolved organic matter with increasing nutrient inputs. The relative size of the dissolved inorganic nutrient pools did not vary, but there was a tendency towards an increase in the relative size of the particulate pool at the expense of a decrease in the relative importance of DOM as a reservoir of N, P and C, with increasing nutrient inputs.The relative importance of different nitrogen pools was examined in relation to the total nutrient stoichiometry of the oligotrophic system. The ratio of dissolved inorganic nutrients reported in the research presented is indicative of a general deficiency in nitrogen compared to the global ratios reported in literature. The dissolved organic matter was highly depleted in P relative to N and C at all locations investigated and the resulting POC:PON ratio (11.7) of this study in the particulate pool deviates greatly from the literature values which approximates Redfield value (5.5-6). The shift of the dominance of DON towards PON at TOC/TN values higher than 20 on the oligothrophic areas of the study, gives evidence of increasing carbon export fluxes in a system dominated by particulate pool and points to the effect of the biota on the gradient-driven export to sinking carbon fluxes in the ocean.

Es tracta d'una tesi fonamentalment interdisciplinària que aborda l'anàlisi de la dinàmica fitoplanctònica, en condicions de mar obert i en termes de fixació de carboni, en funció de pressos estrictament físics com són la difusió turbulenta, la sedimentació, etc.En primer terme, el fitoplàncton està constituït per organismes vegetals microscòpics, que com a tals necessiten llum i sals minerals (anomenats generalment "nutrients"). La llum és en qualsevol cas sempre més abundant a nivell de la superfície del mar, mentre que els nutrients són més abundants en profunditat. La majoria d'organismes fitoplanctònics presenten una capacitat natatòria molt reduïda, o simplement nul·la. Per tant, aquests organismes depenen en gran mesura de l'aport de nutrients que per transport turbulent els arriba des de les capes més profundes fins la capa superior il·luminada (o capa eufòtica).Primerament es dugué a terme una anàlisi d'escales en base als temps característics dels processos biològics clau, susceptibles de poder presentar un major grau de sensibilitat envers l'efecte de la trubulència, tals com l'absorció de nutrients i la fixació de carboni (fotosíntesi).Les principals característiques d'aquest nou model són la capacitat de poder resoldre els processos biològics amb una resolució temporal de l'ordre de segons minuts o segons, coincidint, per tant, amb l'escala temporal de la turbulència. I segon, el seguiment simultani del transport vertical de carboni i nitrogen.La turbulència de petita escala s'introdueix en el model numèric a través de les parametritzacions proposades per Osborn, i per Gaspar i col·laboradors, metodologia àmpliament utilitzada en l'actualitat, i contrastada experimentalment. Finalment s'analitza la relació entre la difusió turbulenta de petita escala i la producció primària fitoplanctònica en termes de fluxes verticals de carboni i nitrogen.Són destacables els resultats obtinguts en l'estudi del transport de matèria a través de la capa límit present al voltant dels organismes fitoplanctònics (les anomenades Diffusive Boundary Layers), identificant-se limitacions estrictament físiques al co-transport de carboni, nitrogen i fósfor. / This Ph.D. thesis introduces an interdisciplinary approach to the modeling of phytoplankton carbon fixation and nutrient uptake (nitrogen) according to the influence of small-scale turbulence in the open ocean. The modeling exercise presents a new strictly biological model with five state-variables, and a vertical 1-D coupled physical-biological model of the uppermost 100 meters of the marine water column. The two shared state-variables of the 1-D model are phytoplankton biomass (in terms of carbon), and an external limiting nutrient (in terms of nitrate).The biological model accounts for carbon and nitrogen biomass state-variables, following explicitly the track of both fluxes. As a relevant achievement the model successfully couples the different timescales of the carbon fixation (hours to days) and nitrogen uptake rates (seconds to minutes) by means of two intermediate carbon and nitrogen highly dynamical internal pools.Simulation runs are presented for the biological model alone, and in for the coupled physical-biological 1-D model.The thesis also provides a significative insight into the transport of mass through the diffusive boundary layers around phytoplanktonic organisms, and presents a potential strictly physical limitation to Redfield requirements.