Two main purposes divided this Thesis into two parts, taking into account that the need of understanding current climatic fluctuations is still an important request of population living in the 21st century and the enormous wide range of responses observed to these changes depending on regions, ecosystems and/or species. The first main objective is to assess how climate and atmospheric CO2 concentration changes are affecting Iberian pine forests. The second aim is to extract the climatic signal registered by the studied stands with the aim of reconstructing past climate. Therefore, we will use the relationship between trees and climate in both directions: assessing the effects of climate on the forests, and afterwards, using these results to estimate climatic conditions before the existence of instrumental records. The methodology proposed is based on the study of width and delta-13C tree-ring chronologies established at different sites along the north and east of the Iberian Peninsula.Significant changes in tree-growth variability in a network of thirty-eight forests and in their climatic sensitivity (Chapter 1), as well as an increase in water use-efficiency of five selected stands (Chapter 2) in the Iberian Peninsula during the second half of the 20th century are unusual relative to the past. Growth pattern changes were related to recent warming and precipitation variability increase, while water-use efficiency trends were related to the rise of atmospheric CO2 concentration. Delta-13C values reflected drought stress signal during summer season better than ring width in tree-ring chronologies of five Spanish pine forests (Chapter 3). Summer precipitation reconstructions in Spain for the last 400 years were performed based on three width and Delta-13C tree-ring chronologies and significant links with large-scale atmospheric phenomenon as NAO and ENSO were established (Chapter 4). In addition to the well-known application of dendrochronological techniques to reconstruct past climate, our results highlight the enormous potential of combining different kind of tree-ring proxies in climatic research. / L'estudi realitzat es fonamenta en el fet que la necessitat d'entendre les fluctuacions del clima actual encara representa una important demanda de la població del segle XXI, així com en el gran ventall de respostes observades a aquests canvis en funció de regions, ecosistemes i/o espècies. La metodologia utilitzada es basa en l'estudi de cronologies de gruix i de Delta-13C dels anells dels arbres establertes en diferents localitats al llarg del nord i est de la Península Ibèrica. En primer lloc, aquesta tesi proporciona informació sobre la interacció entre el clima i els ecosistemes forestals, així com l'impacte que el canvi climàtic està tenint sobre ells. Canvis en el patró de creixement i en la sensibilitat climàtica d'una xarxa de 38 cronologies a la segona meitat del segle XX van ser relacionats amb el recent augment de les temperatures i de la variabilitat de les precipitacions. Per altra banda, un augment en l'eficiència de l'ús de l'aigua en cinc boscos seleccionats es va relacionar amb l'augment en la concentració del CO2 atmosfèric. En segon lloc, un cop demostrada i establerta la relació entre els boscos i el clima, es va extreure el senyal climàtic enregistrat en els arbres dels boscos estudiats amb la intenció de reconstruir el clima del passat anterior a l'existència de dades climàtiques instrumentals. Els valors de Delta-13C dels anells dels arbres van reflectir un senyal d'estrès hídric estival millor que el gruix d'aquests. Finalment, es van realitzar reconstruccions preliminars de la precipitació estival a España pels darrers 400 anys basades en cronologies d'anells dels arbres de gruix i de Delta-13C, establint relacions significatives entre elles, així com amb fenòmens atmosfèrics com la NAO i l'ENSO. Addicionalment, a la ben coneguda aplicació de les tècniques dendrocronològiques per a reconstruir el clima del passat, els nostres resultats destaquen l'enorme potencial de combinar diferents variables dels anells dels arbres en les investigacions climàtiques. / El estudio realizado parte del hecho que la necesidad de entender las fluctuaciones del clima actual todavía representa una importante demanda de la población del siglo XXI, así como del enorme rango de respuestas observadas a estos cambios dependiendo de regiones, ecosistemas y/o especies. La metodología utilizada se basa en el estudio de cronologías de grosor y de Delta-13C de los anillos de los árboles establecidas en diferentes localidades a lo largo del norte y este de la Península Ibérica. En primer lugar, esta tesis proporciona información sobre la interacción entre el clima y los ecosistemas forestales, así como el impacto que el cambio climático está teniendo sobre ellos. Cambios en el patrón de crecimiento y en la sensibilidad climática de una red de 38 cronologías en la segunda mitad del siglo XX fueran relacionados con el reciente aumento de las temperaturas y de la variabilidad de las precipitaciones. Por otro lado, un aumento en la eficiencia del uso del agua en cinco rodales seleccionados se relacionó con un aumento en la concentración del CO2 atmosférico. En segundo lugar, una vez demostrada y establecida la relación entre los bosques y el clima, se extrajo la señal climática registrada en los árboles de los bosques estudiados con la intención de reconstruir el clima del pasado anterior a la existencia de datos climáticos instrumentales. Los valores de Delta-13C de los anillos de los árboles reflejaron una señal de estrés hídrico estival mejor que el grosor de éstos. Finalmente, se realizaron reconstrucciones preliminares de la precipitación estival en España para los últimos 400 años basadas en cronologías de anillos de los árboles de grosor y de Delta-13C, estableciendo relaciones significativas entre ellas, así como con fenómenos atmosféricos como la NAO y el ENSO. Adicionalmente, a la bien conocida aplicación de las técnicas dendrocronológicas para reconstruir el clima del pasado, nuestros resultados destacan el enorme potencial de combinar diferentes variables de los anillos de los árboles en las investigaciones climáticas.

Birds have been widely used as bioindicators. In this study we face the use of birds as bioindicators of metal pollution in two different scenarios of contamination: one that takes place in an aquatic environment, the Ebro river basin, and a second that occurs in a terrestrial environment, the Bolivian Andes. In the case of the Ebro river basin, the pollution threat is a factory located at the river bend, close to Flix, that due to its long operational activity and along with the construction of a dam next to the plant around 1960, resulted in the accumulation of 200,000–360,000 tons of industrial wastes in the riverbed, occupying an area of 700 m of length and 60 m of width. In this study case we evaluated whether aquatic birds such as the Purple Heron reflect the potential pollutant exposure from Flix Reservoir among different riverine and deltaic areas, and assess their usefulness as bioindicators. Also we examined if the polluted wastes of Flix reservoir affect the levels of pollution of the habitats where waterbird populations of the Ebro Delta (situated 90 km downstream) forage and feed. As results stable isotopes shown the high nitrification and lower carbon signatures in the river, and together with the niche width metrics, that Common and Sandwich Tern behave as strict specialists at the Ebro Delta, with narrow niche widths, while in the opposite way, Little Tern, Little Egret, Purple Heron, Night Heron and the Moorhen behave like generalists foragers, with broad niche widths. Mercury levels in nestlings of Purple Heron at Flix site and eggs of Audouin’s Gull, Little Tern and Common Tern ‘Banya’ at the Ebro Delta are high enough to be of special concern. Arsenic (specially used in combination with carbon signatures) discriminates outstandingly between marine and freshwater species. Both eggs and nestling feathers of Purple Herons are adequate bioindicators for trace element pollution, but nestling feathers present certain advantages. The six selected blood parameters (TOSC ROO*, TOSC OH*, BhCE, CbE, LDH and MN) provide the first evidence of an association of biological responses with pollutants in heron species. The second study case takes place in Bolivia. Anthropogenic mining has taken place in the Bolivian Andes since at least the fifteenth century. Particularly the East of Oruro Department in the Eastern Andean Cordillera is affected by a long term history of mining. These mining activities were characterized by the deposition of large tailing piles, which accumulated in abandoned and active mines, where trace metals such as lead, arsenic, cadmium, and antimony could reach surface waters and soils, and so the biota. In this case we evaluated the potential of Tinamou species as sentinels of exposure to local trace metal pollution and studied different routes of lead accumulation into the sentinel species, in order to assess the usefulness of feather levels as a measure of the exposure to this pollutant. As results we found that the detected small home ranges detected in Ornate Tinamou (lower than 1 km2) and their sedentary habits make of this species an adequate bioindicator of local pollution. We recommend feathers for future monitoring programs as they are a non invasive sample. Higher rates of histopathological damage were found in kidney at the polluted sites. We detected high levels of trace elements detected at the polluted sites in the two studied species of Tinamou (Ornate and Darwin Tinamou), many of them trespassing hazard levels. The calamus is the most suitable section for assessing the original endogenous lead levels in feather samples. / En este estudio las aves serán utilizadas como bioindicadoras de contaminación por metales pesados en dos escenarios diferentes: el primero en un ambiente acuático, la cuenca del rio Ebro, mientras que el segundo tiene lugar en un ambiente terrestre, los Andes bolivianos. En el primer caso la fuente de contaminación es una fábrica localizada cerca de Flix, que produjo cientos de toneladas de lodos tóxicos. Así evaluamos si aves acuáticas como la Garza imperial reflejan la exposición potencial a los contaminantes de Flix entre zonas fluviales y deltaicas, comprobando su utilidad como bioindicadoras, y también examinamos si dichos residuos afectan a la contaminación de los hábitats donde la avifauna del Delta del Ebro se alimenta. Como resultados los isótopos estables mostraron la alta nitrificación y signaturas más bajas de carbono en el río y observamos que el Charrán común y patinegro actúan como especialistas en el Delta, mientras que Charrancito, Garceta común, Garza Imperial, Martinete y Gallineta de agua son generalistas, presentando amplios nichos tróficos. El mercurio en volantones de Garza Imperial en Flix y huevos de Gaviota de Audouin, Charrancito y Charrán común “Banya” en el Delta presentan valores alarmantes. El arsénico discrimina claramente entre especies marinas y dulceacuícolas. Ambos huevos y plumas son bioindicadores adecuados de contaminación, pero las plumas presentan más ventajas. El segundo estudio tiene lugar en los Andes Bolivianos, donde la actividad minera ha dado lugar a la acumulación de residuos. Evaluamos el potencial de las especies de Tinamúes como bioindicadoras de la exposición a dicha contaminación, incluyendo las diferentes vías de acumulación de plomo en las especies bioindicadoras. Como resultados, los pequeños territorios detectados y hábitos sedentarios hacen del Tinamú Pisacca un bioindicador adecuado de la contaminación local. Se recomienda el uso de plumas al son una muestra no invasiva. El mayor daño histopatológico se encontraron en muestras de riñón de las zonas contaminadas. La contaminación minera ha quedado de manifiesto con los altos niveles detectados en las dos especies estudiadas de Tinamú. El cálamo es la sección más adecuada para la evaluación de los niveles originales endógenos de plomo.

La salinidad y el estrés hídrico son los factores más importantes que limitan la producción de trigo duro, sobre todo en regiones áridas y semiáridas, como la región Mediterránea. El trigo duro es uno de los principales cultivos en el sur y este de la Cuenca Mediterránea, donde se cultiva frecuentemente en condiciones de secano y si es posible con riego deficitario, a menudo con agua de poca calidad, que junto a una elevada evapotranspiración, puede provocar una progresiva salinización del terreno. En este sentido, la mejora genética de trigo duro para una mejor adaptación a estas condiciones de estrés es una de las pocas alternativas viables. El objetivo general de esta Tesis es estudiar las bases fisiológicas y moleculares de las diferencias genotípicas en crecimiento potencial y tolerancia a la salinidad y el estrés hídrico. En un primer estudio (Experimento 1) publicado en “Functional Plant Biology” se investigó qué criterio fenotípico de selección era el más adecuado para seleccionar genotipos de trigo duro que crecieran mejor en condiciones de salinidad continuada. De esta forma se determinó la importancia de los isótopos estables como criterios eficientes para seleccionar genotipos tolerantes y susceptibles a la salinidad. Posteriormente, se realizó un segundo estudio (Experimento 2) donde se evaluó el efecto de la salinidad en la composición isotópica del carbono (δ13C) y el nitrógeno (δ15N) de genotipos de trigo duro y de dos amfiploides (un tritordeo y un triticale). Este trabajo está publicado en la revista “Journal of Experimental Botany”. En este segundo ensayo, la salinidad se aplicó durante la floración y el llenado del grano durante unas pocas semanas. Los resultados de este trabajo representaron la puesta a punto del estudio del comportamiento fisiológico del trigo duro durante la fase reproductiva y bajo diferentes combinaciones de salinidad y riego. Como continuación de los dos Experimentos (1 y 2) y en vista de los resultados obtenidos en el uso de las firmas isotópicas como criterio de evaluación bajo condiciones salinas, se planteó evaluar el uso combinado de la composición isotópica del carbono (δ13C), oxígeno (δ18O) y el nitrógeno (δ15N) en materia seca para observar las respuestas genotípicas de plantas de trigo duro sometidas a diferentes combinaciones de salinidad. Como contribución original, se elaboró un modelo conceptual de las tres firmas isotópicas juntas (δ13C, δ18O, δ15N) junto con características del metabolismo nitrogenado para explicar las diferencias genotípicas en tolerancia a distintas condiciones de salinidad y estrés hídrico. También se evaluaron las características fotosintéticas en relación con las firmas isotópicas y las actividades de enzimas clave del metabolismo nitrogenado. (Trabajo Publicado en la revista “New Phytologist”). Además de los resultados anteriores obtenidos, en esta Tesis se comparó la eficiencia de las firmas isotópicas del carbono, oxígeno y nitrógeno mediante dos vías: muestras de materia seca y muestras de fracción soluble en genotipos de trigo duro para la evaluación de diferencias genotípicas en tolerancia a diferentes condiciones de salinidad y regimenes hídricos. Posteriormente se analizó la respuesta genética de plantas de trigo duro a la salinidad evaluando el nivel de transcripción de genes específicos asociados a tolerancia a salinidad y estrés hídrico, junto a otros que codifican para enzimas claves del metabolismo nitrogenado. También se han estudiado las relaciones entre estas tasas de transcripción, las diferencias genotípicas en crecimiento, firmas isotópicas y actividades de enzimas del metabolismo nitrogenado. El trabajo ha mostrado la eficacia de los isótopos estables de carbono y del nitrógeno como herramientas de evaluación de la respuesta del trigo duro frente a la salinidad. / Inadequate irrigation for long term and under conditions of high evapotranspiration demand, combined with the use of poor water quality and the lack of adequate drainage frequently induces the salinization of arable land causing a significant increase in the area affected by salinity. Salinity is an environmental factor that limits in a remarkable manner the production of crops in many parts of the world, but especially in arid and semiarid regions like the Mediterranean. Under these conditions, which is often grown durum wheat improvement for tolerance to salinity under irrigation deficit may be one of the strategies to alleviate this problem. This Thesis shows that isotope compositions of carbon (δ13C), oxygen (δ18O), and nitrogen (δ15N) and the concentration of nitrogen in dry matter are potentially and effective criteria for discriminating between different growing conditions and between genotypes tolerant or susceptible to salt. Furthermore, the results of this study reflect the importance of nitrogen metabolism in tolerance to salinity. Additionally, this thesis develops a model relating genotypic tolerance to different conditions of salinity and drought with the signatures of the three isotopes (C, O, N), together with photosynthetic and transpiration exchanges and parameters key of nitrogen metabolism such as nitrogen concentration and activities of the glutamine synthetase and nitrate reductase. Finally, we study the relationship between the expression of genes potentially key in the tolerance to salinity and drought and genotypic variability in response to different combinations of these stresses.