La pèrdua, fragmentació i transformació dels hàbitats representen una gran amenaça per a la biodiversitat en els ecosistemes terrestres d'arreu del món, desencadenant tant extincions com colonitzacions amb un resultat incert en la composició i la riquesa d'espècies. Els retards de diverses dècades, coneguts com a deute d'extinció i crèdit de colonització, són habituals després dels canvis en els usos del sòl. No obstant, hi ha una manca d'estudis que abordin l'ensamblatge de comunitats tenint en compte tant el deute d'extinció pels especialistes de l'hàbitat previ com el crèdit de colonització pels especialistes del nou hàbitat. L'objectiu d'aquesta tesi és, per tant, abordar les causes i els mecanismes dels efectes diferits del canvi en l'hàbitat i el paisatge sobre les comunitats vegetals en prats calcaris semi-naturals en ambients mediterranis des d'una aproximació inclusiva, tenint en compte tant els canvis en la riquesa com en la composició d'espècies i els seus retards potencials. El deute d'extinció i el crèdit de colonització han estat quantificats després de diverses dècades de canvis en l'hàbitat, i les seves causes han estat investigades (Capítol 1). Amb l'objectiu de desentrellar els processos que hi ha darrere els canvis de la comunitat, s'han investigat els patrons i causes de les extincions i colonitzacions d'espècies que ja s'han donat, a través dels dos components de la β-diversitat: recanvi d'espècies i diferències de riquesa (Capítol 2). D'altra banda, el paper dels atributs de les plantes com a mediadors de l'extinció d'espècies de l'hàbitat previ (Capítol 3), i els mecanismes poblacionals i individuals del retard en l'extinció d'un dels especialistes de prat més freqüents (Aphyllanthes monspeliensis; Capítol 4) han estat abordats després del canvi en l'hàbitat. Els estudis s'han dut a terme a les muntanyes del sud de Catalunya (nord-est de la Península Ibèrica), on la forestalització s'ha donat com a conseqüència de la reducció en la pastura durant la segona meitat del segle XX. Tot i que han passat més de 50 anys des de l'inici d'aquest procés de forestalització dels prats, s'ha detectat un important deute d'extinció per als especialistes de prat i crèdit de colonització per als especialistes de bosc. El deute d'extinció també ha estat confirmat per l'especialista de prat A. monspeliensis, ja que la seva abundància depèn de la connectivitat passada però no de l'actual. A més a més, un efecte rescat des dels prats circumdants i un lent decaïment vegetatiu i reproductiu després del deteriorament de l'hàbitat han estat identificats com a mecanismes que afavoreixen el deute d'extinció. El crèdit de colonització de les plantes de bosc, al seu torn, probablement es manté per una limitació de la dispersió. Tot i que la riquesa ha canviat poc després de la forestalització, sí que s'ha donat un elevat recanvi d'espècies per al conjunt de la comunitat, fruit d'extincions i colonitzacions idiosincràtiques dels especialistes de prat i de bosc, respectivament. No obstant, mentre la fragmentació de l'hàbitat ha afectat negativament alguns especialistes de prat, no s'ha trobat un paper important dels atributs de les plantes en la mediació de les extincions per a aquest grup. S'espera que la pèrdua generalitzada d'espècies de prat i el guany generalitzat d'espècies de bosc, que resulten del pagament del deute d'extinció i el crèdit de colonització, continuïn a l'àrea d'estudi fins i tot en el cas que no avancés el procés de forestalització. / Habitat loss, fragmentation and transformation are major threats for biodiversity in terrestrial ecosystems worldwide, driving both species extinctions and colonisations with an uncertain outcome on species composition and richness. Time lags of several decades, known as extinction debt and colonisation credit, often occur after land-use change events. Nevertheless, there is a lack of studies addressing community assembly taking into account both extinction debt for habitat specialists of the former habitat and colonisation credit for habitat specialists of the new habitat. The aim of this thesis is, therefore, to address the drivers and mechanisms of time-lagged effects of habitat and landscape change on plant communities in semi-natural Mediterranean calcareous grasslands from a comprehensive approach, taking both changes in species richness and composition and their potential time lags into account. Extinction debt and colonisation credit are quantified after several decades of habitat change, and their drivers are investigated (Chapter 1). In order to disentangle the processes behind community change, the patterns and drivers of species extinctions and colonisations that already occurred are investigated through the two components of β-diversity: species replacement and richness differences (Chapter 2). Moreover, the role of plant traits in mediating extinctions of species of the former habitat (Chapter 3), and the population and individual-level mechanisms of extinction delay for one of the most frequent grassland specialists (Aphyllanthes monspeliensis; Chapter 4) are assessed after habitat change. The studies were conducted in the southern mountains of Catalonia (northeastern Iberian Peninsula), where forest encroachment occurred following grazing reduction during the second half of the 20th century. Although more than 50 years elapsed since the beginning of forest encroachment into these grasslands, both an important extinction debt for grassland specialists and colonisation credit for forest specialists are detected. Extinction debt was also confirmed for the grassland specialist A. monspeliensis, since its abundance depends on historical but not current connectivity. In addition, a rescue effect from surrounding grasslands and a slow vegetative and reproductive decay after habitat deterioration were identified as mechanisms enhancing extinction debt. Colonisation credit of forest plants, in turn, was probably maintained by dispersal limitation. Although species richness changed little after forest encroachment, high species replacement for the whole community occurred, resulting from idiosyncratic grassland specialists' extinctions and forest specialists' colonisations. However, while habitat fragmentation negatively affected some grassland specialists, no clear role of plant traits was found in mediating extinctions of this group. A generalised loss of grassland species and gain of forest species, resulting from the payment of extinction debt and colonisation credit, is expected to continue in the studied area even if no further forest encroachment occurs.

El agua es un recurso esencial y vector fundamental para el desarrollo sostenible. La falta de acceso a agua potable tiene impactos clave en la salud, la economía y la educación, especialmente en poblaciones vulnerables. Sin embargo, el acceso no garantiza un nivel adecuado de servicio, asequible, equitativo y universal. Importantes esfuerzos en el ámbito internacional han impulsado la agenda para mejorar el acceso a agua potable, especialmente en las zonas rurales donde históricamente los niveles de acceso han sido más bajos y su distribución más desigual. Varios modelos de gestión pública y privada del agua se han promovido en los países de América Latina y el Caribe (ALC). Tradicionalmente la gestión comunitaria ha sido el enfoque más común en las zonas rurales con apoyo de gobiernos e instituciones internacionales con resultados mixtos. El acceso a agua potable en ALC ha mejorado significativamente en las últimas décadas, alcanzando los Objetivos de Desarrollo del Milenio. Sin embargo los retos siguen siendo enormes. La sostenibilidad es una tarea pendiente para garantizar un nivel óptimo de servicio en el largo plazo, con estrategias que garanticen las dimensiones ambiental, institucional, de gestión, financiera, técnica y social de la sostenibilidad de los sistemas. Este estudio se basa en una extensa revisión de literatura sobre agua rural en ALC y la evolución de su gestión bajo varios modelos. También se presenta un análisis exhaustivo sobre sostenibilidad en el sector agua y las herramientas para su medición. El análisis de más de 1.100 indicadores muestra que las dimensiones institucional, de gestión, técnica y financiera reúnen entre el 21 y 23 por ciento de los indicadores definidos en los 29 instrumentos para medir sostenibilidad evaluados. Los aspectos ambientales son los menos reconocidos, con un 4 por ciento. El estudio de caso en 100 comunidades rurales de Paraguay combina la teoría sobre indicadores para medir sostenibilidad con un enfoque práctico. La información disponible se completó con una encuesta de seguimiento a una muestra de usuarios y 100 juntas de saneamiento, junto con la evaluación técnica de los sistemas de agua. Los resultados muestran un alto nivel de servicio en casi las 100 comunidades, con una alta probabilidad de sostenibilidad en el largo plazo debido sobretodo a los altos niveles de gestión y el capital social en las comunidades. Los principales desafíos para la sostenibilidad de los sistemas de agua están relacionados con la calidad de la fuente – afectada negativamente por el cambio climático y la falta de normativa para controlar su uso – y la falta de capacidad para ampliar los sistemas de agua, principalmente a nivel financiero. El valor cultural del agua es un aspecto clave en la disposición a pagar y en la gestión responsable del sistema, así como el apoyo constante del gobierno paraguayo al sector del agua rural a cargo del Ministerio de Salud a través de una institución autónoma específica (SENASA). El estudio confirma que los desafíos en la medición de la sostenibilidad en los sistemas rurales de agua y en el desarrollo de un marco común son enormes. Los datos oficiales relativos al acceso a agua mejorada no reflejan los problemas de sostenibilidad que pueden poner en peligro las importantes inversiones en infraestructura nueva y rehabilitada. La participación de la comunidad para hacer frente a estos desafíos es clave, pero otras condiciones deben ser también garantizadas. La disponibilidad de indicadores apropiados para medir sostenibilidad es esencial para entender los porqués, los cómos y los quiénes son los responsables en asegurar la sostenibilidad de los sistemas. A partir de ahí, los gobiernos deben priorizar estrategias para mejorar en última instancia el bienestar de la población. / Water is an essential resource and a fundamental vector in sustainable development. The lack of access to improved water resources has important impacts on health, economy, and education, especially for the most vulnerable populations. However, access does not guarantee an appropriate level of service that is affordable, equitable, and universal. Significant efforts in the international arena have pushed the agenda to improve access, especially in rural areas where levels of access have been historically lower and unevenly distributed. Several models of water management, embracing both public and private sector participation, have been promoted in countries in Latin America and the Caribbean. Traditionally, community-based management has been the most common approach in rural areas, supported by governments and international aid institutions, although results have been mixed. In Latin American and the Caribbean levels of access to improved water resources have improved significantly in recent decades, achieving and surpassing the Millennium Development Goals. However, challenges are still enormous. Sustainability is a target that must be hit in order to ensure an optimal level of service in the long-term, with strategies that guarantee the environmental, institutional, management, financial, technical, and social dimensions of a system’s sustainability. This research is based on an extensive review of literature on rural water, the current situation related to access in Latin America and the Caribbean, and the evolution of water sector management under different models. A probing assessment on sustainability in the rural water sector, on measurement tools, and on international experiences in water management has also been conducted. The analysis of more than 1,100 indicators shows that institutional, management, technical, and financial dimensions are associated with between 21 and 23 percent of the indicators defined in the 29 tools assessed. Environmental aspects, at a mere 4 percent, are the least common. The case study of 100 rural communities in Paraguay aims to combine theories on sustainability tools and indicators with a practical approach. Existing information was rounded out with a follow-up survey administered to a sample of users and 100 sanitation boards that manage the water systems, together with a water system assessment in each of the communities. Results show a high level of service in almost all of the 100 communities, with a high likelihood of long- term sustainability, which is due in large part to the high levels of management and social capital of the communities. The main challenges identified to ensure water sustainability were related with the quality of the source – negatively impacted by climate change effects and the lack of standards for controlling source use – and the lack of financial capacity to expand systems. The cultural value of water is a key aspect affecting user willingness to both pay and responsibly manage the system. The constant support of the Paraguayan government in the rural water sector through the Ministry of Health’s autonomous institution (SENASA) also plays a positive role. The study confirms that the challenges in measuring sustainability in rural water systems and in developing a common framework are enormous. Official data regarding access does not reflect sustainability problems, which can jeopardize significant investments in new and rehabilitated infrastructure. Community participation in addressing these challenges in the rural areas is strategic, but other conditions also require governmental support. Availability of data and appropriate indicators for measuring sustainability are the first steps to understanding the whys, the hows, and the whos involved. From there, national and sub-national governments should prioritize strategies for ultimately improving population welfare.

El páramo es un ecosistema presente en la alta montaña del Nuevo Mundo. En el páramo húmedo, el fuego y el pastoreo son perturbaciones antrópicas recientes que modifican el proceso de la sucesión-regeneración de la vegetación. El objetivo principal de esta Tesis Doctoral es la de cuantificar los efectos de dicha perturbación sobre la vegetación así como evaluar la capacidad de regeneración del ecosistema del páramo. La Tesis Doctoral se estructura en cinco grandes apartados que analizan los efectos del fuego y el pastoreo sobre (1) la estructura de la vegetación y el banco de semillas de la comunidad, (2) la cantidad de fitomasa epigea e hipogea de la comunidad de plantas, (3) la regeneración de comunidades características de chuscal y pajonal, y la regeneración de especies clave del páramo, como (4) el chusque (Chusquea tessellata) y (5) el frailejón (Espeletia grandiflora y Espeletia killipii). Los objetivos de esta Tesis Doctoral se han llevado a cabo mediante una combinación de estudios y experimentos durante los últimos años en distintos valles del Parque Nacional Natural de Chingaza en Colombia. Los resultados principales indican que los niveles intermedios de perturbación favorecen el incremento de especies en la vegetación en pie mientras que los niveles máximos de perturbación la disminuyen. En contraste, la densidad y riqueza del banco de semillas disminuye con la perturbación intermedia y aumenta con la perturbación fuerte donde se seleccionan especies que toleran el ramoneo y el pisoteo del ganado y que se pueden establecer en un suelo compactado. La perturbación disminuye la fitomasa epigea y la necromasa, aumenta la densidad aparente del suelo desde los sitios menos alterados hacia los sitios más alterados, y tiende a reducir la fitomasa de raíces. La perturbación recurrente transforma las comunidades iniciales en otras comunidades muy distintas, siendo la regeneración del pajonal mucho más rápida que la del chuscal. En general, el reestablecimiento de las especies nativas características requiere de largos periodos de descanso, que se calculan superiores a los 20 años. En el caso del chusque, la regeneración después del corte y el fuego muestra que el tratamiento de corte estimula la regeneración del tejido fotosintético, mientras que el tratamiento de corte y fuego estimula la formación de brotes. El tratamiento combinado de corte y fuego es muy agresivo y hace que la regeneración de fitomasa del chusque sea cuatro veces menor que cuando se ve afectado solamente por el corte. Finalmente, las dos especies de frailejón forman bancos de semillas transitorios y presentan dificultades importantes para el reclutamiento. En general, en zonas con historia de fuego, las tasas de crecimiento tienen mayor variación. De otra parte, Espeletia killipii es más vulnerable a la perturbación por fuego y pastoreo que Espeletia grandiflora, lo que puede explicar parcialmente la distribución más restringida de Espeletia killipii. Se destaca también que el perímetro del tronco de los frailejones es una variable muy importante para predecir el crecimiento, la reproducción y la supervivencia de los frailejones en su medio natural. La principal conclusión de esta Tesis Doctoral es que la perturbación por fuego y pastoreo provoca grandes e importantes cambios en la vegetación del páramo húmedo. Además, dichos cambios, que afectan a todos los niveles de las comunidades vegetales típicas del páramo mediante efectos directos o indirectos, parece que son muy difíciles de revertir o que requieren de un prolongadísimo tiempo de ausencia de perturbaciones. Las especies más características del páramo, por las cuales estos ecosistemas son muy conocidos, se ven seriamente afectadas por el fuego y el pastoreo y presentan una limitada capacidad de regeneración natural. Urgen medidas de gestión y conservación que permitan preservar estos ecosistemas únicos para las generaciones futuras. / The páramo is an ecosystem type that only occurs in the New World. In humid páramos, fire and grazing represent the most important human-induced disturbances affecting the succession-regeneration process of the vegetation. The main goal of this PhD Thesis is to quantify the effects of disturbance on the vegetation as well as the regeneration ability of the páramo. This PhD Thesis is structured in five blocks that analyze the effects of fire and grazing on (1) the structure of the vegetation and seed bank of the plant community, (2) the amount of above- and below-ground biomass at the community level, (3) the regeneration of typical plant communities of the páramo, such as the bamboo páramo and the bunch-grass páramo, and the regeneration of key plant species in the páramo, such as (4) the bamboo Chusquea tessellata and (5) the caulescent stem-rosette species Espeletia grandiflora and Espeletia killipii. The objectives of this PhD Thesis are addressed by combining field studies and experimental approaches during the several years in different valleys of the Chingaza Natural National Park in Colombia. The main results of this PhD Thesis indicate that intermediate levels of disturbance enhance plant diversity whereas high levels of disturbance reduce it. In contrast, seed density and species richness of the soil seed bank decrease with intermediate disturbance and increase with intense levels of disturbance. The results show that grazing-tolerant species are selected under a scenario of intense disturbance. In general, disturbance tends to reduce above-ground biomass and the amount of dead plant material, increases soil density, and decreases below-ground biomass. Recurrent disturbance induce important modifications in plant communities that eventually become quite different over time. It must be noted, however, that the bunch-grass páramo exhibits faster regeneration times than the bamboo páramo. At the species level, the recovery of key plant species of the páramo requires long periods of time without disturbance, which are calculated to be over 20 years. In the particular case of Chusquea tessellata, the clipping treatment stimulates leave production whereas the fire treatment enhances stem production. The combined treatment of clipping and fire on Chusquea tessellata individuals produces severe effects on the overall regeneration rates of the species. It is estimated that regeneration of Chusquea tessellata is four-fold lower when affected by clipping and fire than when affected by clipping only. Finally, the two causlescent stem-rosette species, i.e. Espeletia grandiflora and Espeletia killipii, have transient seed banks and limited recruitment rates of new individuals into populations. Generally speaking, both caulescent stem-rosette species exhibit higher variation in individual growth rates in areas traditionally affected by fire. Espeletia killipii is more vulnerable to fire and grazing than Espeletia grandiflora, which may partially explain the more restricted distribution range of the former caulescent stem-rosette species. It is noteworthy that stem perimeter appears to be an important plant trait to forecast growth, reproduction and survival rates of caulescent stem-rosette species in the wild. The main conclusion of this PhD Thesis is that disturbance mediated by fire and grazing provokes very important changes in the vegetation of humid páramos. On top of that, all levels of the plant communities of humid páramos seem to be affected by disturbance through direct or indirect effects. A total regeneration of the vegetation appears to be a complicated process that may requires very long periods of time without disturbance. The key plant species of humid páramos are seriously affected by fire and grazing and their natural regeneration ability is severely limited. It is clear that we urgently need effective conservation and management actions to preserve such unique ecosystems from uncontrolled human activities.

La contaminació atmósferica és un problema de salut pública que causa més de 380000 morts només a la Unió Europea. Un nombre important d’estudis epidimiològics durts a terme en els últims anys ha associat el material particulat atmosfèric (PM) amb la mortalitat i la morbilitat d’origen respiratori i cardiovascular. Així mateix, la investigació al voltant de les fonts i mecanismes implicats en aquesta associació és avui dia un dels camps més relevants en les ciències ambientals. Les fonts d'emissió i els processos fisicoquímics que regeixen la qualitat de l'aire varien ampliamene d'una regió europea a una altra, de manera que les conclusions sobre processos y fonts de particules atmosfèriques obtingudes per a ciutats del centre i nord d’Europa no poden ser directament aplicades a l’àrea del Mediterrani, on hi ha escassa informació a escala urbana sobre el nombre i la distribución de mides de particules i sobre dades en temps real d’especiació química. Per a aquest estudi, es va investigar en profunditat una estació de fons urbà situada a la ciutat de Barcelona, pertanyent a la costa Mediterrània. Per a això, es va comptar amb una extensa instrumentació que va proporcionar dades sobre nivells i composició de PM amb una alta resolució temporal que va permetre aportar nous coneixements sobre els principals processos i fonts que afecten els contaminants atmosfèrics en aquesta zona. El trànsit rodat és la font més important de partícules a Barcelona, amb les emissions del tub d'escapament representant al voltant del 40-45% de la massa de PM1. Aquesta font regeix la variació dels nivells de Black Carbon (BC), paràmetre al qual proposem com un precís traçador d'aquest tipus d'emissions i que ha de ser inclòs en les xarxes de control de qualitat de l'aire. L'anàlisi de les ràtios BC/CO, BC/NO2 i BC/NO en diferents ambients urbans europeus va mostrar una dependència d’aquests valors de les característiques especifiques de cada zona d'estudi, variant amb la distància al trànsit, la composició i antiguitat del parc de vehicles i la possible influència d'altres fonts de naturalesa carbonosa, com la crema de biomassa. L'avaluació de la variació horària de l'aerosol gruix (PM2.5-10) durant la intensiva campanya internacional DAURE va suministrar evidències de l'impacte dels treballs de construcció i demolició en la qualitat de l’aire. Aquestes activitats podrien augmentar fins a 8μgm-3 els nivells horaris de PM2.5-10 considerant valors mitjans anuals. Tot i que el contingut mineral d'aquesta font és similar al present en el material resuspès per trànsit, en el material d'origen regional o en el de les intrusions saharianes, i que no és possible associar tot l'increment de la fracció PM2.5-10 a les partícules resuspeses pel vent procedents d'aquestes activitats, la variació horària de Ca i S a la fracció gruixuda, considerats els principals traçadors dels treballs de construcció en estudis anteriors, permet demostrar l'impacte d'aquest tipus d'activitats. Les dades sobre el nombre de partícules (N) van ser analitzats durant la campanya DAURE, estudiant la relació entre les concentracions de N i BC, i dividint N en dos components (N = N1 + N2) mitjançant l'ús de la pendent mínima entre ambdós paràmetres. N1 representa les emissions procedents dels tubs d'escapament, més concretament emissions de material carbonós i de determinats compostos que nuclean/condensen immediatament després de la seva entrada en l'aire ambient. N2 es defineix com la component que constitueix la fracció secundària de partícules formades a partir de precursors gasosos, la fracció primària de fonts diferents al trànsit i/o partícules heretades en la massa d'aire. N2 representa el 40% de la concentració en nombre, variant del 37% durant les hores matinals de trànsit fins el 61% al migdia. Aquesta elevada contribució durant les hores centrals del dia ens va portar a realitzar el mateix analistes utilitzant dades recollides durant tot l'any 2009 i comparant els resultats obtinguts a Barcelona amb aquells recollits en altres cinc ciutats europees. Aquesta comparació va permetre concloure que el màxim de N al migdia només s'observava en ciutats del sud d'Europa, que en les hores centrals del dia disposen de: 1) alta radiació solar, 2) altes temperatures i 3 ) una contribució de SO2 procedent de la indústria i dels vaixells regida per la circulació de la brisa, tot això resultant en un increment dels processos de nucleació en aquestes latituds que donen lloc a un nombre elevat de partícules. La important contribució d'aerosols inorgànics secundaris a la massa de PMX, més gran que en altres ciutats europees amb nivells similars de NOX i SO2, va motivar l'estudi de les concentracions i fonts de NH3. Es van utilitzar dosímetres passius per tal de cobrir una extensa àrea de la ciutat de Barcelona durant les estacions d'estiu i hivern, obtenint concentracions molt elevades durant l’estiu. En aquesta estació els nivells van estar molt per sobre d'aquells mesurats en altres ciutats Europees. Els contenidors d'escombraries van ser el major responsable dels alts nivells, encara que també es va detectar un impacte considerable procedent de les emissions del trànsit. Els nivells més alts de NH3 foren mayoritariamete registrats al centre històric de la ciutat, situat al sud de Barcelona, en una àrea propera a la costa, des d'on el vent típicament transporta els contaminants durant les hores centrals del dia. Aquest transport de NH3, el principal precursor de partícules en l'atmosfera a través de la reacció amb els àcids de sofre i nitrogen, podria explicar al menys parcialment el màxim de N al migdia associat amb la formació d'aerosols inorgànics secundaris. La contribució anual de crema de biomassa al PM a escala regional va ser detectada quantificada per primer cop a Barcelona a partir de traçadors específics, concretament Levoglucosan, K+ i OC i l'aplicació del model Multilinear Engine 2 (ME-2). Aquesta anàlisi va resultar en una estimació del 3% per la contribució de crema de biomassa al PM10 i al PM2.5 i del 5% al PM1, aquests percentatges estan molt per sota dels obtinguts per altres ciutats del centre i nord d'Europa. Es va concloure que la contribució tenia un origen regional, ja que va mostrar una tendència horària característica amb màxims en el període nocturn, coincidint amb la brisa terra-mar. El risc d'exposició i la toxicologia de les partícules en les fraccions PM2.5-10 i PM0.1-2.5 es va avaluar mitjançant un enfocament multidisciplinar per obtenir una estimació de l'impacte en la salut de les diferents fonts d'emissió de Barcelona. Es van dur a terme dos tipus d'assaig complementaris per caracteritzar la capacitat de les diferents mostres de PM de generar estrès oxidatiu, obtenint resultats similars a aquells conclosos per altres ambients urbans amb altes emissions de metalls. Els resultats d'aquests assaigs es van correlacionar amb els obenidos de l'avaluació de risc de càncer de les diferents fonts d'emissió detectades a Barcelona a partir del model receptor Positive Matrix Factorization (PMF) i el programa ME-2, trobant-se un factor de correlació significatiu per la fracció PM0.1-2.5. Aquesta estimació de risc subestima l'impacte del trànsit ja que només es va tenir en compte la fracció particulada de les emissions urbanes, donada la no disponibilitat de mesures de les concentracions de VOCs, que s'espera que puguin elevar el risc de càncer estimat per a les emissions dels tubs d'escapament. A més, es van prendre quatre mesos de mesures en temps real de la superficie específica de les particules que dipositades al pulmó dificulten l'intercanvi gasós (lung deposited surface area, LDSA), obtenint una correlació molt significativa amb les concentracions de BC, assenyalant així al trànsit com el principal responsable de la variació diària d’aquest paràmetre en Barcelona. / La contaminación atmosférica es un problema de salud pública que causa más de 380000 muertes sólo en la Unión Europa. Un número importante de estudios epidemiológicos llevados a cabo en las últimas décadas ha asociado el material particulado atmosférico (PM) con la mortalidad y la morbilidad de origen respiratorio y cardiovascular. Así, la investigación sobre las fuentes y mecanismos implicados en esta asociación es hoy en día uno de los campos más relevantes en ciencias ambientales. Las fuentes de emisión y los procesos fisico-químicos que rigen la calidad del aire varían ampliamene de una región Europea a otra, por lo que las conclusiones sobre los procesos y fuentes de partículas atmosféricas obtenidas para ciudades del centro y norte de Europa no pueden ser directamente aplicadas al área del Mediterráneo, donde existe escasa información a escala urbana sobre el número y la distribución de tamaños de partículas, y sobre datos en tiempo real de especiación química. Para este estudio, se investigó en profundidad una estación de fondo urbano situada en la ciudad de Barcelona, en la costa Mediterránea. Para ello, se contó con una extensa instrumentación que proporcionó datos sobre niveles y composición de PM con una alta resolución temporal que nos permitió aportar nuevos conocimientos sobre los principales procesos y fuentes que afectan a los contaminantes atmosféricos en esta zona. El tráfico rodado es la fuente más importante de partículas en Barcelona, con las emisiones del tubo de escape representando alrededor del 40-45% de la masa de PM1. Esta fuente rige la variación de los niveles de Black Carbon (BC), parámetro que proponemos como un preciso trazador de este tipo de emisiones y que debería ser incluido en las redes de control de calidad del aire. El análisis de los ratios BC/CO, BC/NO2 y BC/NO en diferentes ambientes urbanos europeos mostró una dependencia de estos valores de las características específicas de cada zona de estudio, variando con la distancia al tráfico, la composición y antigüedad del parque de vehículos y la posible influencia de otras fuentes de naturaleza carbonosa, como la quema de biomasa. La evaluación de la variación horaria del aerosol grueso (PM2.5-10) durante la intensiva campaña internacional DAURE suministró evidencias acerca del impacto de los trabajos de construcción y demolición en la calidad del aire. Estas actividades podrían aumentar hasta en 8µg m-3 los niveles horarios de PM2.5-10 considerando valores medios anuales. A pesar de que el contenido mineral de esta fuente es similar al presente en el material resuspendido por tráfico, en el material de origen regional o en el de las intrusiones saharianas, y que no es posible asociar todo el incremento de la fracción PM2.5-10 a las particulas resuspendidas por el viento procedentes de estas actividades, la variación horaria de Ca y S en la fracción gruesa (considerados los principales trazadores de los trabajos de construcción en estudios anteriores), permitió demostrar el impacto de este tipo de actividades en nuestras mediciones. Los datos sobre el número de partículas (N) fueron analizados durante la campaña DAURE, estudiando la relación entre las concentraciones de N y BC, y dividiendo N en dos componentes (N=N1+N2) mediante el uso de la pendiente mínima entre ambos parámetros. N1 representa las emisiones procedentes de los tubos de escape, más concretamente emisiones de material carbonoso y de determinados compuestos que nuclean/condensan inmediatamente tras su entrada en el aire ambiente. N2 se define como la componente que constituye la fracción secundaria de partículas formadas a partir de precursores gaseosos, la fracción primaria de fuentes diferentes al tráfico y/o partículas heredadas en la masa de aire. N2 representa el 40% de la concentración en número, variando del 37% durante las horas matinales de tráfico hasta el 61% al mediodía. Esta elevada contribución durante las horas centrales del día nos llevó a realizar el mismo anális usando datos recogidos durante todo el año 2009 y comparando los resultados obtenidos en Barcelona con aquellos recogidos en otras cinco ciudades Europeas. Esta comparación permitió concluir que el máximo de N a mediodía sólo se observaba en ciudades del sur de Europa, que en las horas centrales del día cuentan con: 1) alta radiación solar, 2) altas temperaturas y 3) una contribución de SO2 procedente de la industria y/o de los barcos regida por la circulación de la brisa, todo esto resultando en un incremento de los procesos de nucleación en estas latitudes que dan lugar a un número elevado de partículas. La importante contribución de aerosoles inorgánicos secundarios a la masa de PMX, mayor que en otras ciudades europeas con niveles similares de NOX y SO2, motivó el estudio de las concentraciones y fuentes de NH3. Se utilizaron dosímetros pasivos para cubrir una extensa área de la ciudad de Barcelona durante las estaciones de verano e invierno, obteniendo concentraciones muy elevadas durante verano. En esta estación los niveles estuvieron muy por encima de aquellos medidos en otras ciudades europeas. Los contenedores de basura fueron el mayor responsable de los altos niveles, aunque también se detectó un impacto considerable procedente de las emisiones del tráfico. Los niveles más altos de NH3 fueron mayoritariamete registrados en el centro histórico de la ciudad, situado en el sur de Barcelona, en un área cercana a la costa, desde donde el viento típicamente transporta los contaminantes durante las horas centrales del día. Este transporte de NH3, el principal precursor de partículas en la atmósfera a través de la reacción con los ácidos de azufre y nitrógeno, podría explicaR al menos parcialmente el máximo de N a mediodía asociado con la formación de aerosoles inorgánicos secundarios. La contribución anual de quema de biomasa al PM a escala regional fue detectada y cuantificada por primera vez en Barcelona a partir de trazadores específicos, concretamente Levoglucosan, K+ y OC, y la aplicación del modelo receptor Positive Matrix Factorization (PMF) y el programa Multilinear Engine 2 (ME-2). Este análisis resultó en una estimación del 3% para la contribución de quema de biomasa al PM10 y al PM2.5 y del 5% al PM1, estos porcentajes están muy por debajo de los obtenidos para otras ciudades del centro y norte de Europa. Se concluyó que la contribución tenía un origen regional, ya que mostró una tendencia horaria característica con máximos en el periodo nocturno, coincidiendo con la brisa tierra-mar. El riesgo de exposición y la toxicología de las partículas en las fracciones PM2.5-10 y PM0.1-2.5 se evaluó mediante un enfoque multidisplinar para obtener una estimación del impacto en la salud de las diferentes fuentes de emisión de Barcelona. Se llevaron a cabo dos tipos de ensayo complementarios para caracterizar la capacidad de generar estrés oxidativo de las diferentes muestras de PM, obteniendo resultados similares a aquellos concluidos para otros ambientes urbanos con altas emisiones de metales. Los resultados de estos ensayos se correlacionaron con los obenidos de la evaluación de riesgo de cáncer de las diferentes fuentes de emisión detectadas en Barcelona a partir del modelo receptor PMF y el programa ME-2, encontrándose un factor de correlación significativo para la fracción PM0.1-2.5. Esta estimación de riesgo subestimó el impacto del tráfico ya que sólo se tuvo en cuenta la fracción particulada de las emisiones urbanas, dada la no disponibilidad de medidas de las concentraciones de VOCs, que se espera que puedan elevar el riesgo de cancer estimado para las emisiones de los tubos de escape. Asimismo, se tomaron cuatro meses de medidas en tiempo real de superficie específica de las partículas que depositadas en el pulmón, que dificultan el intercambio gaseoso (lung deposited surface area, LDSA), obteniendo una correlación muy significativa con las concentraciones de BC, señalando así al tráfico como el principal responsable de la variación diaria de este parámetro en Barcelona y por lo tanto, de potenciales efectos negativos respiratorios. / Air pollution is a major public health concern causing annually an estimated 380000 premature deaths in the European Union alone. A number of epidemiological studies carried out during recent decades have associated atmospheric particulate matter (PM) with cardiovascular and respiratory morbidity and mortality. Thus, investigation of the sources and mechanisms responsible for increasing PM concentrations in urban environments has become one of the most important fields of research in environmental sciences. The sources, dispersion and chemical processes governing air quality vary in each European region, so that, for example conclusions regarding atmospheric particle contamination reported for central and northern European cities cannot necessarily be directly applied to the Mediterranean area, where information on the number and size distribution of particles and chemical speciation PM data are relatively scarce. In this context, the study presented in this thesis offers an unprecedentedly detailed investigation of the processes and sources affecting atmospheric pollutants at an urban background site in the coastal Mediterranean city of Barcelona. Road traffic is the most important particle source in Barcelona, with exhaust emissions representing about 40-45% of the PM1 mass. It governs the time variation of Black Carbon (BC) levels, which may be proposed as a vehicle exhaust emissions tracer to be added to urban air quality control networks. Study of the BC/CO, BC/NO2 and BC/NO ratios in different European urban environments evidenced the variability of these ratios as a function of the specific characteristic of each site, such as the distance to traffic, vehicle fleet composition and age and the influence of other carbonaceous sources, such as biomass burning. The evaluation of the coarse aerosol (PM2.5-10) daily cycle during an intensive sampling campaign (DAURE) evidenced the influence of construction-demolition works. These activities increased hourly PM2.5-10 levels by up to 8 µg m-3 on an annual mean basis based on hourly averages. Although the mineral matter content of this source is similar to traffic resuspension, regional dust or Saharan dust, and it was therefore not possible to discriminate construction/demolition particles in a distinct way, the time variation of coarse Ca and S (tracers of construction works), allowed us to demonstrate the impact of these activities on the PM coarse fraction in our measurements. Particle number (N) data were analysed during the DAURE campaign in search for the primary emissions of vehicle exhaust (N1) and the secondary particles from gaseous precursors, primary particles from non-traffic sources, and/or particles inherited in the air mass (N2). This analysis was based on the relation between N and BC. The N2 fraction accounted for 40% of number concentrations, ranging from 37% during the morning rush hour to 61% at midday. This high contribution of N2 during midday prompted us to carry out further analysis using data collected during the whole of 2009, comparing the results in Barcelona with those collected in five other European cities in different regions. This study allowed us to conclude that the midday N peak was only observed in southern European cities, which at that time of day is controlled by: 1) higher solar radiation, 2) higher temperature and 3) a contribution of SO2 from shipping and industry governed by the breeze circulation, all of this resulting in enhanced nucleation processes at these latitudes, giving rise to high particle number concentrations. The significant contribution of secondary inorganic aerosols to PMx mass detected in Barcelona, higher than in other European cities with similar NOx and SO2 levels, motivated a study of the levels and sources of NH3, the main precursor of these new formed particles. Passive samplers were used in order to cover a large area of the city in summer and winter, proving higher levels during summer. During this season levels were well above those reported in other European cities. Waste containers were found to be the main source responsible for the high levels, although an important local contribution from traffic emissions was also detected. The highest NH3 levels were mostly registered in the historic city centre, which is located to the south of the monitoring site, in an area closest to the sea from where the wind typically transports pollutants at midday. This transport of NH3, the main precursor of particles through reactions with sulphuric and nitric acids, could also partly explain the N midday peak associated with secondary inorganic aerosol formation. An annual contribution from regional-scale biomass burning emissions was detected and quantified for the fist time in Barcelona by means of specific tracers, namely Levoglucosan, K+ and OC, and the application of a special-purpose Multilinear Engine-2 (ME-2) script. It results in a contribution of 3% to PM10 and PM2.5 and 5% to PM1, much lower than those calculated for other northern and central European cities. A regional-scale origin of this contribution was concluded, as it showed a characteristic hourly trend with night-time maxima, coinciding with the land-to-sea breeze. Finally, the study was broadened to evaluate the exposure risk and toxicology of PM2.5-10 and PM0.1-2.5 using a multidisciplinary approach to obtain an estimation of the health impact of the different emission sources of Barcelona. Two different tests were performed to characterise the oxidative stress generation capacity of the samples, obtaining similar results than those reported in other urban sites with intense metal emissions. Results concerning the ROS-generation capacity were correlated with the ones obtained from a cancer risk assessment of the different PM sources detected in Barcelona by means of the receptor model Positive Matrix Factorization (PMF) and a ME-2 script, attaining a high correlation factor for the PM0.1-2.5 particles. This health risk estimation underestimated the impact of road traffic since only the particulate phase of urban emissions was considered, with the lack of VOCs measurements, which are expected greatly to increase the cancer risk of the exhaust emissions. Finally, four months of on-line measurements of the lung deposited surface area (LDSA) revealed a high correlation factor between this parameter and BC, pointing at traffic as the major factor responsible for daily variation of LDSA in the city of Barcelona.

En este trabajo se muestra un estudio detallado de las fuentes de emisión y de los procesos físico-químicos que afectan a los aerosoles atmosféricos en el entorno regional de Montseny, situado en el Mediterráneo Occidental, una región relativamente poco estudiada en cuanto a calidad del aire. En el marco de calidad del aire, el estudio de los aerosoles atmosféricos está siendo de gran y creciente interés en la actualidad debido tanto a los potenciales efectos perjudiciales en la salud derivados de la exposición a estos contaminantes, como a sus efectos en el clima. Se ha llevado a cabo el análisis de una extensa serie temporal (2002-2010) de niveles de PM2.5 (material particulado de diámetro menor de 2.5 µm) y de su composición química, con el objetivo de describir las tendencias y fluctuaciones en las concentraciones, así como de identificar las posibles causas de estas variaciones. El análisis de la tendencia temporal de PM2.5 mostró una disminución estadísticamente significativa, generalizada a lo largo de Europa. Esta tendencia de disminución se atribuye a la eficacia de estrategias de reducción de la contaminación aplicadas por los países miembros de la UE, dado que muchos de los compuestos asociados a actividades antropogénicos, como el sulfato, el carbono orgánico y muchos metales traza, muestran un descenso gradual. Por otro lado, también se demostró que parámetros meteorológicos a escala global, como la Oscilación del Atlántico Norte (NAO), pueden regir las tendencias en las concentraciones de PM a través de Europa. En ciertos países, la recesión económica de los últimos años también parece haber afectado a los niveles de contaminantes antropogénicos. Este trabajo incluye la identificación y caracterización de las variaciones diarias y estacionales, así como de las fuentes de emisión, de PM1 (material particulado de diámetro menor de 1 µm) y de partículas sub-micrónicas. Las principales fuentes de emisión incluyen sulfato secundario, aerosol orgánico secundario, combustión de fuel oil, trafico rodado, quema de biomasa, emisiones industriales y nitrato. La formación de nuevas partículas y su posterior crecimiento se identificó como una fuente importante de partículas ultrafinas (partículas menores de 100 nm de diámetro). Durantes lo meses más cálidos las concentraciones de partículas muestran un aumento debido a que los procesos fotoquímicos de formación de partículas se ven favorecidos, las concentraciones de materia mineral son también más elevadas, hecho asociado a procesos de resuspensión del suelo y a intrusiones Saharianas mas frecuentes, se registran niveles más altos de sulfato y de compuestos procedentes del tráfico marítimo como consecuencia de brisas marinas más pronunciadas, y las condiciones son más propicias para la generación de emisiones biogénicas.. Por otro lado, durante los meses más fríos se describen episodios de contaminación intensos a consecuencia de condiciones anticiclónicas que causan el estancamiento de las masas de aire y la acumulación de contaminantes atmosféricos a través de la región. Estos episodios se caracterizan especialmente por niveles elevados de nitrato. La meteorología local, y específicamente la acción de brisas de mar y montaña, se identifican como un agente que controla el transporte de masas de aire contaminadas desde zonas urbanas a zonas rurales, y que rige la variabilidad diaria de aerosoles atmosféricos. Durante los meses fríos, la formación de nuevas partículas se observa en ausencia de una atmósfera contaminada, siempre que exista suficiente radiación solar y los gases precursores necesarios (acido sulfúrico, vapores orgánicos semi-volátiles). Durante los meses cálidos, la formación de nuevas partículas se observa con mucha más frecuencia debido a una radiación solar más intensa y a concentraciones más elevadas de gases precursores procedentes de emisiones biogénicas, dándose incluso en atmósferas contaminadas. Además, en este trabajo se describe la posibilidad de evaporación de partículas, que parece verse favorecida bajo condiciones de altas temperaturas, intensa radiación solar, baja humedad relativa y de dilución atmosférica. / A detailed study of the physical and chemical processes and sources affecting atmospheric aerosols in Montseny in the Western Mediterranean regional background is presented in this work, a region relatively understudied in Europe in this field. Atmospheric aerosols in the context of air pollution is currently an area of study of great interest owing to the health implications of exposure to airborne contaminants and the effects of aerosols on global climate change. A long-term time series of data (2002-2010) of PM2.5 (particulate matter of diameter less than 2.5 µm) and chemical composition is analysed with the aim to identify the trends and fluctuations in concentrations, and the possible causes for such fluctuations are described. Trend analysis of PM2.5 shows a decreasing trend with statistical significance for levels of PM across Europe. This decreasing trend is attributed to the efficacy of pollution abatement strategies, as many components associated with anthropogenic activities undergo a gradual decrease such as sulphate, organic carbon and trace metals. Furthermore, large scale meteorology such as the North Atlantic Oscillation is also identified as an influencing process affecting PM concentrations across Europe. In certain countries the economic recession of recent years has appeared to further compound these decreasing trends in ambient pollutant levels. The emission sources of both PM1 (particulate matter of diameter less than 1 µm) and sub-micrometre particles are identified and the daily and seasonal variations in the emission sources are described. These sources include secondary sulphate, secondary organic aerosol, fuel oil combustion, traffic and biomass burning, industrial and nitrate. New particle formation and growth is identified as an important source of ultrafine particles (particles of diameter less than 100 nm). Many of these sources undergo a distinct daily and weekly variation and seasonal variation associated with anthropogenic activities and meteorology across the region, with elevated concentrations during the warmer months as a result of enhanced photochemistry, elevated concentrations of crustal material associated with soil resuspension and increased Saharan dust intrusions, elevated levels of sulphate and shipping emissions as a result of pronounced sea breezes, and enhanced biogenic emissions. Intense episodes of pollution are described during the colder months as a result of anticyclonic conditions causing air mass stagnation and the accumulation of pollutants across the region. These episodes are especially characterised by elevated concentrations of nitrate. Local meteorology, specifically the action of mountain and sea breezes, are identified as controlling agents for the transport of polluted air masses from urbanised areas to rural areas, and govern the daily variability of atmospheric aerosols. During the colder months, new particle formation is observed to occur in the absence of a polluted atmosphere, provided solar radiation and the necessary gaseous precursors (sulphuric acid, semi-volatile organic vapours) are available. However, during warmer months, new particle formation is observed to be much more frequent owing to the intensified solar radiation and increased concentrations of gaseous precursors from biogenic emissions, even in polluted atmospheres. This scenario has not been described in many publications for non-urban environments. Furthermore, the possibility of particle evaporation is described, suggesting that gas-to-particle transformations (homogenous nucleation) are reversible, and this process is significantly underreported in literature. Evaporation appears to be favoured under warm temperatures, high solar radiation, low relative humidity and atmospheric dilution.

L’objectiu d’aquest treball és la caracterització de l’oliassa des del punt de vista ambiental i també agrològic, amb un interès particular pel que fa a la càrrega fenòlica i la seva dinàmica als sòls, els mètodes d’extracció i d’identificació, etc. També s’ha aïllat un emplaçament contaminat per oliassa i s’han realitzat estudis a escala de laboratori (lisímetres, incubacions respiromètriques) de la seva aplicació al sòl en dosis agrològiques i també a escala real, per poder analitzar el possible impacte ambiental i les possibilitats de recuperació. Dels resultats obtinguts es dedueix que l’impacte del vessament de l’oliassa té relació amb les seves característiques de salinitat i de contingut en compostos fenòlics, que són solubles i per tant fàcilment mobilitzables, de manera que poden afectar les aigües continentals. El treball permet determinar les dosis d’aplicació i les condicions adients per a l’ús de l’oliassa com a adob, per poder aprofitar el potencial fertilitzant que té (matèria orgànica, potassi i fòsfor), sense provocar efectes negatius al medi ambient. Pel que fa a la dinàmica dels fenols al terra, el procés més important ha estat el de biodegradació. S’ha observat, a més, que es poden produir reaccions semblants a les que es produeixen durant el procés d’humificació. Els sòls contaminats presenten un augment de la fracció soluble de compostos fenòlics, tot i que una part s’absorbeix al terra per mitjà de les interaccions iòniques (aniòniques mediades per ponts catiònics) i una altra per enllaços covalents que s’estableixen amb la matèria orgànica del sòl. Per poder analitzar i identificar els fenols presents en la fracció soluble del sòl, ha estat molt útil l’anàlisi per cromatografia de gasos acoblada a espectrometria de masses. L’anàlisi demana, però, un pas previ de despolimerització dels fenols polimeritzats en unitats simples mitjançant una oxidació suau en un medi bàsic. / El objetivo del trabajo consiste en caracterizar el alpechín desde el punto de vista ambiental y agrológico, con especial referencia a la carga fenólica y su dinámica en suelos, métodos de extracción e identificación, etc. Se ha caracterizado asimismo un emplazamiento contaminado por alpechines y se han realizado estudios de aplicación de los mismos al suelo en dosis agrológicas a escala de laboratorio (lisímetros, incubaciones respirométricas) y a escala real, para ver el posible impacto ambiental y las posibilidades de recuperación. De los resultados se deduce que el principal impacto del vertido del alpechin al suelo se deriva de las características de salinidad y contenido en compuestos fenólicos, que son solubles y fácilmente movilizables, pudiendo afectar las aguas continentales. El trabajo permite acotar dosis de aplicación y condiciones óptimas para el uso del residuo en suelos, para aprovechar el potencial fertilizante que posee (materia orgánica, potasio y fósforo) sin causar efectos negativos sobre el medio. En cuanto a la dinámica de fenoles en el suelo el proceso de biodegradación es el que ha resultado más importante. Además, se ha observado la posibilidad de reacciones son similares a las que tienen lugar en el propio proceso de humificación. Los suelos contaminados presentan un incremento en la fracción soluble de compuestos fenólicos, aunque una parte se adsorbe al suelo por medio de interacciones iónicas (aniónicas mediadas por puentes catiónicos) y otra por enlaces covalentes que se establecen con la materia orgánica del suelo. Para el análisis e identificación de los fenoles presentes en la fracción soluble del suelo, ha resultado útil el análisis por cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas. El análisis requiere un paso previo de despolimerización de los fenoles polimerizados en unidades simples mediante una oxidación suave en medio básico.

Aquesta tesi, usa l'estudi combinat del passat i del present per modelitzar el futur aplicat a les plantes vasculars de les Terres Altes de la Guayana, una remota zona del nord de Sud Amèrica conformada per un conjunt de muntanyes tabulars (conegudes com a tepuis), que presenten un grau d'endemisme excepcional. Aquest alt endemisme ha definit una província biogeogràfica coneguda com a Pantepui.En el capítol 1, mitjançant l'anàlisi de pol·len, espores de falgueres i carbons entre altres, s'han aportat noves dades referents als canvis de la vegetació durant el Tardiglacial i l'Holocè en una localitat situada a 2600 m d'altitud. Els resultats mostren que tot i els canvis detectats en el grau d'humitat, la vegetació es mostra constant durant l'Holocè. Aquesta estabilitat s'explica per una bada, com l'absència de canvis ambientals de suficient intensitat com per afectar a la comunitat de plantes o per l'altre, d'una possible capacitat buffering de la mateixa.Al llarg de la tesi, s'ha analitzat el desplaçament vertical de les plantes vasculars tant en el passat com en el futur. Pel primer cas, el capítol 2 ha aportat dades de les espècies que han pogut migrar durant el Quaternari (70%), així com les que van quedar aïllades (8%) en els cims dels tepuis, gràcies al haver identificat per a cada tepui el factor històric conegut com a límit topogràfic crític d'aïllament durant l'Últim Màxim Glacial (LGM). En el capítol 3, s'han analitzat els patrons d'elevació i la relació entre riquesa d'espècies amb l'àrea i l'altitud. Aquest anàlisi s'ha dut a terme tant per les espècies endèmiques com les no endèmiques. Els resultats mostren que les espècies endèmiques de Pantepui segueixen un patró que suggereix que l'aïllament i la fragmentació de l'hàbitat ha tingut un pes important en la seva distribució, mentre que les espècies no endèmiques, no. Les espècies enèmiques locals (presents en un tepui) mostren una certa independència dels factors geogràfics i una relació amb el factor històric definit anteriorment: el límit topogràfic crític d'aïllament durant el LGM. Finalment, s'ha calculat el desplaçament vertical potencial provocat per l'escalfament global previst per l'any 2100. Els resultats han mostrat que aquest augment en la temperatura tindrà conseqüències severes sobre les plantes vasculars en els tepuis. Per quantificar els seus efectes, en els capítols 4 i 5 s'han usat tres anàlisis complementaris: la relació espècies-àrea (SAR), l'anàlisi de Desplaçament del Rang Altitudinal (ARD) i el de fragmentació. Tant la SAR com l'ARD preveuen que les espècies de plantes vasculars patiran un descens en el seu nombre a finals de segle. Tanmateix, els resultats de l'anàlisi de fragmentació mostra una reducció de la superfície actual de Pantepui de més del 80%. La superfície resultant quedaria agrupada en més d'un 40% en un sol tepui. Aquests resultats suggereixen la combinació d'estratègies de conservació in situ (prevenció de la introducció d'espècies invasores) i ex situ (banc de llavors i migració assistida). / This thesis uses the combined study of past and present to the future applied to the vascular plants of the Guayana Highlands, a remote area of northern South America constituted by a set of tabular mountains (known as tepui ), with an exceptional degree of endemism. The tepuian flora is so unique that constitutes a phytogeographical province by itself, called Pantepui.Chapter 1 uses the analysis of pollen grains, fern spores and charcoal, among others, to provide new data of the temporal trends of the vegetation during the Tardiglacial and the Holocene. The results show that the moisture variation detected, did not significantly affect the plant community, suggesting a buffering capacity. The absence of biotic changes may be attributed also to the absence of environmental disturbances of enough intensity to affect plant communities.Throughout the thesis, it has been analyzed the potential vertical displacement of vascular plants in both the past and future. For the first case, chapter 2 has provided relevant data on the species that may have migrated during the Quaternary (70%) and those that remained isolated (8%) in the tops of tepui. These data have been obtained thanks to the identification for each tepui of an historical factor known as critical limit for topographic isolation during the last Glacial Maximum (LGM). In chapter 3, it has been analyzed the elevation patterns and the relationship between species richness with area and elevation. This analysis was conducted for both non-endemic and endemic species. The results show that the elevation pattern for the Pantepui endemic species suggests that isolation and habitat fragmentation has had a major influence on their distribution. This conclusion can not be applied for the non-endemic species. Local endemic species (occurring in one tepui) show a certain independence of these geographical factors but show a relationship with the historical factor defined above: the critical limit topographic isolation during LGM, suggesting that maximum levels of local endemism occurred at altitudes with small or null connexion possibilities.Finally, it has been calculated the potential vertical displacement caused by global warming for the end of this century (2100). The results show that the expected increase in temperature will have severe consequences on the tepuian vascular plants. On chapter 4 and 5 it has been used three complementary analysis to quantify the consequences of the global warming: the species-area relationship (SAR), the Altitude Range Displacement analysis (ARD) and habitat fragmentation. Both the SAR and the ARD predicted a decrease of the vascular plant species due to habitat loss at the end of the century. Moreover, on the warmest scenario, the results of the fragmentation analysis show a reduction of the 80% of the Pantepui habitat. The remaining habitat would be comprised in more than 40% in one patch. These results suggest the combination of in situ conservation strategies (prevention of introduction of invasive species) and ex situ (seed bank and assisted migration).

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.