Esta investigación planteó caracterizar y con ello reconstruir el imaginario que entorno a la contaminación del río Cruces construyeron los diarios chilenos El Mercurio y La Tercera considerando su influencia a nivel nacional. El caso de estudio fue seleccionado por considerarse el conflicto medioambiental más importante ocurrido en Chile. El hecho desencadenante ocurrió en 2004 con el hallazgo de una decena de cisnes muertos en un río considerado un Santuario de la Naturaleza donde eran descargados desechos de Celco, una planta de celulosa de Forestal Arauco, la más grande de América Latina. El conocimiento público del suceso inició una pugna que cuestionó el modelo de desarrollo económico; y puso en juego los intereses políticos y las presiones de una ciudadanía cada vez más empoderada sobre sus derechos. El caso sólo parece haber concluido en enero de 2014 cuando la forestal llegó a acuerdo con su querellante, el Consejo de Defensa del Estado de Chile sobre los montos de las multas a pagar y las condiciones de las acciones de reparación que le exigió el tribunal de justicia que la declaró en culpable en julio de 2013. La metodología empleada fue un análisis de contenido para reconstruir el imaginario social creado a partir de 196 unidades periodísticas publicadas en los 10 años de extensión del conflicto. Para ello se elaboró una ficha de análisis que permitió extraer las principales relevancias y opacidades del discurso de ambos medios de comunicación sobre el conflicto medioambiental más importante ocurrido en Chile. Después de analizar las piezas periodísticas y someterlas a una observación de segundo orden a través del modelo operativo del imaginario social hemos llegado a las siguientes conclusiones: Los diarios El Mercurio y La Tercera fueron actores políticos activos en el conflicto derivado de la contaminación del río Cruces. Ambos actuaron como diarios independientes que son intentando influir en las opiniones de sus lectores respecto de las responsabilidades en la contaminación del santuario Anwandter. En su discurso El Mercurio no revela una matriz ideológica medioambiental, mientras que La Tercera presenta una matriz ideológica medioambiental claramente diferenciada: se debe proteger el medioambiente y el Estado -y su Gobierno- es el primer responsable. Los diarios El Mercurio y la Tercera durante el conflicto Celco quebraron en varias oportunidades el contrato comunicativo con sus lectores, principalmente no separando la información de la opinión. Ambos mostraron estar a favor o en contra de ciertos grupos participantes en el conflicto medioambiental. Cuando estuvieron a favor, fue de modo explícito. Cuando estuvieron en contra, más que una oposición abierta se distinguió una invisibilización o indiferencia por el actor manifestada en una mínima cobertura de prensa. Ambos diarios legitimaron y deslegitimaron actores; esta acción tuvo relación directa con su matriz ideológica. En El Mercurio se observó nítidamente: en un primer momento los científicos fueron legitimados porque investigaban buscando las causas de la contaminación y, apenas los informes no fueron favorables a Celco, fueron deslegitimados; ellos, las instituciones a las que pertenecían y la misma ciencia. Esta investigación ha tenido como interés principal observar la lógica con que operan los medios de comunicación, en este caso de prensa escrita, ante un acontecimiento relevante y de profundas repercusiones sociales, ya que por esta vía entendemos que la ciencia social puede contribuir a formar una sociedad más crítica y más libre. / This research proposed to characterize and rebuild the imaginary surrounding the pollution of Cruces river that Chilean newspapers El Mercurio and La Tercera built, considering their influence in the country. This case of study was selected for being considered the most important environmental conflict that has occurred in Chile. The fact that got it started happened in 2004, with the findings of a dead swans in a river considered as a natural sanctuary, where Celco, a Forestal Arauco cellulose plant, the biggest in Latin America, discharged waste. The public knowledge of the fact started a conflict that questioned the economic development model. Besides, it put in jeopardy political interest and pressure from a citizenship empowered over its rights. The case seem to have concluded in January 2014, when the forestry agreed with its complainant, the State Defense Council of Chile about the amounts of fine and the conditions of the reparatory actions that the court demanded when it declared it guilty in July 2013. The used methodology was a content analysis to rebuild the social imaginary created from 196 journalistic published pieces during the 10 years of the conflict. To accomplish this, an analysis file was created, that allowed to extract the main relevancies and shades of the discourse of both mass media about the most important environmental conflict that has ever happened in Chile. After analyzing the journalistic pieces and later applying second order observation through the operative model of the social imaginary we have reached the following conclusions: The newspapers El Mercurio and La Tercera were active political actors in a conflict derived from the Cruces river pollution. Both acted as independent newspapers that are trying to influence the opinion of its readers towards the responsibilities in the pollution of Anwandter sanctuary. In its discourse El Mercurio doesn´t reveal an environmental ideological matrix, while La Tercera presents a clearly differentiated environmental ideological matrix: Environment must be protected and its first responsible is the State and its Government. The newspapers El Mercurio and La Tercera broke the communicative contract with its readers in many opportunities during the Celco conflict., mainly by not separating the information from the opinon. Both showed themselves in favor or against certain groups involved in the environmental conflict. When they were in favor, it was in an explicit way. When they were against, more than an open opposition it distinguished as an invisibility or indifference for the actor, manifested in the minimum press coverage. Both newspapers legitimized and delegitimized actors; this action had direct relation with its ideological matrix. In El Mercurio it was observed clearly; In a first moment the scientists were legitimated because they researched looking for the causes of pollution and, barely the reports were favoring Celco, they were deslegitimated: Them, the institutions where they belonged and the same science. This research had as a main objective observe the logic with which the media operates, in this case, the press, in front of a relevant event with deep social aftermath. This way we understand that social science can contribute to build a more critic and free society.

Els incendis forestals han esdevingut una de les principals problemàtiques ambientals a l'àrea mediterrània. En les darreres dècades, el nombre de focs i d'àrea cremada han augmentat notablement. A més dels factors de risc associats a les condicions climatològiques i topogràfiques, el comportament del foc ve condicionat per l'estructura de la vegetació i, per tant, dels patrons successionals d'acumulació de fitomassa aèria. La tesi descriu el procés de desenvolupament i aplicació d'un model semimecanístic de la dinàmica de combustible en ecosistemes arbustius mediterranis. Aquest procés ha constat de les següents fases: Revisió de treballs previsS'ha dut a terme una revisió dels estudis que aborden la dinàmica de diferents formacions arbustives presents a l'àrea mediterrània ibèrica i, amb aquesta, de les principals característiques estructurals de la vegetació relacionades amb el risc d'incendi. La taxa d'acumulació de combustible varia d'acord amb diferents factors vinculats al creixement de la vegetació. Malgrat això, es poden establir uns patrons comuns per a diferents formacions arbustives mediterrànies. Aquesta compilació ha posat de manifest que un indret cremat pot tenir un elevat risc d'incendi en un temps relativament curt, però molt variable, després del foc. Aquest rang de temps se situa en 5-10 anys per a molts matollars, i de 1-2 anys per als herbassars densos. Aquesta informació, que és escassa per aquest tipus de vegetació i en aquesta àrea d'estudi, és una eina valuosa en el camp de la predicció del comportament del foc i de la gestió preventiva del risc.Estudi experimental en brolles mediterràniesS'ha estudiat la dinàmica de combustible en brolles mediterrànies a partir d'una cronoseqüència de tres incendis de 3, 10 i 17 anys al Baix Camp (Tarragona). S'ha recol·lectat la biomassa aèria en 8 quadrats de 9 m2 per incendi, distribuïts en vessants nord i sud. Al laboratori s'han determinat diferents paràmetres estructurals (mort/viu i classes de gruixària) i funcionals (producció de brots) de la comunitat. Els resultats han mostrat les tendències principals en la dinàmica d'aquestes comunitats en relació al risc d'incendi. No s'han observat diferències significatives entre les càrregues de combustible recollides en diferents orientacions per a un mateix incendi. La taxa d'acumulació de combustible és més elevada en els períodes inicials de la successió i s'atenua en els períodes posteriors, coincidint amb la presència d'un nombre major d'espècies arbustives però amb clara dominància del garric (Quercus coccifera). També s'ha observat una estabilització de la biomassa foliar de la comunitat. L'increment de les diferents fraccions de material arbustiu viu i mort i del combustible herbaci condiciona l'augment del risc d'incendi amb l'edat regenerativa de la brolla. Finalment, s'ha utilitzat el sistema BEHAVE de simulació de propagació d'incendis forestals per avaluar quantitativament el risc associat a cada escenari regeneratiu. Desenvolupament, calibratge i validació d'un model de la dinàmica de combustible en ecosistemes arbustius mediterranisLa gestió del foc a l'àrea mediterrània requereix de noves eines metodològiques que abordin la complexitat de funcionament dels sistemes i la seva aplicabilitat. Aquest apartat descriu l'aproximació aportada pel mòdul arbustiu de GOTILWA+, un model funcional que simula el creixement d'una coberta arbustiva a partir de processos de base i que vincula les seves sortides a variables estructurals rellevants en la gestió del foc. El model incorpora els plantejaments de base del model forestal GOTILWA+ que es fonamenten en els fluxos d'aigua i carboni en el sistema. La descripció conceptual del model es complementa amb una anàlisi de sensibilitat i un exercici de calibratge. Posteriorment, s'han desenvolupat un seguit d'exercicis de validació del model a partir de dades d'estudis de camp en garrigues a Catalunya i al Baix Llenguadoc. El model reprodueix de forma realista la dinàmica successional de la biomassa vegetal, segons els objectius del model (base mecanística i aplicabilitat de les sortides) i atenent al nivell de simplificacions assumides. Aplicació en escenaris de canvi climàticLa major part dels models de circulació atmosfèrica GCMs prediuen un augment de la temperatura i una disminució de la precipitació a l'àrea mediterrània en aquest segle, tot i la incertesa en la predicció del règim futur de precipitacions. Els ecosistemes mediterranis es poden veure seriosament afectats per aquests canvis pel que fa al seu funcionament, estructura i distribució. A l'àrea mediterrània, els ecosistemes arbustius presenten un especial interès perquè han protagonitzat una notable expansió en les darreres dècades a causa del creixent impacte del foc i dels canvis d'usos del sòl. A fi d'avaluar les respostes d'aquests ecosistemes a diferents escenaris de canvi climàtic s'han dissenyat un seguit d'experiments de simulació amb el mòdul arbustiu de GOTILWA+. El model s'ha fet córrer sota diferents escenaris de GCMs generats a partir de les darreres prediccions d'emissions de l'IPCC. Els resultats apunten cap a una disminució de la disponibilitat d'aigua al sòl i a un creixement notable de la necromassa i el combustible fi en aquest tipus de comunitats. Aquestes tendències, en cas de confirmar-se, podrien tenir uns efectes evidents en el règim de pertorbacions. / Wildland fires are one of the most important environmental problems in Mediterranean regions. In the last decades, the number of fires and burnt surface has increased remarkably. Phytomass successional patterns determine structural characteristics of the vegetation and, hence, fire risk. This thesis describes the modelling process of the fuel dynamics in Mediterranean shrublands. This process involves the following phases:A review of previous studiesThis chapter reviews studies on fuel dynamics in different Mediterranean shrublands, specially located in Iberian coastal area. The fuel accumulation rate varies depending on different factors involved in vegetation growth. In spite of this, it is possible to establish common patterns for different Mediterranean vegetation-types. This compilation remarks that a burned place shows a high fire risk in a relatively short time after fire. This time lapse is 5-10 years for shrublands and 1-2 years for grasslands. This information, which is scarce for this kind of vegetation in the study area, is useful for fire risk management and fire behaviour prediction.An experimental study of the successional fuel dynamics in a Mediterranean shrublandSuccessional changes of vegetation structural properties related to fire behaviour in a Mediterranean shrubland were studied through a wildfire chronosequence, which comprises fires of 3, 10 and 17 years of regenerative age in southern Catalonia. Aerial biomass was collected from 8 plots of 9 m2 for each fire. Plots were located on south- and north-facing slopes. Laboratory processing of plant material allowed us to determine structural (diameter classes and dead to live ratio) and functional (leaves and twigs production) community parameters. No significant differences between fuel loads in opposite slopes for the same fire were found. The fuel accumulation rate was higher in the early successional stages than in the later ones. Dominance of kermes oak (Quercus coccifera) in mature successional stages was also observed. Leaves biomass reaches a steady state in the intermediate successional period, earlier than total biomass. The increase in the different components of fuel complex (fine materials and dead fuel) determines the increase of fire hazard with the regenerative age of the shrubland. Finally, the BEHAVE fire simulation system has been used to evaluate, in a quantitative way, the fire risk related to fuel dynamics. Mediterranean shrublands dynamics modelling Fire management in the Mediterranean area requires of new methodological tools that link the functional system complexity and their applicability. This paper describes the approach contributed by the shrubland module of GOTILWA+, a functional model that simulates the growth of a shrubland cover from basic processes and that tie model outputs to relevant structural variables in fuel management. The model incorporates GOTILWA+ forest model layouts, which are based on ecosystem water and carbon fluxes. The model conceptual framework description is complemented by sensitivity analysis and a calibration exercise. The last phase constitutes a validation exercise using field data from studies in garrigues dominated by Quercus coccifera (kermes oak) in Catalonia and southern France. The model is able to reproduce realistically the successional dynamics of plant biomass according to the model purposes (mechanistic based framework and output applicability) and considering the level of assumed simplifications. A model application: climatic change and Mediterranean shrublands Most atmospheric Global Circulation Models GCMs predict a temperature increase and a precipitation decrease in the Mediterranean area during this century, though predictions of future precipitation regimes are uncertain. Mediterranean ecosystems would be seriously affected by these changes at functional, structural and distributional levels. Shrubland ecosystems are significant components of the Mediterranean landscapes. A set of simulation experiments with the GOTILWA+ shrubland module were designed to evaluate ecosystem responses to different GCMs climate change scenarios derived from the last IPCC emission scenarios. Results predict a decrease in soil water availability and an increase in fine fuel growth and standing necromass. These structural changes would affect the future disturbance regime.

El capitalismo industrial se encuentra ante una crisis multidimensional con serios retos ambientales, sociales, culturales, económicos y políticos. Los combustibles fósiles baratos hicieron posible la revolución industrial y han sostenido el crecimiento de la sociedad industrial. Ahora los combustibles fósiles están empezando a escasear y están generando el calentamiento global. En respuesta al cambio climático y al 'pico del petróleo' gobiernos, corporaciones, ciudadanos y movimientos sociales promueven las energías renovables. La menor densidad energética y el carácter disperso de las energías renovables aumentan la demanda de territorio tanto cuantitativamente como cualitativamente. Ello requiere atención a los cambios espaciales y a la planificación del territorio para su implementación. Además, hay diferentes posibles caminos hacia un sistema energético basado en renovables. Un camino 'duro' promovería centrales eléctricas y plantaciones de biomasa a gran escala conectadas a redes e infraestructuras centralizadas para la masiva generación y transporte de electricidad y combustible. Un camino 'suave' enfatizaría la generación distribuida de energía a través de infraestructuras a pequeña escala ajustadas a los usos finales. Dada la existencia de diferentes posibles escenarios, la implantación de las energías renovables probablemente se verá moldeada por conflictos sociales. Esta tesis es un estudio interdisciplinar de conflictos tanto entre grupos sociales como entre varias dimensiones en la implantación de energías renovables, con especial interés en las relaciones entre energía y territorio. La tesis sigue una estrategia de investigación basada en casos de estudio. Evalúa la implementación de energías renovables en dos distintas regiones del mundo, en la India y en Europa. Analiza los agrocombustibles, plantaciones de biodiesel en el Sur de la India y la energía eólica en Cataluña, España como ejemplos de las tecnologías renovables más maduras y en mayor desarrollo. Un tercer caso evalúa el potencial y las restricciones a una generación distribuida de energía renovable en Cataluña con un especial foco en la demanda. Esta investigación se enmarca en el estudio del metabolismo social y tiene el objetivo metodológico de integrar el análisis de discurso con la contabilidad biofísica. La tesis da particular importancia a tres elementos: (a) como la demanda de tierra para generar energía renovable está relacionada con la dicotomía rural-urbana y la planificación del territorio. (b) como los conflictos y disputas ideológicas entre ambientalismos influencian la planificación e implementación de las renovables. Paradigmas hegemónicos como el neoliberalismo o la modernización ecológica interactúan y chocan con la contestación popular y las poblaciones locales dónde se implantan proyectos renovables. (c) como en la relación entre ciencia y política ciertas representaciones del metabolismo son consideradas y otras descartadas. A lo largo de los casos de estudio encontramos que los conflictos entre distintas dimensiones y grupos sociales en lugar de ser reconocidos y negociados son reprimidos por la imposición de perspectivas reduccionistas. La superioridad de un enfoque de sostenibilidad 'débil' frente a un enfoque de sostenibilidad 'fuerte' se revela en la incapacidad de las políticas de energía renovable de lidiar con la inconmensurabilidad técnica (la existencia de conflictos entre diferentes dimensiones) y la inconmensurabilidad social (la existencia de múltiples perspectivas legítimas en conflicto). Además, encontramos que esta negación de la inconmensurabilidad social y técnica es parte de un proceso de toma de decisiones que privilegia la argumentación técnica basada en los hechos sobre la argumentación política o basada en los valores. Ello privilegia posiciones políticas que son más compatibles con el status quo más que visiones que reclaman la transformación social. La energía renovable es orientada en nuestros casos de estudio al desarrollo de un sector industrial y comercial en lugar de como parte de una reconfiguración multifuncional de la planificación del territorio. Usando la distinción de Nicholas Georgescu-Roegen entre “fondos” y “flujos”, la planificación del territorio y las transformaciones socio-demográficas (centradas en los fondos) son secundarias frente al fomento de flujos de energía e ingreso monetario que es la prioridad. Este enfoque parece ser beneficioso a la consolidación de un camino 'duro' hacia las renovables, en lugar de uno 'blando'. / Industrial capitalism is nowadays facing a multi-dimensional crisis, confronting serious environmental, social, cultural, economic and political challenges. Cheap fossil fuels made possible the industrial revolution. They have sustained the growth of industrial society. Now fossil fuels are getting scarce while generating global warming. Responding to climate change and 'peak oil', governments, corporations, citizens and social movements are promoting renewable energy. The lower power densities and the dispersed character of renewable energies increase the demand for land both quantitatively and qualitatively. This requires attention to spatial changes and land use planning for their implementation. Moreover, there are different possible pathways to follow toward an energy system based on renewables. A 'hard' path would promote large-scale power plants and biomass plantations connected to centralized grids and infrastructures for 'bulk power' and fuels transport. A 'soft' path would emphasize distributed energy generation through small-scale facilities matching to end uses. Given these two possible scenarios with different losers and winners, the implementation of renewable energy is likely to be shaped by social conflict. This thesis is an interdisciplinary study of current conflicts and trade-offs in the implementation of renewable energy, with a special interest on energy and land use relationships. The thesis follows a case study research strategy and assesses the implementation of renewable energies in two different world regions, India and Europe. It analyses agrofuels, biodiesel plantations in Tamil Nadu in South India and wind energy in Catalonia, Spain, as two of the most mature and booming renewable technologies. A third case study assesses the potential and constraints for distributed generation of renewable energy in Catalonia, with a special focus on demand management. The research is framed within the broader theoretical framework of societal metabolism. It has the methodological objective of integrating discourse analysis with biophysical accounting. The thesis pays particular attention to three elements: (a) how land demands for generating renewable energy relate to the rural-urban dichotomy and land use planning. (b) How conflicts and ideological struggles between varieties of environmentalism influence planning and implementing renewable energies. How hegemonic paradigms such as neoliberalism and ecological modernization interact with grassroots contestations and local populations hosting renewable energy. (c) How in the interaction between science and politics, certain representations of metabolism become authoritative while others are dismissed. Throughout the case studies this thesis found that conflicts and trade-offs in renewable energy implementation, rather than acknowledged and negotiated, were suppressed by the imposition of reductionist perspectives. The superiority of a "weak" over a "strong" sustainability approach is revealed in the inability of renewable energy policies to tackle technical (trade-offs between different dimensions) and social inconmensurability (the existence of multiple legitimate perspectives in conflict). Moreover, we found that the neglect of social and technical inconmensurability is part and parcel of a process of privileging technical and fact-based argumentation over political and value-based argumentation. This process privileges political positions whose arguments are more compatible with the status quo rather than views which claim for societal transformation. Renewable energy is promoted, in our cases, as commercially oriented and as an industrial sector rather than as a strategic part of broader multi-functional reconfiguration of land use planning. Drawing on Georgescu-Roegen’s distinction between “funds” and “flows”, land use planning and socio-demographic transformations (fund centered) are secondary, in front of boosting energy and revenue flows, which are the priority. This approach seems to be beneficial to the consolidation of a 'hard' path to renewable energies rather than a 'soft' path.

L'objectiu d'aquesta tesi és estudiar la concentració d'O3 al Pirineu i el seu efecte sobre el pi negre (Pinus uncinata Ram.), l'espècie dominant als boscos subalpins d'aquesta serralada. Vàrem estudiar l'evolució en la concentració d'O3 al llarg dels darrers 16 anys en el Pirineu català, així com també el patró de distribució de l'O3 i el seu possible origen, en un gradient altitudinal al Pirineu central català. Els nostres resultats mostren que, en el període comprès entre el 1994 i el 2009, la concentració d'O3 en tot l'àmbit del Pirineu català excedí amb escreix els llindars de protecció de la vegetació establerts per la Convenció sobre Contaminació Transfronterera a Llarga Distància (CLRTAP) de la Comissió Econòmica de les Nacions Unides per a Europa (UNECE), i per la Directiva Europea 2008/50/EC. Durant aquests anys la tendència general fou d'augment, amb un lleu decreixement durant els darrers 3 anys. L'O3 s'origina principalment a les àrees urbanes i és transportat a les localitats d'alta muntanya. En els transsectes altitudinals de la regió central del Pirineu català vàrem trobar un increment significatiu de la concentració d'O3 amb l'altitud, amb mitjanes anuals a la localitat més elevada (2300 m.s.n.m) de 38 a 67 ppb. En períodes càlids s'obtingueren valors un 35-38% superiors que en períodes freds, i un patró caracteritzat per uns valors mínims de matinada, que incrementen en el transcurs del matí per tornar a disminuir durant la nit. Els resultats suggereixen que la vegetació dels Pirineus està sotmesa a un risc de dany per O3, especialment a altituds elevades, ja que és on més es superen els llindars abans esmentats. Un cop descrita la distribució de l'O3 al Pirineu, vàrem mostrejar el dany visible causat per O3 (chlorotic mottling), defoliació a la capçada i mortalitat d'arbres al llarg dels esmentats gradients altitudinals. Per sobre d'un valor de 0.96 de disponibilitat hídríca estival (Precipitació/Evapotranspiració Potencial durant els mesos d'estiu), el dany visible causat per O3 està positivament relacionat amb les [O3]. Els nostres valors per a la defoliació de la capçada i mortalitat d'arbres (20,4-66,4% i 0,6-29,6%, respectivament), indiquen un menor vigor dels arbres que l'obtingut a altres estudis. Les dades de defoliació i mortalitat presentades exhibeixen una correlació positiva amb l'exposició acumulada d'O3 i les variables relacionades amb la disponibilitat d'aigua al sòl, la qual cosa sembla ser resultat d'una possible major absorció d'O3. Tot i que l'O3 es considera ser part de la causa dels danys observats, és necessari estudiar la contribució d'altres factors d'estrès en aquest procés. Els danys induïts per l'O3 en Pinus uncinata observats a les nostres parcel·les, apareixen com a petites taques difuses de color verd grogós, localitzades al voltant de la línia estomàtica de la part de les acícules exposada a la llum. A nivell microscòpic, s'observa una reducció en la mida dels cloroplasts i una creixent oxidació del contingut cel·lular des de les capes internes del mesòfil a les externes, protuberàncies i engruiximent de la paret cel·lular, acumulació d'antioxidants i una acceleració dels processos de senescència cel·lular. La presència de la mateixa tipologia de taques en plançons de Pinus uncinata fumigats amb O3 a l'aire lliure, i el fet que la majoria de marcadors citoquímics observats en els nostres arbres s'hagin observat anteriorment en altres espècies arbòries fumigades amb O3 en condicions controlades, confirmen que les taques identificades al camp en individus madurs de Pinus uncinata són probablement degudes a l'efecte de l'O3 . Finalment, vàrem realitzar un experiment de dos anys de fumigació d'O3 en base a les concentracions observades al Pirineu, el qual confirmà una elevada freqüència i intensitat dels danys visibles, així com una reducció de la biomassa radicular del 24-29% als plançons de Pinus uncinata. Els efectes observats poden augmentar la susceptibilitat dels arbres a altres factors d'estrès i implícitament provocar efectes a llarg termini en els cicles de nutrients, carboni i aigua dels ecosistemes. / This thesis aimed to study the O3 concentrations in the Pyrenees and their effects on Montain pine (Pinus uncinata Ram.), the dominant tree species of the subalpine forests of this mountainous range. We first studied the O3 concentrations trends during the last 16 years in the Catalan Pyrenees as well as the pattern of distribution of O3 and its possible origin in an altitudinal gradient in central Catalan Pyrenees. We found that the O3 concentrations in the overall Catalan Pyrenees have greatly exceeded the thresholds for protection of the vegetation set by the UNECE’s CLRTAP and the European Directive 2008/50/EC from 1994 to 2009 and show a general increasing trend over time with a slight decrease during the last 3 years. In the altitudinal transects of the Central Catalan Pyrenees we found that O3 concentrations significantly increased with altitude, with annual means at the highest site (2300 m a.s.l.) ranging from 38 to 67 ppb, showing values 35-38% greater in the warm period than in the cold period and with a characteristic pattern of minimum values early in the morning, a rise during the morning and a decline overnight. O3 mainly originated from urban areas and was transported to high mountain sites. These results suggest thus that plant life in this mountainous range is at risk of damage by O3, specifically at high-altitude sites, where exceedances of these thresholds are greater. After characterizing the O3 distribution in the Pyrenees, we surveyed the O3-like visible injury, crown defoliation and tree mortality in the previous altitudinal gradients. Under conditions of relatively high summer water availability (summer precipitation/potential evapotranspiration above 0.96), increases in the severity of the O3 visible injury were related with increases in [O3]. Crown defoliation and tree mortality mean values of 20.4-66.4% and 0.6-29.6%, respectively, pointed to poorer tree vitality than reported in previous works and were positively correlated with the accumulated O3 exposure and with variables referring to soil water availability, which again pointed to be result of a possible greater O3 uptake. Although O3 is believed to be part of the cause of the observed crown defoliation and tree mortality, further research is needed to determine the contribution of the multiple other acting stress factors. The O3-induced injury observed in Pinus uncinata stands from our study had the form of tiny and diffuse green-yellowish mottles located around the stomata lines on the light exposed side of the needles and at the microscopic level, we observed chloroplasts reduction in size and an increased oxidation of cell content from the inner to the outer mesophyll cell layers, cell wall thickenings and wart-like protrusions, accumulation of antioxidants, and accelerated cell senescence processes. The observation of the same typology of mottles in a free-air O3 fumigation experiment with Pinus uncinata saplings and the fact that most of the cytochemical markers observed below mottles in our symptomatic samples had already been observed to be induced by O3 under controlled conditions in other tree species, confirm that the observed mottles in field mature individuals of Pinus uncinata are most probably caused by the effect of O3. Finally, we conducted a two-year experiment with O3 fumigation, where it was confirmed that exposures to O3 concentrations as those of the Pyrenees, led to high occurrence and intensity of visible injury and a 24-29% reduction of root biomass on saplings of Pinus uncinata, which may render trees more susceptible to other stresses and imply long-term effects on the nutrient, carbon, and water cycles of the ecosystem.

Davant del ràpid col·lapse dels abocadors, així com els alts impactes relacionats amb l'abocament dels residus biodegradables, i al baix contingut en matèria orgànica dels sòls mediterranis, el compostatge es presenta com una opció rellevant per tancar els cicles de la matèria orgànica i els nutrients. No obstant això, dades específiques, reals i quantitatives sobre tecnologies i aplicació de compost i considerant diferents perspectives d'anàlisi, són necessàries. Les eines de cicle de vida són metodologies per a construir el perfil ambiental, social i econòmic de productes al llarg de totes les etapes del seu cicle de vida. Aquesta tesi presenta una visió holística del compost, incloent totes les etapes del seu cicle de vida i avaluant el comportament ambiental, la viabilitat agrícola, així com les perspectives del consumidor, el territori i la sostenibilitat. A més, es proposen millores metodològiques per als diferents anàlisi de la producció de compost i la seva aplicació. Dades reals de dues formes de compostatge, domèstic i a escala industrial, i de camps hortícoles es van recollir dins el marc de la tesi. Aquestes dades han estat utilitzades en l'avaluació ambiental i agrícola de la producció i aplicació de compost, tenint en compte diferents cultius, opcions de fertilització i medi natural / hivernacle. En relació al rendiment agronòmic, produccions i qualitat suficients només es poden assegurar quan al compost l'acompanya una font de nitrogen d'alliberament ràpida. Els resultats apunten a la producció industrial de compost com la principal font d'impacte ambiental al llarg del cicle de vida dels dos cultius hortícoles. Això implica que les opcions de cultiu amb compost, i quan es resten els impactes evitats per la no deposició dels bio-residus en abocador, són les més respectuoses amb el medi ambient per 3 de 7 categories d'impacte i presenten impactes similars per a 2. El compostatge domèstic sembla ser una millor alternativa des de la perspectiva del consum de recursos però presenta majors emissions gasoses que el compostatge industrial. Dues qüestions metodològiques relacionades amb l'avaluació ambiental del cicle de vida del compost són abordades en aquesta tesi. Unitats funcionals relacionades amb la qualitat, a part de la producció, s'han utilitzat i amb elles les diferències ambientals entre opcions de fertilització es suavitzen o inverteixen. Aquesta tesi també proporciona una descripció de les magnituds, les dinàmiques i els factors limitants per a cada un dels beneficis de l'aplicació de compost considerats i analitza els temes metodològics clau per a la seva quantificació amb LCA. A més, segons els resultats obtinguts amb la norma PAS2050, la Carbon footprinting (CF) subestima els valors ambientals comunicats als consumidors, a causa principalment dels béns de capital. La tesi també inclou una de les poques temptatives d'aplicar el Social Life Cycle Assessment i el Life Cycle Sustainability Assessment, que avalua els fertilitzants minerals nitrogenats i el compost al llarg del seu cicle de vida. Finalment, es presenta una primera aproximació a la perspectiva de la planificació territorial en relació a l’aplicació de compost i el seu ús combinat amb aigua contaminada per nitrats. Concloent, aquesta tesi és un pas rellevant cap a la sostenibilitat per a la producció i aplicació de compost i ofereix un enfoc multidisciplinari del sistema. Entre d'altres, futurs estudis haurien d'abordar o aprofundir en: l'ús de compost a llarg termini, les alternatives per a l'assignació de les càrregues del compost entre conreus, les taxes de mineralització, els potencials efectes negatius de l'ús de compost en LCA, les adequades categories d'impacte ambiental per a la avaluació de l'ús de compost, i un major desenvolupament de les eines per a la sostenibilitat. / Frente al rápido colapso de los vertederos, así como los altos impactos relacionados con el vertido de los residuos biodegradables, y al bajo contenido en materia orgánica de los suelos mediterráneos, el compostaje se presenta como una opción relevante para cerrar los ciclos de la materia orgánica y los nutrientes. Sin embargo, datos específicos, reales y cuantitativos sobre tecnologías y aplicación de compost y considerando diferentes perspectivas de análisis, son necesarios. Las herramientas de ciclo de vida son metodologías para construir el perfil ambiental, social y económico de productos a lo largo de todas las etapas de su ciclo de vida. Esta tesis presenta una visión holística del compost, incluyendo todas las etapas de su ciclo de vida y evaluando el comportamiento ambiental, la viabilidad agrícola, así como las perspectivas del consumidor, el territorio y la sostenibilidad. Además, se proponen mejoras metodológicas para los diferentes análisis de la producción de compost y su aplicación. Datos reales de dos formas de compostaje, doméstico y a escala industrial, y de campos hortícolas se recogieron dentro del marco de la tesis. Estos datos han sido utilizados en la evaluación ambiental y agrícola de la producción y aplicación de compost, teniendo en cuenta diferentes cultivos, opciones de fertilización y aire libre/invernadero. En relación al rendimiento agronómico, producciones y calidad suficientes solo se pueden asegurar cuando al compost le acompaña una fuente de nitrógeno de liberación rápida. Los resultados apuntan a la producción industrial de compost como la principal fuente de impacto ambiental a lo largo del ciclo de vida de los dos cultivos hortícolas. Esto implica que las opciones de cultivo con compost, y cuando se restan los impactos evitados por la no deposición de los bio-residuos en vertedero, son las más respetuosas con el medio ambiente para 3 de 7 categorías de impacto y presentan impactos similares para 2. El compostaje doméstico parece ser una mejor alternativa desde la perspectiva del consumo de recursos pero presenta mayores emisiones gaseosas que el compostaje industrial. Dos cuestiones metodológicas relacionadas con la evaluación ambiental del ciclo de vida del compost son abordadas en esta tesis. Unidades funcionales relacionadas con la calidad, aparte de la producción, se han utilizado y con ellas las diferencias ambientales entre opciones de fertilización se suavizan o invierten. Esta tesis también proporciona una descripción de las magnitudes, las dinámicas y los factores limitantes para cada uno de los beneficios de la aplicación de compost considerados y analiza los temas metodológicos clave para su cuantificación con LCA. Además, según los resultados obtenidos con la norma PAS2050, la Carbon Footprinting (CF) subestima los valores ambientales comunicados a los consumidores, debido principalmente a los bienes de capital. La tesis también incluye una de las pocas tentativas de aplicar el Social Life Cycle Assessment y el Life Cycle Sustainability Assessment, que evalúa los fertilizantes minerales nitrogenados y el compost a lo largo de su ciclo de vida. Por último, se presenta una primera aproximación a la perspectiva de la planificación territorial en relación a la aplicación de compost y su uso combinado con agua contaminada por nitratos. Concluyendo, esta tesis es un paso relevante hacia la sostenibilidad para la producción y aplicación de compost y ofrece un enfoque multidisciplinario del sistema. Entre otros, futuros estudios deberían abordar o profundizar en: el uso de compost en el largo plazo, las alternativas para la asignación de las cargas del compost entre cultivos, las tasas de mineralización, los potenciales efectos negativos del uso de compost en LCA, las adecuadas categorías de impacto ambiental para la evaluación del uso de compost, y el mayor desarrollo de las herramientas para la sostenibilidad. / Facing the rapid collapse of landfills, along with high impacts related to biodegradable waste dumping, and the low organic matter contents in Mediterranean soils, composting arises as a relevant option to close the organic matter and nutrient cycles. Nevertheless, specific, real and quantitative data about compost technologies and application and from several perspectives, are necessary. Life-cycle-thinking tools are methodologies to construct environmental, social and economic profiles of production systems along their life cycle. This dissertation presents a holistic approach of compost, including all the stages of its life cycle and assessing environmental performance, agricultural viability, as well as consumer, territorial and other sustainability perspectives. In addition, methodological improvements for the different assessments of compost production and application are proposed. Real data from two composting sites, at home and full scale, as well as real data from horticultural fields have been collected within the framework of the thesis. Subsequently, these data are used on the environmental and agricultural assessment of compost production and application, taking into account several horticultural crops, fertilization options and open field/greenhouse. Regarding agronomic performance, sufficient yields and quality of the crops are only assured when compost is accompanied by a source of rapid nitrogen release. The outcomes state industrial composting production as the main source of environmental impact in the entire life cycle. This result implies that cultivation options with compost, and when avoided burdens from not landfilling the OFMSW are considered, are more environmentally friendly for 3 out of 7 impact categories and have similar impacts for 2. Home composting seems to be an environmentally better alternative than industrial composting for resources consumptions, even though it has major gaseous emissions. Two methodological issues regarding compost LCA are discussed in the dissertation. When functional units related to quality, apart from production ones, are considered, the environmental differences among fertilization options are tempered or reversed. The dissertation also provides a description of the magnitude, dynamics and limiting factors for each of the considered benefits of compost application and discusses the key methodological issues for their quantification within LCA. Furthermore, according to the results using the PAS2050 standard, Carbon Footprinting underestimates the environmental figures communicated to consumers, mainly due to capital goods. The dissertation also includes one of the few attempts to apply Social Life Cycle Assessment (SLCA) and Life Cycle Sustainability Assessment (LCSA). It consists on the assessment of nitrogenated mineral fertilizers and compost along their entire production life cycle. Finally, territorial planning perspective regarding compost use in horticulture and the combined use of nitrate polluted water as a source of rapid nitrogen are overviewed. In conclusion, this thesis is a relevant step towards sustainability taken by compost production and application and offers a multidisciplinary approach of the system. Among others, future research should focus on: compost application in the long-term, alternatives for the allocation of compost burdens among crops, mineralization rates, potential drawbacks of compost application in LCA, suitable environmental impact categories for the assessment of compost application, and further development of sustainability tools.

Esta tesis doctoral trata sobre explorar y desarrollar procedimientos para poder incorporar herramientas de análisis espacial, y en concreto Sistemas de Información Geográfica (SIG o GIS en sus siglas en inglés), en una de las aproximaciones posiblemente más interesantes para estudiar temas de sostenibilidad: el Análisis Integrado Multi-Escala del Metabolismo de las Sociedades y Ecosistemas (MuSIASEM en sus siglas en inglés). En particular, estamos ante un ejercicio metodológico con el propósito de desarrollar, ensayar y proponer herramientas que puedan ser utilizadas para la evaluación integrada de la sostenibilidad de sistemas socio-ecológicos, y en concreto de sistemas rurales. Así pues, esta tesis combina discusiones a nivel teórico con casos de estudio prácticos. El desarrollo de una metodología robusta ha supuesto tratar con teorías sobre complejidad, mientras que las pruebas y calibraciones de los métodos resultantes requerían trabajo empírico con casos prácticos reales. Así pues, esta tesis se desenvuelve a través de tres partes principales: una primera parte introductoria que desarrolla la teoría, una segunda parte con tres casos de estudio y una tercera parte con reflexiones sobre las lecciones aprendidas respecto a la metodología. La primera parte está dividida en tres capítulos donde primero realizo una introducción general al contexto en que se basa y motiva esta tesis, un segundo capítulo en el cual explico la aproximación MuSIASEM, sus teorías de fondo y en donde justifico la elección del uso de esta aproximación frente a otras, y un tercer capítulo donde desarrollo la teoría y metodología general para analizar sistemas rurales probadas en la segunda parte. La segunda parte de la tesis contiene el núcleo de esta investigación aplicada; los tres casos de estudio. La primera aplicación se trata de un caso de estudio del Laos rural, donde desarrollo un sistema de contabilidad capaz de mover la información cuantitativa sobre el funcionamiento metabólico de ciertas tipologías de sistemas agrícolas a través de niveles y escalas, basándome en la información sobre uso del suelo y SIG. Este método cuantitativo puede escalar hacia arriba y hacia abajo la caracterización de elementos definidos a diferentes niveles jerárquicos de organización, los cuales pueden ser solo percibidos y representados en dominios descriptivos no equivalentes. El segundo caso de estudio fue realizado en Guatemala e incluyó trabajo de campo empírico. Allí, establecí un procedimiento para generar información geográfica a nivel local para ser utilizado en el análisis metabólico del sistema, para luego poder simular escenarios teniendo en cuenta los limitantes impuestos por la geografía de la zona. El tercer caso de estudio es más complejo, pues se trata de un análisis de la Isla de Mauricio, en el cual se integran muchas dimensiones y escalas (energía, alimentos, agua, dinero, uso del suelo, actividad humana), y se generan y analizan datos a través del uso de SIG y teledetección para simular posibles escenarios de desarrollo. La parte final de la tesis desarrolla primero algunas reflexiones sobre el ámbito particular de esta tesis (el uso de SIG en MuSIASEM), y por último un capítulo concluyendo con algunas observaciones teóricas. / This doctoral dissertation is about exploring and developing procedures making it possible to incorporate spatial analytical tools, and more concretely Geographic Information Systems (GIS), into one of the most interesting approaches to study sustainability issues: the Multi-Scale Integrated Analysis of Societal and Ecosystem Metabolism (MuSIASEM). In particular, this is a methodological exercise having the goal to develop, test and propose tools that can be used for the integrated assessment of the sustainability of socio-ecological systems, and more specifically rural systems. Therefore, this thesis combines both theoretical discussions and practical case studies. The development of a robust methodology required dealing with the theory of complexity, whereas the test and calibration of the resulting methods required ground-based with empirical work. Thus, the dissertation goes through three main parts: an introductory part developing the theory, a second part with the three case studies and a third part with the conclusive reflections on the lessons learned about the methodology. The first part is divided in three chapters where I firstly make a general introduction to the context motivating this thesis, a second chapter in which I explain the MuSIASEM approach, the background theories and I justify why I have chosen this approach rather than others, and a third chapter where I develop the general theory and methodology to analyse rural systems tested in the second part. The second part of this dissertation contains the core of the applied research; the three case studies. The first application is a case study of rural Laos, where I develop a system of accounting capable of handling the quantitative information about the metabolic performance of typologies of farming systems across levels and scales based in the land use and GIS information. This quantitative method can scale-up and scale-down the characterization of elements defined on different hierarchical levels of organization, which can only be perceived and represented on non-equivalent descriptive domains. The second case study was undertaken in Guatemala and it included empirical field work. There, I established a procedure to generate geographic information at local level to be used for the metabolic analysis of the system, in order to later simulate scenarios taking into account geographic constraints. The third case study is more complex, it is an analysis of Mauritius Island integrating many dimensions and scales (energy, food, water, money, land use, human activity) and handling data through the use of GIS and remote sensing to simulate possible scenarios of development. The final part of the dissertation develops some reflections about the particular scope of this thesis (the use of GIS in MuSIASEM), and a last chapter of concluding theoretical remarks.

El canvi global és un procés de caràcter global, amb una complexitat que en fa necessari l’estudi a múltiples escales, incloent-hi la local. La conca mediterrània és una regió especialment apropiada per al seu estudi, on històricament s’ha produït una important interacció entre societat i medi, responsable de la seva actual diversitat de paisatges. A partir del segle XIX, i especialment durant el segle XX, les zones de muntanya de Catalunya i de la Mediterrània en general han experimentat grans canvis socioeconòmics, derivats de la transició des d’una societat rural cap a una societat industrial, que han resultat en l’abandonament del poblament dispers i les activitats primàries associades en favor de les zones urbanes industrialitzades. Aquests canvis es plantegen com a responsables d’importants transformacions socioecològiques, actuant com a forces inductores del canvi d’usos i cobertes del sòl i de les transformacions paisatgístiques. La ubicació biogeogràfica de l’àmbit d’estudi, entre les serralades del Montnegre i del Montseny és molt apropiada per a l’estudi del canvi global a escala local. La dualitat entre el poblament dispers de l’àmbit d’estudi, vinculat a les activitats primàries, i la vila de Sant Celoni, històricament vinculada a les activitats artesanes i comercials, esdevé de gran interès per a estudiar el procés d’industrialització. Per a l’anàlisi d’aquests processos s’ha partit d’una perspectiva històrica holística i interdisciplinària, que permetés integrar el component socioeconòmic i el component biofísic dels sistemes socioecològics en un marc temporal ampli. La quantificació i la representació cartogràfica dels canvis en els usos de cobertes del sòl entre 1956 i el 2010 ha estat un dels eixos centrals d’aquest treball, que s’ha complementat amb les dades procedents de la documentació fiscal (amillaraments) disponible per a l’àmbit d’estudi a mitjans del segle XIX. Els resultats cartogràfics obtinguts per a 1956 i 2010 han permès analitzar els canvis en la configuració paisatgística producte del canvi d’usos i cobertes. El procés més destacat és la important disminució de les cobertes agrícoles, responsable d’una pèrdua d’espais oberts, i associat a la regressió de les activitats primàries. En canvi, les cobertes associades als usos residencials i industrials han crescut de forma destacada resultat del creixement industrial i demogràfic de Sant Celoni i d’un procés de suburbanització a escala de la regió metropolitana de Barcelona. Una de les conseqüències de la regressió de les activitats primàries és la pèrdua del patrimoni socioecològic associat, resultat de la interacció entre els éssers humans i el medi. En aquest treball s’ha estudiat aquest patrimoni, vinculat a un marc espacial i temporal determinat, i inscrit en una determinada cosmovisió, que el procés d’industrialització ha debilitat i transformat. Partint d’aquest context, l’objectiu principal d’aquesta tesi és descriure i analitzar els components del procés de Canvi Global a una escala local, prenent com a cas d’estudi el municipi de Sant Celoni. / Global change is a global process whose complexity requires multiple scales of study, including the local one. The Mediterranean region is particularly suitable for it, because historically there has been a significant interaction between society and environment, responsible for its current landscape diversity. Since the nineteenth century, and especially during the twentieth century, the mountain areas of Catalonia and the Mediterranean have experienced major socio-economic changes, related with the transition from an agrarian society to an industrial one, which have caused the abandonment of the dispersed farmhouses and its associated agrarian activities in favor of industrialized urban areas. These changes are considered to be responsible for important socioecological transformations, acting as driving forces of land use and land cover changes as well as landscape transformations. The biogeographical location of the study area, between the Montseny and the Montnegre mountains, is well suited for the study of global change at a local level. The duality between the dispersed farmhouses and the town of San Celoni, historically linked to craftwork and trade, becomes of great interest in order to study this industrialization process. For the analysis of these processes, a holistic and interdisciplinary historical perspective is required, allowing to integrate the socioeconomic and biophysical components of socioecological systems. Quantification and cartographic representation of changes in land use land cover between 1956 and 2010 was one of the central aims of this thesis, which has been compared with data from tax documentation (amillaraments) available for the study area in the mid-nineteenth century. The maps obtained for 1956 and 2010 allowed to analyze changes in land use and land cover, and changes in landscape configuration. The most important process detected is the significant reduction of crops, related with the regression of the primary sector, and responsible for the loss of open spaces. However, land covers associated with residential and industrial uses have grown as a result of the industrialization and the population growth of Sant Celoni, as well as suburbanization processes at a metropolitan region scale. One consequence of the decline of the primary activities is the loss of its associated socio-ecological heritage, which results from the interaction between humans and the environment. In this study, it has been considered that this heritage is linked to a particular spatial and temporal context, and embedded in a particular worldview, weakened and transformed by industrialization. In this context, the main objective of this thesis is to describe and analyze the components of Global Change at a local scale, taking the municipality of Sant Celoni as a case study.

En aquesta tesi s’ha desenvolupat un model de transport reactiu que integra tots els processos principals i secundaris que afecten la desnitrificació in situ induïda a diferents escales de treball. Així, l’eina obtinguda relaciona els processos biològics induïts quan s’afegeix un donador d’electrons a l’aqüífer amb els processos geoquímics (interacció aigua-roca) i la geoquímica dels isòtops. A la primera part de la tesi (Capítol 2) és on s’ha desenvolupat el model conceptual i on s’han establert les relacions que existeixen entre la microbiologia i la geoquímica prèvia de l’aqüífer a escala de batch. D’altra banda, també s’ha desenvolupat el model conceptual de tota la geoquímica isotòpica associada al procés (δ15N-NO3-; δ18O-NO3- i δ13C-DIC incorporant tota la geoquímica del δ13C). En aquest sentit, s’ha desenvolupat un dels models biogeoquímics més complets de la literatura relacionats amb la desnitrificació in situ induïda. El model s’ha calibrat emprant dos experiments a escala de batch realitzats amb etanol i glucosa com a fonts de carboni externa. En tots dos casos, s’han obtingut molt bons ajustos amb les dades experimentals. A més, el model també incorpora l’acumulació de nitrit en el cas de l’experiment de la glucosa. L’avaluació dels processos geoquímics induïts per l’EIB ha posat de manifest que en funció de la font de carboni s’indueixen processos de precipitació (en el cas de l’etanol) i processos de dissolució de carbonats (en el cas de la glucosa). Aquests dos processos poden alterar la velocitat de l’aigua i crear importants problemes operacionals durant l’EIB. També s’han incorporat els processos de fraccionament isotòpic del nitrat millorant l’avaluació de l’abast de la desnitrificació en els models a escala de camp. Un cop elaborat el model biogeoquímic que estableix el model conceptual que quantifica les interaccions entre els diferents processos que hi intervenen, el model s’ha escalat a un cas de desnitrificació induïda a escala de camp en un aqüífer fracturat (Roda de Ter (Osona, Espanya)). En aquest apartat de la tesi (Capítol 3), s’ha perseguit avaluar quin era l’impacte del canvi d’escala en els paràmetres biogeoquímics. A més a més, també s’ha determinat el canvi de porositat induïda per la precipitació de calcita. Finalment, la incorporació dels isòtops al RTM ha permès comparar qualitativament i quantitativament l’extensió dels processos de desnitrificació calculats pel RTM i per l’equació de Rayleigh. Els resultats demostren que l’equació de Rayleigh descriu bé, en termes qualitatius, l’extensió de la desnitrificació, però en general la subestima entre un 60 i un 80%. Finalment, un cop avaluada l’aplicabilitat del model tant a escala de batch com a l’escala de camp, s’ha desenvolupat un model que reprodueix diferents escenaris d’injeccions de carboni orgànic en un experiment de columna de llarga durada considerant els canvis sobre les propietats hidràuliques produïts pel creixement microbià. Així, s’ha determinat que el creixement del biofilm va augmentar set cops la dispersivitat, augmentant, per tant, la heterogeneïtat del sistema i, conseqüentment, es va produir un canvi del model conceptual del flux i del transport del transport normal al transport no-Fickià. Aquesta transició es va caracteritzar emprant un model de transferència simple de massa. A més a més, el model de llarga durada ha permès determinar que freqüències d’injecció més espaiades en el temps produeixen un impacte menor en les propietats hidràuliques del medi. A més a més, les estratègies d’injecció amb la relació Carboni:Nitrogen per sota de l’estequiomètrica es poden emprar per a minimitzar el risc de bioclogging mantenint les taxes de degradació, sempre i quan hi hagi una població important de microorganismes. / In this thesis, an integrated reactive transport model has been developed that takes into account microbiology, geochemistry, and isotope geochemistry. The first section of the thesis (Chapter 2) addresses the development of a biogeochemical model with isotope geochemistry. The goal of this chapter is the setup of the conceptual relationships among microbiology, geochemistry, and isotope geochemistry (δ15N-NO3-, δ18O-NO3-, δ13C-DIC, and all geochemistry of δ13C) during Enhanced in situ Biodenitrification. Thus, one of the most complete biogeochemical models in the literature of EIB has been developed. The model was validated with a batch-scale biodenitrification experiment using groundwater and sediment from a Roda de Ter (Osona, Spain) site and two different external organic carbon sources, i.e., ethanol and glucose. In both cases, the model fit notably well with the experimental data. Moreover, the developed model also incorporated the nitrite accumulation observed in the glucose experiment. Consideration of the water-rock interaction in the model determined that if ethanol is used as an organic carbon source, carbonate mineral precipitation is induced, whereas if glucose is used, carbonate mineral dissolution is observed. Moreover, nitrate isotope incorporation facilitated the determination of the extent of denitrification at the field scale. Finally, the incorporation of a carbon isotope flow in the model was another tool used to verify the full consistence of the model due to the central role of inorganic carbon in biodenitrification and water-rock interactions. Moreover, modeling of carbon isotope flow showed that both ethanol and glucose were inversely fractionated. After the conceptual model was carried out, it was applied to an Enhanced in situ Biodenitrification application in fractured media (also Roda de Ter (Spain)). The main goal of this chapter is to incorporate the groundwater flow equations into a previously develop biogeochemical model and to validate it in media with a complex hydrogeology. It was observed that certain batch parameters can be used directly in the field (maximum consumption rate of electron donor (kmax) and stoichiometric relationships) and that the other parameters (saturation constants (Ks) and decay (b)) should be adapted, but the modifications involved less than one order of magnitude. Moreover, the induced calcite precipitation caused a change of porosity of less than 3%. As a secondary goal, the use of the Rayleigh equation to determine the extent of EIB was also verified from a practical perspective. The model demonstrated that the Rayleigh equation underestimated the percentage of degradation by approximately 60-80% and increasingly at the fringes of the plume. Chapter 4 focuses on a model that reproduces the system under different injection conditions and with the presence of important biofilm growth. This chapter evaluates how different feeding strategies modify the hydraulic properties of the media. It was observed that a weekly feeding strategy did not modify the hydraulic properties of the media, whereas daily feeding significantly modified the dispersivity. These changes in dispersivity implied an increase in heterogeneity and a consequent change in the conceptual model of flow transport along the column from normal to non-Fickian. This transition was well characterized using a single-rate mass transfer model. Moreover, the long-term model demonstrated that use of a feeding strategy with less carbon than predicted by stoichiometry implied a reduction of biomass without a reduction in nitrate degradation rates (because of the presence of an important biomass population). Overall, the elaboration of this thesis has contributed to the knowledge of all processes involved in Enhanced in situ Biodenitrification and their quantification using numerical models. The developed model will allow improvement in the design, planning, monitoring and optimization of this technology at the field scale.

Les invasions biològiques no són noves, però l'acceleració i la intensificació d'activitats humanes com el comerç global, el turisme i les migracions han estat acompanyades del transport intencionat o involuntari d'espè cies a regions llunyanes a les seves àrees de distribució naturals. Algunes d'aquestes espècies transportades poden esdevenir invasores, i algunes d'aquestes invasores poden ocasionar tant impactes ecològics com socioeconòmics. A causa de l'acceleració i la intensificació de les invasions biològiques, i de les seves conseqüències adverses, aquest fenomen és considerat actualment un dels majors components del canvi global. Aquesta tesi tracta els factors que expliquen els patrons de distribució d'espècies de plantes exòtiques a escala regional. Aquesta escala és una de les menys explorades en la biologia de les invasions biològiques possiblement perquè depèn de la qualitat de la base de dades de partida. S'ha explorat la distribució de les plantes invasores a Espanya segons el Atlas de las plantas alóctonas invasoras de España i s'ha trobat que les àrees més envaïdes estan prop de la costa en zones molt antropitzades i que les plantes més amplament distribuïdes són dispersades pel vent. La dispersió pel vent i la reproducció clonal també expliquen diferències en la velocitat d'expansió de cada espècie. L'amplitud del nínxol ecològic de les plantes invasores també depèn d'aquestes i d'altres característiques vitals com la longevitat. Hi ha un gran solapament de nínxols entre espècies, fet que explica que les espècies, tant les més amplament distribuïdes com les més rares es trobin concentrades en certes àrees del territori. A escala de Catalunya també s'ha trobat que la riquesa d'espècies de plantes exòtiques a escala local ve explicada per variables de paisatge i climàtiques diferents de les que expliquen la riquesa d'espècies natives. Tots aquests resultats centren les bases per poder predir tant el risc del grau d'invasió per espècies exòtiques sota diferents condicions ambientals, per exemple de canvi climàtic, com quines espècies que encara no han estat introduïdes poden ser les més invasores. / Invasions are not novel but the acceleration and intensification of human activities such as global trade, tourism and people migration has been accompanied by the intentional or unintentional transport of species to regions far from their natural ranges. Some of these transported species might become invasive, and some can cause ecological and socioeconomic impacts. Due to the acceleration and intensification of the biological invasions phenomena, and their adverse consequences, they are considered as a major component of global change. This thesis accounts for the factors that can explain species distribution patterns at regional scale. This scale-level is one of the less explored in the biological invasions biology because it depends on the quality of the databases. We have explored the distribution of the invasive plants in Spain according to the Atlas of Alien Plant Species in Spain and we have found that coastal and highly humanized areas are the most invaded, and that the species dispersed by wind are those with wider distribution range size. Wind dispersal and clonal reproduction also explain differences in the rate of spread of each species. Ecological niche breadth also depends on these and other traits such as longevity. There is a high niche overlapping among species, what explain that both broadly distributed species and restricted species are concentrated in certain areas (hot-spots). At Catalonia's level, we have also found that the alien species richness at local scale can be explained by landscape and climatic factors, different from the factors that explain native species richness. All this results are the basis for a future invasion risk prediction from the point of view of the regional level of invasion under different environmental conditions, for example climate change, and from the point of view of the species under the pressure of new species introductions.

Aquesta tesi fa una contribució al tractament de les limitacions en les dades de biodiversitat, presències d'espècies, per a produir mapes útils en la conservació de la biodiversitat mitjançant l'ús dels models de distribució d'espècies (SDM). La tesi es concentra en les espècies d'interès per a la conservació (EIC) i les espècies exòtiques invasores (EEI) ja que representen dos objectius complementaris: preservar valors i evitar amenaces. Les àrees protegides són una eina clau en la protecció de la biodiversitat. El seguiment dels canvis en els seus límits és també un repte en la gestió de la informació. Aquesta tesi proposa un sistema d'informació per al seguiment de la protecció de la biodiversitat, lligant així l'anàlisi dels patrons espacials de la mateixa amb la seva protecció. La conservació de la biodiversitat necessita dades de presència d'espècies i eines analítiques per tal de generar coneixement sobre el qual basar polítiques de conservació. La majoria de dades són problemàtiques: escasses, esbiaixades, no extensives, de baixa resolució i amb problemes d'exactitud. Els avenços recents en estadística, informàtica i tecnologies de la informació han posat a disposició dels investigadors un ampli ventall d'eines per afrontar aquest problema; els SDM en són una. Primer s'analitza l'ús dels SDM per a generar mapes de distribució d'EIC quan se'n coneix la seva àrea d'extensió (EOO) i les dades de presència són escasses però de qualitat alta. S'han utilitzat set plantes vasculars endèmiques de l'oest de la Mediterrània com a cas d'estudi. Per tal d'avaluar la conservació i protecció de les espècies es poden utilitzar mapes potencials d'idoneïtat (MPI) en combinació amb l'EOO. En segon lloc, s'ha explorat l'ús de les dades existents en bases de dades de biodiversitat per a la conservació. La majoria d'aquestes dades són a resolucions massa grolleres per a ser usades en planificació de la conservació mentres que les dades de resolució fina són escasses. Es poden generar mapes vàlids de resolució fina combinant ambdós tipus de dades; utilitzant les, grolleres per a fer una segona validació. S'han utilitzat deu EEI com a cas d'estudi. Finalment, es proposa un sistema d'informació orientat al seguiment temporal de l'àrea total protegida (indicador de la protecció de la biodiversitat). El sistema pot fer el seguiment dels canvis en els límits de les àrees protegides al llarg del temps i també dels canvis que es produeixen durant el procés de tramitació legal. El sistema pot servir d'ajut en l'avaluació del grau de protecció de la biodiversitat i en descobrir les raons socio-econòmiques que governen la delineació dels límits. Malgrat tots els problemes que presenten les dades de presència d'espècies, els SDM representen una valuosa eina per a generar mapes útils en la conservació de la biodiversitat. Tot i així, en el cas de dades de qualitat pobre o desconeguda és necessari disposar d'un altre conjunt de dades que serveixi de referència per validar-los. D'altra banda, quan existeixen dades de qualitat disponibles, els models resultants poden ser acceptats com a la millor aproximació disponible a la distribució de l'espècie. Les assumpcions són inherents als SDM. Quan es desconeix la incertesa de les dades, l'única via possible és actuar amb rigor i utilitzar els resultats com a les millors estimacions possibles; una solució millor que no tenir cap mena d'informació. No fer-ho així implicaria haver de descartar tota aquesta riquesa d'informació. La conservació de la biodiversitat no es pot permetre esperar a que existeixin dades perfectes. Un ús raonat de les dades i de les tècniques de modelització disponibles pot donar valor a les dades existents de biodiversitat per tal d'oferir productes d'informació vàlids per a la conservació. / This dissertation makes a contribution on how to deal with constraints in biodiversity data, species' occurrences, for producing maps useful in conservation planning and management by the use of species distribution modelling (SDM). It concentrates on the distribution modelling of species of conservation interest (SCI) and of invasive alien species (IAS) since they can be aimed at two complementary objectives: preserving values and avoiding threats. Protected areas represent a crucial tool in the protection of biodiversity while keeping track of changes in their boundaries represent an information management challenge. This dissertation proposes an information system as a tool for monitoring biodiversity protection, bridging the analysis of spatial patterns of biodiversity with its protection. Biodiversity conservation needs data on species' occurrences and analytical tools in order to gain knowledge on which to base wise policies. Most data at hand are problematic: scarce, biased, not extensive, often at coarse resolutions and with accuracy problems. However, recent advances in statistics, computer science and information technologies have provided researchers with a plethora of tools to tackle this problem. SDM offers a wide array of statistical analysis and algorithms aimed at different kinds of species' occurrence data and research objectives. This dissertation first analyzes the use of SDM to generate range maps of SCI distribution when the species' Extent of Occurrence (EOO) is well-known and there is scarce, but of high quality, occurrence data. Seven endemic vascular plants of the western Mediterranean are used as an example. Derived binary maps of potentially suitable areas (PSA) in combination with the EOO can be used to assess species' conservation and protection. Valuable information for conservation assessment (PSA, EOO, Areas of Occupancy, degree of protection) is provided for this set of species. Second, the use of already existing data in biodiversity databases for conservation is explored. Most of these data are at resolutions too coarse to be useful in conservation planning while fine-resolution data are scarce. By combining both sets, coarse and fine, fine-resolution reliable maps for conservation planning can be produced. Abundant reliable coarse resolution data can be used to cross-scale validate distribution maps generated at finer resolution with scarce dubious data. Ten IAS are used as a study case. The spread of IAS is an important factor affecting native biodiversity. Maps of vulnerable areas to invasion are needed in biodiversity conservation. Finally, an information system aimed at monitoring protected area coverage over time, a surrogate indicator of biodiversity protection, is proposed. It can keep track of historical changes in protected areas' boundaries as well as interim changes made during the legal approval administrative process. The system can help in assessing biodiversity protection and in discovering the socio-economical reasons that govern the delineation of protected areas' boundaries. Despite the many problems that species' occurrence data have, SDM tools represent a valuable asset for providing distribution maps useful in conservation. However, in the case of poor or unknown quality data, a target benchmark on which to compare is always necessary. On the other hand, when good quality data is available, resulting models can be accepted as our best approximations to species' ranges. Assumptions are inherent to SDM. When uncertainty is unknown, the only way out is to be as rigorous as possible and use results as our best educated guesses; a better solution than not having any information. Not doing so would render all this wealth of information useless. Conservation can not afford waiting for perfect data. Sensible use of data and modelling techniques at hand can give value to existing biodiversity data in providing good information tools for conservation.