The overarching goal of this dissertation was to explore relationships between streamwater nitrogen (N) and the most representative primary uptake compartments (PUCs) in stream ecosystems (e.g. microbial biofilm, algae, bryophytes, macrophytes). In particular, environmental factors driving these biogeochemical relationships along a strong anthropogenic gradient were explored and differences among and within PUC types were compared. To elucidate the factors controlling these relationships, we used N stable isotopes (δ15N; in ‰), both natural abundance (Chapter one, two and three) and 15N labelling techniques (Chapter four) First, we examined the spatial variability of δ15N natural abundance of PUC types, and related this variability to δ15N values of dissolved inorganic species (DIN, ammonium and nitrate) across streams differing in nutrient availability. We found that the variability of δ15N-PUC was mostly explained by location within the fluvial network, and was related to δ15N of DIN species for PUCs living within the stream channel. The prediction power for δ15N-PUC was improved by stream nutrient concentrations and stoichiometry, indicating the relevance of stream nutrient environment to understand δ15N values of PUCs. Second, we analyzed the temporal variability of δ15N natural abundance in PUC types and DIN species in four streams with different nutrient concentrations. Our results did not show isotopic temporal patterns over a year. However, among streams, the highest variability was found in the urban stream and, among PUC types, temporal variability tended to be higher in PUCs submerged in streamwater with faster turnover rates, such as filamentous algae. Third, we studied the δ15N variability of epilithic biofilms in different stages of development under contrasting stream nutrient concentrations. We observed that δ15N variability of early-stage biofilm (colonizing artificial substrates) was lower than late-stage biofilm (attached to stream cobbles). Except at the low-nutrient stream, δ15N of early-stage epilithon was lower than that of late-stage biofilm. Moreover, during biofilm colonization, δ15N increased with biomass accrual. Changes between successional stages were more pronounced at the high-nutrient stream. These results suggested successional stage as a relevant factor controlling δ15N variability of epilithic biofilm at the local scale. Fourth, N and C biogeochemical interaction between the biofilm-litter compartment and streamwater during litter decomposition was evaluated by using double-labeled (15N and 13C) leaves of two Populus species (P. fremontii and P. angustifolia). These species differed in their concentration of recalcitrant compounds (i.e. tannins) and were expected to influence the microbial decomposer community dependency to streamwater. Litter type strongly affected biomass and stoichiometry of microbial assemblages growing on litter, but the proportion of N and C derived from streamwater was not different. Gross immobilization of N from the streamwater was higher for the low-tannin litter, probably as a consequence of higher microbial biomass, contrasting to C fluxes which were higher for the high-tannin litter, suggesting C limitation. Overall, this dissertation provides insights into what controls 15N biogeochemical relationships between PUC types and water in fluvial ecosystems. This has implications for the use of N stable isotopes in ecological and environmental studies in aquatic ecosystems, and can help to develop successful management strategies to mitigate N excess in fluvial systems. / L’objectiu general d’aquesta tesi és entendre les relacions biogequímiques entre el nitrogen (N) de l’aigua i els principals compartiments primaris de retenció del nitrogen (PUCs: biofilms microbians, algues, briòfits, macròfits i arbres de la ribera) en els ecosistemes fluvials. Per assolir aquest objectiu, s’ha utilitzat tècniques isotòpiques, mitjançant l’estudi de l’abundància natural dels isòtops del nitrogen i tècniques de marcatge isotòpic. S’ha trobat una gran variabilitat en l’abundància natural d’isòtops (δ15N) dels PUCs en rius que diferint en concentracions de nutrients, explicat pels valors de δ15N en el nitrogen dissolt inorgànic en el riu (NID), com també pel conjunt de nutrients en el riu. La variabilitat temporal de δ15N en els PUCs i el NID, va ser més gran en rius amb més concentració de nutrients, majors afectats per activitats antròpiques. Entre diferents tipus de PUCs les diferències van ser menors que entre rius. L’abundància natural de δ15N en el biofilm microbià dels còdols fluvials va presentar patrons diferents segons el seu estat successional i les concentracions de nutrients. A més, la interacció entre el compartiment biofilm-fullaraca i l’aigua del riu es va estudiar durant el procés de descomposició de fulles de dues espècies de Populus marcades isotòpicament (13C i 15N), amb diferents concentracions de compostos recalcitrants. Canvis en δ15N en el biofilm ens van indicar canvis en la dinàmica de nitrogen de captació, reciclatge i dissimilació durant el creixement en còdols o en la descomposició de diferent tipus de fullaraca. En general, aquesta tesi proporciona informació sobre què controla les relacions biogeoquímiques de 15N, el qual té fortes implicacions per entre la dinàmica de N en els ecosistemes aquàtics i una correcta aplicació dels isòtops estables del N.

"Styela plicata" is a solitary ascidian introduced all around the world by ship traffic and seems to have many of the required features to become invasive. The main goal of this PhD thesis was to increase our knowledge on the genetic composition of this species, its reproductive features and its capacity to cope with stress during early life-history stages and adulthood. Results indicate that S. plicata is an ancient introduced species that has been travelling around the globe through maritime transport for centuries. It inhabits harbors, marinas and artificial structures, tolerating high concentrations of pollutants. Adults can respond to moderate levels of stressors by adjusting the production of stress-related proteins, but early stages are comparatively much more vulnerable to the harsh conditions that characterize the habitats where this species thrives. A prolonged reproductive period allows S. plicata to exploit temporal windows of favorable conditions and confers a competitive advantage compared to organisms with limited, seasonal reproduction events. Moreover, high genetic variability and the continual presence of larvae also guarantee further reintroduction events and spreading via ship traffic. At present, the distribution of S. plicata appears to be limited by high temperatures, low salinities and other non-investigated factors such as competition and predation. Further studies should determine the dynamics of the few populations co-habiting with native communities to pinpoint all the factors regulating the spread of this species outside enclosed environments. / La ascidia Styela plicata ha sido introducida alrededor del mundo y parece presentar las características necesarias para convertirse en invasora. El objetivo principal de esta tesis Doctoral ha sido incrementar nuestro conocimiento sobre la composición genética de la especie, sus características reproductoras y su habilidad para tolerar condiciones estresantes como adulto pero también a lo largo de las primeras etapas del cliclo de vida. Los resultados han indicado que S. plicata es una introducción antigua, dado que la especie ha estado viajando alrededor del mundo durante los últimos siglos gracias al transporte marítimo. Esta especie habita en puertos, marinas y otras estructuras artificiales, y tolera altas concentraciones de contaminantes. Los adultos pueden responder a niveles moderados de estresores ajustando la producción de proteínas de estrés, pero los primeros estadios del desarrollo son mucho más vulnerables a las condiciones que caracterizan los ambientes en que la especie habita. Un periodo reproductor extenso permite a la especie explotar ventanas temporales de condiciones favorables y confiere a la especie una ventaja competitiva frente a otros organismos con reproducción estacional. Además, la elevada variabilidad genética y la presencia continua de larvas en la columna de agua, garantiza también eventos de reintroducción secundarios y por tanto la dispersión de la especie vía tráfico marítimo. Actualmente, la distribución de S. plicata parece estar limitada por temperaturas elevadas, bajas salinidades y otros factores aún por investigar tales como la competencia y la depredación. La dinámica de las escasas poblaciones en que la especie cohabita con comunidades nativas debería ser estudiada, para detectar los factores que regularían la dispersión de la especie afuera de los ambientes confinados en que actualmente la encontramos.

La revaluació a gran escala espacial (> de 300 Km) i mitjançant mètodes de quantificació directa, del impacte de l'herbivorisme en els ecosistemes de Posidonia oceanica va revelar pèrdues de biomassa foliar molt superiors a les estimes anteriors basades en mètodes indirectes (i.e. freqüència de marques d'acció). En promig anual, els herbívors causen la pèrdua de aproximadament el 57% de la producció foliar, si bé existeixen diferències estacionals importants i las majors pressions es produeixen durant el període estival. El peix Sarpa salpa s'erigeix com l'herbívor principal, amb unes taxes de defoliació al voltant del 40% de la producció foliar anual (70% de l'herbivorisme) seguit por la garota Paracentrotus lividus (17% de la producció foliar y 30% de l'herbivorisme). Tot i així, es detecta també l'existència de una gran variabilitat espacial, amb valors de pressió de l'herbivorisme que fluctuen entre el 23 y més del 85% de la producció foliar en funció de la localitat. Mer mig els factors causants d'aquestes diferencies, la pesca y la disponibilitat de P. oceanica com hàbitat y com recurs de alimentació, van estar identificats com els més influents per a la estructura poblacional de S. salpa. L'efecte de la pressió pesquera va resultar en una disminució del número de indivídus i per tant de la pressió de l'herbivorisme. Pel contrari, l'efecte de la disponibilitat de P. oceanica dins de l'extensió territorial de S. salpa, va causar la seva concentració sobre el recurs, i per tant, en l'increment de la pressió de l'herbivorisme. Pel que respecta a P. lividus, els aports de nous individues a la població es produeixen per dos processos fonamentals: la migració des del substrat rocós amb contacte directe amb la pradera i la disponibilitat d'estructura de mata dels rizomes de la P. oceanica com element vinculat al refugi i/ o l'alimentació dels estadis primerencs d'aquesta espècie i sense la qual no es detecta reclutament.Altres agents de variabilitat tals como canvis quantitatius i qualitatius induïts per la disponibilitat de nutrients (ex. biomassa i composició de les comunitats d'epífits foliars, contingut de nutrients a la planta i als epífits), si bé, capaços d'alterar les preferències de S. salpa per a la P. oceanica, posseeixen, a la escala espacial estudiada, un rang de variabilitat inferior a la dels factors de tipus paisatgístic i a la influència de la pesca. Per tant, els resultats d'aquesta tesis indiquen que la pressió de l'herbivorisme pot assolir magnituds localment molt rellevants i que aquestes son el resultat de l'interacció entre les alteracions humanes al medi (i.e. pèrdua d'hàbitat i reducció de les abundàncies d' herbívors) i la biologia de les especies amb referència al seu particular us de l'hàbitat.

The studies presented in this thesis focus on the biogeochemistry of dissolved organic matter (DOM) in an intermittent stream in a Mediterranean climate zone, with great emphasis on extreme hydrologic events: floods and the seasonal drought period. The changes in concentration and molecular weight, and the properties, especially those related to its origin, and bioavailability to the microbial community. The samplings were carried out during a wide span of years in order to characterize the concentration – discharge responses (C-Q) initially, and more intensively during the different periods of the hydrologic year (wet, drought and transitional periods) in order to capture the widest possible picture of the dissolved organic matter dynamics and processing. The last chapter is a review of different fluorescence spectroscopy and UV-vis absorbance methods applied in DOM characterization. The main conclusions from these works are: 1. The most probable C-Q response types represent only a 40% of all cases from the data set. Therefore, the majority of DOC and NO3-Q responses fall within some low probability C-Q response types. 2. The dry-wet transition does not present a typical C-Q response. Instead, it promotes the diversity of DOC-Q responses. The 33% of events comprised during this period contribute to the 41% of the total DOC-Q response diversity. On the other hand, it does not enhance NO3-Q responses. 3. The most important driver for the succession of NO3-Q responses is the periodicity of the magnitude of storms (ΔQ) is, while the effect of the seasonal temperature change (i.e., Tday), appears more perceptible after the removal of the signal of the weaker and more frequent rain episodes. 4. The occurrence of a severe summer dry period favored the mobilization and transport of labile DOC, as shown by the 56% of retention across the stream – riparian interface, during the following hydrological transition period. Furthermore, the DOC retention during this period was preferential from high to low molecular weight fractions. In the case of no apparent hydrological transition all DOC molecular weight fractions were equally conservative. 5. During both drought and rewetting periods DOC and DON bioavailability are not tied to a MW fraction. During the rewetting period, although there is no clear pattern of bioavailability according to any DOC MW fraction, 50% of cases at which DOCMW release is observed (BDOCMW<0) correspond to the LMW fraction. 6. In general, DOCMW dynamics fit within the framework that storm events enhance the input of larger molecular weight DOC fraction (higher than 1 kDa), but DONMW does not. Furthermore, the hydrologic characteristics of the rewetting period evidence an asynchronous mobilization of DOC and DON. 7. DOC bioavailability is heavily influenced by DON content rather than molecular weight. Furthermore, bioavailability seems to be regulated by the DOC:DON ratio presenting a threshold value of 13. The most remarkable case is that of DOCLMW that shifts from refractory to bioavailable when its DOC:DON ratio is lower than 13. 8. Drought causes a gradual hydrological fragmentation of the fluvial network enlarging the variability of DOM properties, and amplifying the biogeochemical variability of a fluvial system. 9. Sampling sites with lotic water bodies in summer show DOM properties similar to those observed in autumn under base flow hydrological conditions and reflect the prevalence of terrestrial inputs. In contrast, in isolated and lentic water bodies, DOM analyses reveal a supplementary contribution of autochthonous organic matter, originated by in situ microbial processes. 10. BDOC estimated during summer indicates an upper threshold of 40% that is also observed during the rewetting period. This allows asserting that the highest bioavailable DOC concentration can be reached during two ecosystem perturbations of opposite sign. / Els articles presentats en aquesta tesi es centren en els aspectos biogeoquímics de la materia orgànica dissolta (DOM) en una riera temporal en una zona de clima mediterrani. Concretament, s’estudien els efectes dels events hidrològics extrems, les crescudes i les sequeres estacionals pròpies de la regió mediterrània, en la concentració i les propietats de la matèria orgànica dissolta. Els paràmetres utilitzats en la caracterizació de la DOM permeten principalment establir l’origen d’aquesta i establir la seva biodisponibilitat per a les comunitats microbianes del riu. En l’aspecte quantitatiu també es realitza un estudi més detallat mitjançant el fraccionament en diferents rangs de pes molecular. La recollida de dades inclou una sèrie temporal llarga que permet estudiar les despostes concentració – cabal (C-Q) tant del carboni orgànic dissolt com del nitrat, i d’uns mostreigs de camp intensius que permeten obtenir una imatge precisa dels diferents períodes de l’any hidrològic (període humit, de sequera i de transició hidrològica). Els resultats d’aquests treballs permeten copsar la variabilitat de les respostes C-Q, que en el cas del DOC veuen augmentada la seva variabilitat durant el període de transició hidrològica. En el cas del nitrat s’observa que les respostes es troben relacionades amb la magnitud y l’interval de temps entre episodis de precipitació. Pel que fa a la biodisponibilitat de les diferents fraccions moleculars, mentre que els estudis inicials apunten a una immobilització selectiva de les fraccions més grans a la interfase ripariana, estudis següents postren que la concentració de nitrogen orgànic dissolt és cabdal a l’hora de determinar si una fracció és biodisponible o no. A nivell hidrològic es conclou que tant durant la transició hidrològica com durant el període de transició hi ha una amplificació dels processos biogeoquímics que permeten estudiar el sistema fluvial amb més profunditat. No obstant, durant la fragmentació hidrològica es produeix una augment en la variabilitat biogeoquímica mentre que durant la transició hi ha una tendencia a l’homogeneïtzació.

Tesi realitzada a l'Institut Pirenaic d'Ecologia (CSIC) / Iberian Pinus uncinata tree-growth variability and its responses to climate are analyzed by means of dendrochonological methods from an individual- to a population-level scale across its distribution area in the Iberian Peninsula. This multiple approach provides new knowledge about the site-tree-climate interactions at an individual scale, and about the species performance at a population scale. Age-related changes in sapwood area were the main drivers of BAI in mountain P. uncinata forests. Thus, any potential climate-induced effect on BAI will be mainly driven by sapwood production, which is mediated by tree age and altitude. Because slow-growing high-elevation trees get older than fast-growing low-elevation trees, we expect differential age-mediated BAI responses along the altitudinal gradient. Climate plays a secondary role in controlling TRWi variability among coexisting trees even in these high-elevation environments. Actually, altitude plays a major role affecting P. uncinata TRWi responses to climate at the site and tree scales. This suggests that the altitude-mediated decrease in air temperatures is the major driver of TRWi at both the site and tree levels determining the maximum elevation of the tree growth form. These results also stress that both (a) a tree-scale approach to quantify growth-index responses to climate and (b) a detailed characterization of the potential drivers of those individual tree responses are requisites for applying an individual-based framework in dendroecology. Following a population-based approach, a weakness of the theoretically temperature-sensitive TRW proxy to capture recent warming trends is observed. Instead, summer drought is increasingly influencing TRW along the 20th century, which agrees with observations from Iberian mountain forests. Rising temperatures might have led to an increase in drought stress of Pyrenean and Iberian high-elevation forests as has been observed in other Mediterranean similar ecosystems. We may be attending how a physiological threshold in terms of optimal temperature for growth is surpassed, reinforcing the role of drought as a plausible growth-limiting factor of Iberian high-elevation forests during the last decades. The intricate topography and diverse climate of the Mediterranean Basin produce varied and often opposite trend signs in dendrochronological proxies like TRW or BAI even between neighbouring sites, during the last decades. In spite of this local complexity, our findings reveal a pattern acting at synoptic scales where tree growth across the Mediterranean Basin is limited by drought or low water availability during the growing season. / La variabilitat del creixement de Pinus uncinata (pi negre) a la Península Ibèrica i les seues respostes al clima són analitzats a aquesta tesi mitjançant mètodes dendrocronològics, des d’una escala individual a una escala poblacional. Aquesta aproximació múltiple proveeix nous coneixements sobre les interaccions lloc-arbre-clima a escala individual, i sobre el comportament de la espècie a escala poblacional. Canvis a l’àrea d’albeca relacionats amb la edat van ser els principals factors de control de l’increment d’àrea basal (BAI) a aquests boscos de muntanya durant el segle XX. Per tant, els efectes potencials del clima sobre el BAI seran controlats principalment per la producció d’albeca, la qual al seu torn està influïda per la edat de l’arbre i la altitud. A més, arbres de creixement lent solen trobar-se en major proporció a altituds més elevades que arbres de creixement ràpid; com els primers solen ser més longeus, esperem unes respostes del BAI influïdes per la edat. El clima juga un paper secundari en el control de la variabilitat dels índexs d’amplària d’anell (TRWi) entre arbres coexistents, inclòs tractant-se d’aquests ecosistemes d’alta muntanya. Al contrari, l’altitud juga un paper prominent pel que fa a les respostes dels TRWi de P. uncinata al clima a escales de lloc i d’arbre. Açò suggereix que el decreixement en altitud de la temperatura de l’aire és el principal factor de control dels TRWi a ambdues escales. Aquests resultats també manifesten que (a) una aproximació dendrocronològica a nivell d’arbre per a quantificar les respostes dels TRWi al clima i (b) una caracterització detallada dels factors de control potencials d’aquestes respostes individuals són requisits per a fer servir una estratègia individual en dendroecologia. Seguint una aproximació poblacional, s’observa un debilitament de l’amplària d’anell (TRW) a l’hora de reflectir les tendències recents d’increment de temperatura. Per contra, la sequera estival està influint al TRW cada vegada més al llarg del segle XX, lo qual concorda amb observacions a altres boscos ibèrics de muntanya. L’increment recent de temperatura pot haver produït un augment de l’estrès per sequera als boscos pirenaics i ibèrics d’alta muntanya, com s’ha observat en altres ecosistemes mediterranis similars. D’aquesta manera, és possible que s’estiga depassant un llindar fisiològic des del punt de vista de la temperatura optima de creixement, reforçant el paper de la sequera com a plausible factor limitant del creixement a boscos ibèrics d’alta muntanya durant les darreres dècades. La topografia intricada i el clima divers de la Conca Mediterrània produeixen tendències variades recents als proxies dendrocronològics com ara TRW o BAI, sovint de signe oposat fins i tot entre llocs propers. Malgrat aquesta complexitat local, els nostres resultats posen de relleu un patró a escala sinòptica on el creixement arbori al llarg de la Conca Mediterrània està limitat per sequera o per baixa disponibilitat hídrica durant el període de creixement.

Marine ecosystems are declining worldwide threatened by an increasing number of stressors. Global change-related disturbances have highlighted the need of new complementary conservation measures; for which the knowledge on the affected species, communities and impacts is essential. The species objective of this PhD, the Mediterranean endemic coral Cladocora caespitosa, may serve as a case study of those species that even if seriously threatened, are lacking essential information on key ecological processes and the responses to the rapid environmental changes that are happening globally. Cladocora caespitosa is the only colonial and zooxanthellate scleractinian coral endemic to the Mediterranean Sea. It is a long-lived and ecosystem engineer species, being one of the rare examples of this type of organisms found in shallow Mediterranean communities, and constitutes an invaluable natural patrimony due to its extensive ancient history, its sizeable long-lasting structures and its fragility in the actual context of climate change. Currently, large C. caespitosa bioconstructions are scarce and only a few examples are known, i.e., in Mjlet National Park (Adriatic) or in the Columbretes Islands (NW Mediterranean). The extensive field of colonies and reefs found in the Illa Grossa Bay (Columbretes Islands Marine Reserve) shows a cumulative colony cover of 2900 m2. This population displays a high degree of geographical isolation and its spatial distribution in the bay is highly aggregated. Our results showed that Cladocora caespitosa is a slow growing species (~ 2.5 mm yr-1), with low recruitment and natural mortality rates (~ 0.30 recruits m-2 yr-1 and 1 %, respectively). Strikingly, the obtained results on the reproductive traits of this species differed significantly between Western Mediterranean and Adriatic Seas. Cladocora caespitosa is gonochoric in W Mediterranean, showing a water temperature-associated gonadal cycle that culminates at the end of the summer in contrast to the findings in the Adriatic, where the coral has described as hermaphroditic with the spawning occurring at the beginning of the summer. Global change is rapidly altering Mediterranean marine habitats, primarily through warming and the invasion of new species. The C. caespitosa population in the Illa Grossa Bay suffered mortalities after 9 summers, separated into 2 mortality periods (2003 - 2006 and 2008 - 2012). The highest necrosis rates were recorded during the first mortality period, after the exceptionally hot summer of 2003. Over 50 % of the area covered by C. caespitosa has suffered necrosis after these recurrent mortalities, which were significantly related to warming (summer warming trend: 0.06 °C yr-1). The differences in necrosis found after summers with similar thermal anomalies pointed out to the existence of other acting factors probably related to the interannual temperature context and delayed stress after extreme summers. These results show that while Cladocora caespitosa displays great ecological plasticity, mostly in relation to changing light conditions, it is not adapted to endure the extreme changes in temperature driven by climate change, the most worrying threat for this coral. Regarding to the impact of invasive species, the invasive algae Lophocladia lallemandii and Caulerpa racemosa successfully spread over the Illa Grossa Bay from 2006 to 2012 and overlapped their distribution in the bay with that of C. caespitosa. No lethal effects of the invasive algae were detected on the coral colonies, which showed toxic activity. This may explain the low overgrowth of living colony parts by C. racemosa and the ability of this coral to compete in an algal dominated community. In long-lived corals such as C. caespitosa, recovery from mortalities relies mostly on recruitment, but there are two main obstacles that may compromise recovery. Firstly, the high frequency of mortalities detected during the last decade probably exceed the recovery potential of the low recruitment rates. Secondly, both warming and invasive algae may have delayed and synergetic effects on reproduction, recruitment and juvenile survival. All the results obtained highlight the endangerment of this species facing rapid environmental changes. Cladocora caespitosa is listed in the IUCN Red List of Threatened Species as Data Deficient. However, the information obtained in this PhD points out that this species could meet the criteria to fall into a threatened category. / Los ecosistemas marinos están siendo amenazados por un número cada vez mayor de impactos. Entre ellos, los impactos derivados del cambio global han puesto en relieve la necesidad de nuevas medidas de conservación que puedan complementar a las ya existentes. Sin embargo, su desarrollo requiere un amplio conocimiento de las especies, procesos e impactos implicados. Esta tesis se centra en la adquisición de nuevos conocimientos sobre la biología y ecología del coral Cladocora caespitosa con el objetivo de aportar información útil para su conservación. Los resultados obtenidos pueden servir como guía para la conservación de aquellas especies de características parecidas sobre las que no se tiene información. Esta especie es el único coral escleractinio, colonial y zooxantelado, endémico del Mediterráneo. Se trata de uno de los pocos ejemplos de especie longeva y estructural que se encuentra en las comunidades mediterráneas de aguas someras. La Bahía de L'Illa Grossa (Reserva Marina de las Islas Columbretes) alberga una de las poblaciones más importantes de este coral, con campos de colonias y arrecifes que muestran una superficie acumulada de 2900 m2. Los resultados obtenidos muestran que se trata de una especie de lento crecimiento, con bajas tasas de reclutamiento y mortalidad natural y que muestra importantes divergencias en sus características reproductoras entre el Mediterráneo Occidental y el Adriático. La población de C. caespitosa de Columbretes ha sufrido mortalidades recurrentes asociadas al calentamiento del agua, que han afectado a más de la mitad del área ocupada por este coral en la bahía. Por otra parte, las algas invasoras Lophocladia lallemandii y Caulerpa racemosa han invadido exitosamente la Bahía de L'Illa Grossa, solapando su distribución con la de C. caespitosa. De momento, no se han observado efectos letales de estas algas sobre el coral; sin embargo, se ha podido detectar la actividad tóxica de esta especie, que podría explicar el bajo recubrimiento de sus partes vivas por C. racemosa. El potencial de recuperación de esta población es limitado dado el bajo reclutamiento y la frecuencia e intensidad de las mortalidades. Además, no se pueden descartar efectos subletales del calentamiento y las algas invasoras sobre la reproducción, reclutamiento y la supervivencia de los juveniles. A partir de esta información esta especie podría cumplir los criterios de la UICN para ser catalogada como especie en peligro.

Dissolved organic matter (DOM) is a primary source of organic carbon in aquatic ecosystems. Inland waters actively transform DOM, having a relevant effect on the regional and global carbon budgets. DOM quantity and quality determine the efficiency of any transformation pathway and are intensely defined by the landscape, as it controls both the DOM origin and the transformations processes acting over it. This thesis aims to unravel the sources, controls and transformations of DOM in a Mediteranean catchment using both laboratory experimental designs to address the effects of degradation processes, and field monitoring approaches to study the natural DOM variability. The Mediterranean region presents a marked hydrological seasonality characterized by intermittent surface water flows like the ephemeral washes of the studied catchment. The receiving water body is, as most natural lentic waters in the Mediterranean region, a shallow system dominated by submerged vegetation. The characteristics of the study catchment allow assessing the interplay between the landscape properties, contrasted DOM sources and different mechanisms of control over DOM quality and quantity. The quality of the DOM present in ephemeral washes is influenced by landscape factors, and this influence varies in a seasonal basis. Two seasonal periods are distinguished in terms of DOM quality: autumn, showing an aromatic character related with hydromorphological variables, and winter-spring, with a microbial-like DOM derived from in-situ processes and linked to specific soil types and land uses. The effect of the biodegradation and the combined effect of photo- and biodegradation processes is stronger on allochthonous than on autochthonous DOM sources. These differences are related to distinct previous exposure to degradation pathways and to specific composition of each source. These results are in agreement with an increasing number of works questioning the classical paradigm linking allochthonous DOM with unreactive and autochthonous DOM with labile materials. The instantaneous rates of change in DOM properties showed that qualitative changes during degradation cannot be assumed to follow a regular decay pattern. The addition of small inputs of labile carbon to lake water does not enhance the decomposition rate of the DOM present in the receiving lake water, and thus no evidences of priming effect are found. Neither nutrient availability nor the available surface for cell attachment have any significant effect on the occurrence of priming effect. The fingerprint of different sources and processing mechanisms are reflected in the variability of the DOM in the studied lagoon. The phenological cycle of submerged vegetation and the pulses of torrential water inputs from the ephemeral washes are the main drivers of DOM quality in the lagoon. / La materia orgánica disuelta (DOM) es transformada activamente en las aguas continentales. La cantidad y calidad de la DOM vienen definidas por el paisaje, que controla tanto su origen como los procesos que la transforman. Esta tesis busca desentrañar las fuentes, controles y transformaciones de la DOM en una cuenca mediterránea mediante el análisis de la variabilidad natural de la DOM y el uso de diseños experimentales de laboratorio. La región mediterránea presenta una marcada estacionalidad caracterizada por la intermitencia de flujo, como la que presentan los torrentes efímeros que drenan la cuenca estudiada, mientras que el cuerpo de agua receptor, es una laguna dominada por vegetación sumergida. La calidad de la DOM en los torrentes está definida por las propiedades del paisaje y varía de manera estacional. En otoño, la DOM presenta un carácter aromático relacionado con variables hidromorfológicas. En invierno y primavera, se acentúa el origen microbiano de la DOM y surgen diferencias espaciales ligadas a los diferentes tipos y usos del suelo. El efecto de los procesos de foto-y biodegradación son más fuertes sobre las fuentes alóctonas de DOM que sobre las autóctonas. Estas diferencias coinciden con los trabajos que cuestionan el paradigma clásico que relaciona la DOM alóctona con materiales no reactivos y la DOM autóctona con materiales lábiles. Las tasas de cambio instantáneas en las propiedades de la DOM muestran que no se puede asumir que los cambios cualitativos durante su degradación sigan un patrón regular en el tiempo. La adición de pequeñas cantidades de carbono lábil no incrementa la descomposición de la DOM natural presente en diferentes cuerpos de agua. No se han encontrado por lo tanto evidencias de la existencia de efecto priming en aguas dulces. Además, la disponibilidad de nutrientes y de mayor superficie para favorecer la unión celular no parece tener ningún papel significativo en el efecto priming. Diferentes fuentes y procesos se reflejan en la variabilidad de la DOM de la laguna. El ciclo fenológico de la vegetación sumergida y los pulsos de las aguas torrenciales de los torrentes efímeros son los principales determinantes de la calidad de la DOM.

“Lake macroinvertebrates and the altitudinal gradient in the Pyrenees [Los macroinvertebrados lacustres y el gradiente altitudinal en los Pirineos]” is a thesis about freshwater macroinvertebrate communities inhabitting the littoral zone of the mountain lakes of the Pyrenees, and about the effect of altitude on the species composition, and richness, of these communities. The investigation is addressed by analysing the relative relevance of the environmental and spatial components of the altitudinal gradient on macroinvertebrate communities. This is performed by comparing different macroinvertebrate groups, which attain for different evolutionary histories and ecological idiosyncrasies, including different dispersal capabilities. The taxonomical resolution achieved in macroinvertebrate determinations is high, which allows for among-group comparisons at the species level. These comparisons can be used to test ecological theories of current usage. Mountain lakes are particularly useful to this purpose, as these ecological systems account for large environmental gradients related to altitude and, at the same time, the altitudinal ecological gradient includes spatial components that may be relevant in shaping macroinvertebrate community assemblages. The spatial component of altitude relates to the uneven distribution of lakes along altitude in mountain ranges, which implies different degrees of ecological isolation between lakes. Also, the littoral zone of mountain lakes is particularly suited for among-group comparisons because it is in the littoral zone where most freshwater macroinvertebrate biodiversity of lakes concentrates. In the Results section, the results obtained are presented first as a general overview of the distribution of main macroinvertebrate taxa across altitude. The influence of environmental variables related to altitude on distributions is explored, and the relative relevance of different environmental variables on macroinvertebrate communities is partialled out. Then, the effect of different environmental and spatial factors is analysed for each macroinvertebrate group, separately. The main taxa analysed in each of the chapters are, arranged by convenience, as follows: Oligochaeta, Chironomidae, Mollusca, Megaloptera, Trichoptera, Coleoptera, Hydracarina and Nematoda. In the Discussion section, altitudinal distributions are compared between groups, and differences observed in this regard between the main macroinvertebrate taxa are discussed. The effect of both environmental and spatial factors related to altitude is suggested. Then, species richness patterns are also compared between the main macroinvertebrate taxa. The relative contribution of environmental and spatial factors is, to some extent, disentangled. Finally, the effect of altitude on the similarity of communities is also compared between groups, de-composing this effect in environmental and spatial terms. The following conclusions are drawn from the results obtained: 1) The altitudinal distribution patterns of lake macroinvertebrates are the consequence of both the selective influence of the environment and the more stochastic nature of dispersal. 2) Environmental factors covarying with altitude are not equally relevant for all macroinvertebrate groups. 3) Mountain lakes are biogeographic islands. 4) Similarity between communities is slightly higher, and stochasticity slightly lower, at mid altitudes. 5) The stochastic influence of environmental dynamics also contributes to explain species richness patterns. 6) Large river basins do not play a relevant role in the similarity of communities, which is more dependent on the altitudinal location of lakes. 7) An altitudinal ecological threshold in community assemblages occurs at ca. 2550 m a.s.l., for all groups responding to environmental changes across altitude, but independently of their dispersal strategy. 8) The altitudinal threshold, because of its environmental nature, is expected to shift upwards under current climate warming. 9) Global changes will affect macroinvertebrate communities of mountain lakes through different components, including climate warming, habitat loss and fragmentation, and invasive species, which may also show mutual interactions. / “Lake macroinvertebrates and the altitudinal gradient in the Pyrenees [Los macroinvertebrados lacustres y el gradiente altitudinal en los Pirineos]” es una tesis sobre las comunidades de macroinvertebrados acuáticos que habitan la zona litoral de los lagos de montaña de los Pirineos, y sobre el efecto de la altitud en la composición y riqueza de especies de estas comunidades. La investigación se efectúa analizando la importancia relativa de los componentes ambientales y espaciales del gradiente altitudinal sobre las comunidades de macroinvertebrados. Para ello, se comparan diferentes grupos de macroinvertebrados, de distinta idiosincrasia ecológica, incluyendo diferencias en cuanto a capacidad de dispersión. La resolución taxonómica con la que se analizan los datos es elevada, lo cual permite comparaciones entre grupos a nivel de especie, útiles para contrastar teorías ecológicas de uso actual. Las conclusiones de la tesis son las siguientes: 1) Los patrones de distribución altitudinal de los macroinvertebrados lacustres son consecuencia tanto de la influencia selectiva del ambiente, como de la dispersión, un proceso de naturaleza más estocástica. 2) Los distintos factores ambientales que covarían con la altitud no son igualmente relevantes para todos los grupos de macroinvertebrados. 3) Los lagos de montaña son islas biogeográficas. 4) La similaridad entre las comunidades es ligeramente mayor, y la estocasticidad en el ensamblaje de las mismas ligeramente menor, en altitudes intermedias. 5) La influencia de la dinámica estocástica del ambiente también contribuye a explicar los patrones de riqueza de especies. 6) Las cuencas de los ríos principales no juegan un papel relevante en la similaridad de las comunidades, que es más dependiente de la altitud de los lagos. 7) Existe un umbral ecológico para las comunidades de macro-invertebrados, situado a una altitud aproximada de 2550 m, que afecta a todos los grupos que responden a los cambios ambientales asociados a la altitud, pero con independencia de su estrategia de dispersión. 8) El umbral altitudinal, debido a su naturaleza ambiental, posiblemente se desplazará hacia arriba en altitud con el cambio climático actual. 9) El cambio global afectará a las comunidades de macroinvertebrados de los lagos de montaña a través de varios de sus componentes, incluyendo cambio climático, pérdida y fragmentación de hábitat, y especies invasoras, los cuales pueden mostrar también efectos de interacción mutua.

Se han realizado diferentes campañas en el tramo estuarino del Río Ebro para estudiar las condiciones estacionales del estuario y la pluma (CyTMAR, Comisión Interministerial de Ciencia y Tecnología, proyecto MAR96-1856, 1997) y (PIONEER,U. E., contrato No. MAS3-CT98-0170, 1999-2000). Los resultados de este trabajo corresponden principalmente a las campañas PIONEER y sus muestreos en el tramo estuarino. Se tomaron muestras de agua para su posterior análisis en el laboratorio a diferentes profundidades del estuario para caracterizar las condiciones de la capa dulce y salada, además se tomaron datos de parámetros físicos e hidrodinámicos, con el uso de un Hydrolab y un correntímetro Doppler ADP, se contó con datos de caudales medios horarios (Confederación Hidrográfica del Ebro) y de situación meteorológica. Con los datos obtenidos se procedió a calibrar un modelo de advección dispersión (MIKE 12), para estudiar la variabilidad de la penetración de la cuña salina a lo largo del periodo de estudio, encontrándose que el modelo describe la dinámica de la cuña de una forma satisfactoria. Se encontró, con los resultados de las simulaciones, que el caudal ecológico propuesto por el PHN de 100 m3s-1 es insuficiente para controlar la posición de la cuña salina, por lo que se propone un caudal ecológico de 130 m3s-1, ya que de acuerdo con los resultados, con caudales menores a éste, la cuña puede llegar hasta Amposta. Posteriormente se estudió la dinámica de la cuña salina en el caso hipotético de un aumento de nivel del mar de 0.50 m y sus posibles efectos, encontrándose que el cambio climático provoca una mayor penetración de la cuña (cercanías a Amposta) y un mayor tiempo de permanencia de ésta dentro del estuario. También se realizó un calibrado del modelo usando valores de concentraciones de Nutrientes (NT, PSR y Ac. Ortosilícico) para estudiar el flujo de estos componentes a lo largo del año en el tramo estuarino. Sin embargo, la falta de muestreos mas continuos a lo largo del año y de los coeficientes adecuados hace que los resultados del modelado de la dispersión de nutrientes a lo largo del estuario no sean totalmente satisfactorios. Existe una diferencia importante entre los valores de los flujos calculados por los datos obtenidos en las muestras y mediante el modelo, por lo que se considera que este no es el adecuado para el modelado de los nutrientes.

This work is the result of a search for general (or nearly general) regularities at ecosystem level, and an exploration of their practical relevance in our relations with the environment.I began by adding some new contributions to the thermodynamic approach to systemic ecology, but concluded that there is little scope for further progress of strictly ecological interest with this orientation. Instead, the key for a systemic ecology seems to lie in the "large number" effects that arise at the limit of many organisms and/or species, just like the whole scientific body of statistical physics stands on the general features that emerge at the limit of many particles. The concept of criticality seems to have a special importance within this context (criticality is the quality of lying at the critical point in which there is a second order phase transition).Some specific issues that I analyze in depth, taking advantage of the concept of criticality and other concepts related to statistical physics, are:·Wildland fire dynamics. Practical tools to predict and manage fire in boreal forests and in the Mediterranean. Limits to anthropogenic impacts on tropical rainforests before a major fire catastrophe unfolds. The possible generalization of the findings on wildland fires to other kinds of catastrophes, with emphasis on agricultural pests and epidemics.· Diversity patterns. The origin of species abundance distributions and species-area relations. Their interpretation (and misinterpretation). The case of marine phytoplankton. The quantification of diversity for conservation purposes.· The effects of diversity on stability. The sources of the apparent inconsistencies between theoretical models, both historical and current, and between theoretical expectations and some experimental results.I conclude with a discussion on the interest of my and other related findings from the point of view of ecological economics.