Aiguamolls de l' Empordà fue la primera área natural protegida creada en la Costa Brava y es la segunda zona de humedales más importante de Cataluña, después del Delta del Ebro. En esta tesis se ha investigado cómo los actores principales perciben y responden al cambio climático. Además se ha realizado un análisis de la variabilidad climática en los últimos cuarenta años en una de las zonas costeras económicamente más dinámicas de España. El enfoque adoptado apoya la necesidad de que el análisis de vulnerabilidad y adaptación deben ser participativos y deben incluir dimensiones sociales, culturales, ambientales, económicas y políticas. En la tesis se muestra, en primer lugar, que desde principios de 1970, las temperaturas medias del aire y del mar en los Aiguamolls de l'Empordà han seguido una tendencia de calentamiento o incremento. Por otra parte, la precipitación mostró una tendencia creciente no significativa. Mientras que la velocidad promedia anual del viento aumentó en el período de 1990–2012, la frecuencia de las tormentas disminuyó. En cuanto a los caudales de los ríos Fluvià y Muga, se observó una disminución en el período 1971–2011. Recientes datos marinos del nivel local del mar, cerca de los Aiguamolls de l'Empordà mostraron un aumento entre 1990 y 2012. Por otra parte, los resultados de las proyecciones actuales del clima disponibles mostraron que los aumentos en la temperatura del aire continuarán, mientras que la precipitación es probable que disminuya hasta 2050. Además, en la tesis se ha observado, que la gran mayoría de los principales actores entrevistados creen que el cambio climático ya es un problema muy grave y que la preocupación por este tema es cada vez mayor. La mayoría de ellos dijo que las actividades humanas son una causa importante del cambio climático, especialmente en las últimas décadas. Por otra parte, los entrevistados consideran que el aumento de la temperatura del aire durante las últimas décadas, los cambios en las precipitaciones, el aumento de la severidad de las sequías y la disminución de la biodiversidad y la productividad, así como de los servicios de los ecosistemas, son los efectos más negativos del cambio climático y suponen graves riesgos para el área de estudio. Estas percepciones parecen estar en consonancia con los actuales datos climáticos y los estudios previos. Además, la ubicación de los municipios costeros (i.e. exposición) también los hace directamente vulnerables a la erosión costera, inundaciones, intrusión de agua salada y a la elevación del nivel del mar; factores también destacados por la mayoría de los principales actores. Estos resultados también son coherentes con algunos estudios anteriores, lo que demuestra que los sistemas naturales y socioeconómicos del área de estudio probablemente sean particularmente vulnerables a cuatro efectos del cambio climático: las alteraciones en la magnitud y la frecuencia de la erosión costera; las alteración de la frecuencia y magnitud de la intrusión de agua salada; las alteraciones en la magnitud de la escasez de agua; y cambios en el transporte de los sedimentos del Fluvià. Por último, más de la mitad de los actores entrevistados consideró que es necesaria la adaptación al cambio climático, pero sólo unos pocos de ellos expresaron un alto nivel de familiaridad con la mitigación. Este resultado puede sugerir que incluso si los costes de la adaptación son altos, más alta seria la pérdida en la economía, los ecosistemas y las propiedades de los Aiguamolls de l'Empordà. Además, se encontró que es más fácil obtener apoyo para la adaptación con medidas naturales que con el uso de medidas artificiales. De hecho, la mitad de los principales actores estaban a favor de las dunas y las barreras de playa. En la tesis también se ha observado que la opción de abandonar el área de estudio (i.e. la emigración a otros lugares) puede ser una opción claramente aceptable por parte de algunos grupos de actores, especialmente por los hombres, residentes de mayor edad y los extranjeros. / Aiguamolls de l’Empordà was the first natural protected area to be created in the Costa Brava and is the second most important wetland area in Catalonia, after the Ebro Delta. This thesis researched how key stakeholders experience, perceive and respond to changing climate, together with an analysis of the climate variability in the approximately last forty years in one of the most economically dynamic coastal areas in Spain. My approach supports a position that vulnerability and adaptation analyses should be participatory and should include social, cultural, environmental, economic and political dimensions. This thesis firstly found that since the early 1970s, both average air and sea temperatures in Aiguamolls de l’Empordà have been on a warming trend. Furthermore, precipitation trend showed insignificant increasing trend. While the average annual wind velocity increased in the period 1990–2012, the frequency of storms decreased. Regarding Fluvià and Muga flows, a decrease in the annual average river flows was observed in the period 1971–2011. Recent marine data of the local sea level near Aiguamolls de l’Empordà showed an increase between 1990 and 2012. Furthermore, results of current available climate projections showed that increases in air temperatures will continue, while precipitation are likely to decrease by 2050. This thesis also showed that large majorities of interviewed stakeholders already believe that climate change is a very serious problem and that concern about this issue is growing. Most of them said that human activities are a significant cause of climate change, especially over recent decades. Furthermore, stakeholders considered that the increase in air temperature over the past few decades, precipitation changes, the increase in the severity of droughts, and the decrease in biodiversity and ecosystem productivity and services are the most pressing climate change effects and serious risks to the study area. These perceptions appeared to be in line with present climate data and prior studies. In addition to this, the location of the coastal municipalities (e.g. exposure) also makes them directly vulnerable to coastal erosion, flooding, saltwater intrusion and rises in sea level what was also stressed by majority of stakeholders. This finding is also consistent with some prior studies, which demonstrated that the study area’s natural and socio-economic systems are likely to be particularly vulnerable to four effects of climate change: alterations in the magnitude and frequency of coastal erosion; alterations in the frequency and severity of saltwater intrusion; alterations in the magnitude of water scarcity; and major changes in sediment supply of Fluvià. Finally, over half of the stakeholders found that climate change adaptation is needed, but only a few of them expressed a high level of familiarity with mitigation. This finding may suggest that even if costs of adaptation are high, further losses to the economy, ecosystems and properties in Aiguamolls de l’Empordà might be even higher. Furthermore, it was found that was easier to gain support for natural adaptation measures than for the measures that are artificial. A half of stakeholders that were in favour for adaptation, reported that they would implement natural measures such as setting dunes and beach barriers. From the thesis, it was also noted that the option of abandoning the area (i.e. outmigration) was clearly believed to be acceptable by some stakeholders, especially men, older residents and foreigners.

Esta Tesis doctoral comprenden una revisión de las poblaciones termófilas que habitan en algunos Hot Spots de diversidad de América, como lo son el bosque lluvioso Valdiviano en la Patagonia, o los Bosques Nubosos de Costa Rica. También se incluyen ecosistemas extremos como el desierto de Atacama y la Isla Decepción en la Antártica. En este trabajo de tesis se caracterizó la estructura de las comunidades bacterianas en tapetes microbianos de varias termas terrestres diferentes mediante métodos de ecología molecular microbiana, y se midió la relación de los cambios de diversidad con respecto a la temperatura a diferentes escalas espaciales. El filo Cyanobacteria fue identificado como uno de los mayores componentes de la comunidad bacteriana, del que no se observaron diferencias sustanciales entre muestras obtenidas en invierno y verano. Se detectó una similitud significativa entre las termas que comparten ambientes semejantes a su alrededor. A pequeña escala (cm), se determinó que también miembros del filo Chloroflexi dominaban en ciertas zonas del tapete, y se observó una diferenciación por temperatura entre Chloroflexi y Cyanobacterias. En este sentido, se detectaron cambios significativos de diversidad entre muestras en un mismo tapete microbiano, y al mismo tiempo, se detectó una alta similitud en la estructura de las comunidades dentro de algunos “parches” en los tapetes. Posteriormente se detectó la presencia de varios grupos heterotróficos como Bacteroidetes; Thermales; y Proteobacteria, entre otros menos abundantes. No se detectó una relación entre riqueza bacteriana y latitud, ya que las muestras más cercanas a la línea del Ecuador no mostraron mayor diversidad o riqueza que las más cercanas al Polo Sur. La temperatura exhibió una relación negativa significativa con respecto a la riqueza bacteriana independientemente de la latitud geográfica. Finalmente, las muestras dentro de una escala local, regional y global (hasta 1000 m2) mostraron una disminución significativa de la diversidad a medida que la distancia geográfica y la temperatura se incrementaban. A nivel continental, estas relaciones no fueron significativas. / The results presented in this PhD thesis include a description on the thermophilic populations thriving in biodiversity hot spots such as the Valdivian Rain Forest in Patagonia, and Cloud Forests in Costa Rica, as well as the Atacama Desert and Deception Island in the South Shetland Archipelago in Antarctica. The bacterial community structure of several hot spring microbial mats was characterized by means of molecular microbial ecology methods, and the relationship between diversity and temperature was measured at different spatial scales. Phylum Cyanobacteria was identified as the major component of the microbial community by at least three different sequencing methods with different taxonomic resolution, and a deeper diversity analysis on this group showed no substantial differences between samples taken in winter and summer, although significant similarities were observed among hot springs with common surrounding environments. The horizontal microheterogeneity of microbial mats at a centímeter scale also revealed Chloroflexi as dominant phylum together with Cyanobacteria, and a temperature differentiation was observed between both potential primary producers. Significant diversity shifts were detected among closely situates samples in single mats, but at the same time, samples within mat patches showed a high community structure similarity. A deeper characterization of the bacterial community structure revealed the presence of several heterotrophic groups such as Cytophagia and Sphingobacteria; Thermales; and Alpha, Beta, and Gammaproteobacteria; among others. When compared with other thermophilic microbial mats along a latitudinal gradient, no relationship was detected between richness and latitude, as samples closer to the equator were not more diverse or harbored more richness than samples closer to the pole. Temperature, on the other hand, influenced significantly the bacterial richness. Finally, samples at local, regional and global scales (up to 1000 m2) showed a decrease in similitude as geographic distance, but not at the continental scale.

Hoy en día, el papel primordial jugado por los suspensívoros bentónicos en los ciclos biogeoquímicos y especialmente en la transferencia de materia y energía desde la columna de agua al bentos está más claro. Tales roles son diferentes, dependiendo de las estrategias de alimentación, las tasas de filtración y la abundancia de suspensívoros. Según sus estrategias de alimentación, los suspensívoros bentónicos se clasifican en dos grupos: suspensívoros activos y pasivos. La primera categoría incluye todos aquellos organismos que activamente bombean agua a través de un sistema de filtración que separa las partículas nutritivas del agua (el sistema de filtración es diferente entre especies); la última categoría, incluye a todos los organismos que dependen completamente de las corrientes para la provisión de alimento. Existen muchos estudios centrados en la caracterización de los hábitos alimenticios, en la eficiencia de filtración y en la importancia del acoplamiento bento-pelágico en suspensívoros tanto activos como pasivos. Algunos de estos trabajos previos llevaron a cabo experimentos in situ que fueron particularmente útiles para entender hábitos alimenticios en condiciones naturales así como su variación estacional. Contrariamente, debido a la posibilidad de controlar las variables que influyen en el proceso experimental, los experimentos llevados a cabo en condiciones de laboratorio o mesocosmos son más precisos pero al mismo tiempo, con una menor interferencia con los sistemas naturales. Hay una falta general de información sobre la distribución a amplia escala de la fauna bentónica y los estudios previos acerca del impacto que los suspensívoros bentónicos tienen en el acoplamiento pelágico, normalmente se centran en pequeñas áreas. El Vehículo de Operación Remota (ROV) permite explorar extensas y profundas áreas sin impacto en las comunidades bentónicas, por ello es la herramienta perfecta para llevar a cabo muestreos extensos y estudiar tanto el tamaño como las distribuciones espaciales y batimétricas de especies bentónicas. La combinación de datos procedentes de ROV con datos de experimentos de alimentación permite estimar el impacto de los suspensívoros bentónicos sobre los procesos de acoplamiento bento-pelágico en áreas extensas. En esta tesis, se han estudiado el tamaño y la distribución tanto batimétrica como espacial de tres suspensívoros bentónicos activos y tres pasivos, así como el papel que estas especies tienen en los procesos del acoplamiento bento-pelágico y como sumidero de Carbono (C) en la región del Cap de Creus (NO del Mar Mediterráneo). Como especies de suspensívoros activos, se seleccionaron para este estudio una ascidia (Halocynthia papillosa) y dos species de esponjas (Aplysina aerophoba y Axinella polypoides), mientras que tres especies de gorgonias (Paramuricea clavata, Eunicella singularis y Corallium rubrum) fueron seleccionadas como suspensívoros pasivos. Los suspensívoros bentónicos de este experimento son especies longevas de las cuales, en particular, las gorgonias pueden alcanzar los 100 años de edad, lo que permite que puedan acumular grandes cantidades de C y almacenarlo como biomasa. Todas estas especies son comunes en las comunidades del coralígeno y precoralígeno Mediterráneo y su abundancia, especialmente las gorgonias, puede ser extremadamente alta. Las gorgonias son organismos arborescentes que crean, especialmente a altas densidades, un complejo ambiente tridimensional (conocido como bosque animal) en el que otros organismos pueden encontrar refugio, alimento y un lugar seguro en el que reproducirse. En consecuencia, la conservación de este bosque animal ayuda a mantener altos niveles de biodiversidad, un hecho que debe ser considerado en las decisiones sobre la gestión de estos hábitats. / Nowadays, the paramount role played by benthic suspension feeders in the biogeochemical cycles and especially in the transfer of energy and matter from the water column to the benthos is more clear. Such roles are different, depending on the feeding strategies, the filtration rates and the abundances of these filter feeders. Based on the feeding strategies, benthic suspension feeders are classified in two groups: active and passive suspension feeders. The former category includes all the organisms that actively pump water through a filter system which separate the food particles from the water (the filtration system differs among species); the latter category includes all the organisms that completely depend on the water currents for the provision of food. Many studies already focused on the characterization of the feeding habits, on the filtration efficiency and in the importance in the benthic-pelagic coupling of both active and passive suspension feeders. Some of these previous works performed in situ experiments, which are particularly useful to understand feeding habits in natural conditions and their seasonal variation. Contrarily, laboratories or mesocosm experiments allow for more precision, due to the possibility of controlling every variable influencing the experiment, but at the same time with less possibility of inference on natural systems. There is a general lack of information about the broad scale distribution of benthic fauna and the previous studies about the impact of suspension feeders on the benthic-pelagic coupling process normally focus on small patches. Remotely Operate Vehicle (ROV) allows exploring extended and deep areas with no impact for the benthic communities, thus it is the perfect tool to perform extensive sampling in order to study the size, spatial and bathymetrical distribution of benthic species. The combination of ROV data with data of feeding experiments allows estimating the impact on the benthic-pelagic coupling process played by suspension feeders in extended area. In this thesis, the size and both spatial and bathymetrical distribution of three active and three passive suspension feeders were studied together with the role played by these species in the benthic-pelagic coupling processes and as carbon (C) sinks in the Cap de Creus region (NW Mediterranean sea). As active suspension feeders, one ascidian (Halocynthia papillosa) and two sponge species (Aplysina aerophoba and Axinella polypoides) were selected for this study, whereas, as passive suspension feeders, three gorgonians species (Paramuricea clavata, Eunicella singularis and Corallium rubrum) were chosen. The benthic suspension feeders considered in this thesis are long-lived species, and, in particular gorgonians, could also reach 100 years of life span, fact that permit the accumulation of high amount of C, stored as biomass. All these species are commonly founded in pre-coralligenous and coralligenous Mediterranean communities and especially gorgonians could reach extremely high abundances. Gorgonians are arborescent organisms that create, especially when they reach really high densities, a complex tridimensional environment (known as animal forests) in which other organisms, might find shelter, food and a safe site for reproduction. Consequently, preserving the animal forests help to maintain high levels of associated biodiversity, fact that need to be considered in management decisions.

La reproducció sexual és un procés biològic fonamental per a la majoria de les espècies vives, sent essencial per a la perpetuació de les espècies i assegurar-ne la diversitat genètica. En invertebrats sèssils marins, com corals i gorgònies, aquest tipus de reproducció, a més, permet la dispersió dels individus, el que facilita la colonització de noves àrees i assegurar el flux de gens entre poblacions. En general, la reproducció sexual es caracteritza per un alt cost energètic, la qual cosa implica que els organismes han de trobar un equilibri entre el creixement, la supervivència i la reproducció. La diferent assignació d’energia en la reproducció, la supervivència i el creixement es reflecteix en les diferents estratègies reproductives. Els invertebrats sèssils mostren dues estratègies reproductives principals: 1) la producció d'un gran nombre de petites larves, o 2) la producció de poques però grans larves. En aquest context, el nombre de larves pot influir en la quantitat d’energia invertida pels pares i per tant en la seva supervivència, mentre que la talla pot afectar a l’energia disponible/emmagatzemada en les larves i per tant a la supervivència de la descendència. La supervivència de les larves i la de les colònies parentals però, també pot dependre de la estratègia tròfica. En corals i gorgònies no simbiòtiques, l’adquisició d'energia deriva de la captura de matèria orgànica particulada en suspensió a la columna d'aigua, però la abundància d’aquest aliment pot presentar fluctuacions aleatòries. En les espècies simbiòtiques, el carboni autotròfic produït pels simbionts s'utilitza per cobrir la major part de les necessitats metabòliques de la colònia, no obstant, la seva obtenció està fortament relacionada amb la intensitat de la llum. Per tant, la combinació de autotròfia i heterotròfia (mixotrófica) és una forma de maximitzar l'adquisició de nutrients i l'èxit ecològic en ambients on la llum i la concentració de plàncton poden ser molt variables i sovint limitant. És important destacar que l'assignació energètica de la colònia a les larves també pot ser un punt clau per entendre el potencial de les noves generacions per colonitzar nous espais. Per tal d'entendre com el cost energètic de la reproducció afecta les diferents etapes del cicle de vida, la present tesi analitza la inversió energètica en la reproducció, els efectes d’aquesta inversió en la supervivència de les colònies parentals i la energia transferida a les larves, en tres espècies de gorgònies del Mar Mediterrani (Corallium rubrum, Eunicella singularis i Paramuricea clavata) d'acord amb la seva estratègia reproductiva i tròfica. Per a aquest objectiu, els mètodes clàssics (és a dir, la producció de gàmetes) es van combinar amb nous enfocaments bioquímics (és a dir, contingut de lípids i contingut i composició d’àcids grassos). És important destacar que a causa de la selecció de diferents estratègies tròfiques i reproductives, la present tesi representa un cas d’estudi que pot ser aplicat fàcilment en altres zones del món. / Sexual reproduction is one of the fundamental biological processes for most living species and it is essential for the perpetuation of the species and to ensure genetic diversity. In marine sessile invertebrates, such as corals and gorgonians, sexual reproduction is also important because it allows the dispersal of individuals, facilitating the colonization of new areas and ensuring the flux of genes among populations. In general, sexual reproduction is characterized by a high energetic cost, which implies that organisms reproducing sexually have to find a trade-off between growth, survival and reproduction. Different balances in the energetic investment in reproduction, survival and growth are reflected in the different reproductive strategies. Sessile invertebrates can display two main reproductive strategies: 1) the production of high numbers of small larvae, or 2) the production of few but large larvae. In this context, the number of larvae may influence parental energy reserves and thus, their survival, while the size may affect energy storage/availability in the larvae, and therefore, the offspring survival. However, the survival of both the larvae and the parental colony also depends on the nutritional condition. In non-symbiotic corals and gorgonians, the energy supply proceeds from the capture of particulate organic matter suspended in the water column, although its abundance can follow random fluctuations. In symbiotic species, autotrophic carbon produced by the symbionts is largely transferred to the colonies and used to cover most of their metabolic needs, but its availability is strongly related to light intensity. Therefore, combining autotrophy with heterotrophy (mixotrophy) is a way to maximize nutrient acquisition and ecological success in environments where light and plankton concentration can be very variable and often limiting. Significantly, the energy allocation from the maternal colony to the larvae may also be a key point to understanding the potential colonization by new generations. In order to understand how the energetic cost of reproduction affects the different stages of the life cycle, the present thesis analyses the energetic investment in reproduction, the effects of this investment on parental colonies and energy transfer to larvae in three gorgonian species of the Mediterranean Sea (Corallium rubrum, Eunicella singularis and Paramuricea clavata) according to their reproductive and trophic strategy. To this aim, classical methods (i.e. gamete production) were combined with new biochemical approaches (i.e. lipid content and FA content and composition). It is important to emphasize that due to the selection of different trophic and reproductive strategies, the present thesis represents a case study that is easily applicable to other areas of the world.

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Reconociendo la importancia de la urbe en el desarrollo sostenible global, esta tesis se enfoca en dos aspectos de la sostenibilidad urbana mediante una perspectiva metabólica. De acuerdo con las pautas metodológicas de la Análisis de Flujos de Materiales (Material Flow Accounting - MFA) presentadas por Eurostat en 2001, dos nuevas metodologías se desarrollan con el objetivo de evaluar la gestión de agua y de residuos Sólidos Urbanos (RSU). Ellas se aplican en los municipios litorales de la región metropolitana de Barcelona por un período de ocho años, no solamente examinando el sistema en su totalidad, sino también evaluando cada municipio por separado.La primera metodología complementa MFA contabilizando todos los flujos artificiales de agua de un sistema, refiriendo a los flujos que consisten en el agua de tuberías y el agua drenada; se consideran también los flujos indirectos relacionados con las entradas y las salidas, correspondiendo a las pérdidas de agua. La segunda metodología describe eficientemente los flujos de RSU, no sólo dentro del sistema examinado sino entre sistemas vecinales también, contabilizando de las importaciones y exportaciones de RSU y los residuos secundarios generados en las plantas de tratamiento de RSU, siguiendo cada residuo sólido hasta su deposición final.Consecutivamente, dos indicadores se proponen para la evaluación de la sostenibilidad urbana en relación con estos asuntos:· Un indicador de sostenibilidad del uso del agua, basado en las demandas del sistema en términos del agua y del agua renovable que eso recibe en la forma de agua de lluvia.· Un indicador adecuado para la revisión de las estrategias de la gestión de RSU, en línea con principios básicos de la gestión de residuos, que refleja la capacidad de un sistema para gestionar la cantidad de RSU que acepta y el grado del sostenibilidad de las prácticas del tratamiento dentro del sistema, valorando como la mejor opción el uso de residuos como materias primas.El perfil energético del sistema estudiado se analiza también, empleando una metodología más simple para la descripción de sus flujos energéticos, por la importancia de estos flujos en un área urbana y con el objetivo de proporcionar una visión más completa sobre el metabolismo del caso de estudio.Los resultados revelan un pobre funcionamiento metabólico para el sistema estudiado en términos de gestión de RSU, en ambos niveles espaciales, con bajos porcentajes de reciclaje y de reutilización. El sistema tiene un gran grado de dependencia de importaciones energéticas mientras la contribución de fuentes renovables es trivial. Con relación al agua, los resultados de su metabolismo demuestran la importancia de estos flujos para el sistema y la magnitud significativa de las pérdidas de agua. Los satisfactorios valores del indicador muestran que el sistema podría cubrir sus necesidades explotando el agua precipitada; sin embargo, la carencia de instalaciones relevantes en la mayoría de los municipios indica la necesidad de decisiones más atrevidas sobre la administración del agua en esta región que sufre de sequías severas.Las herramientas propuestas en esta tesis se demuestran capaces de detectar las problemáticas y los cambios en relación con relevante infraestructura y políticas. Los dos indicadores finalmente, pueden servir como herramientas valiosas para el planeamiento o la remodelación de áreas urbanas, contribuyendo a/apoyando la toma de decisiones para la determinación del tamaño de la población, densidad y crecimiento urbano, conjuntamente con otros indicadores. / Recognising the important role of cities in global sustainable development, this thesis focuses on two urban sustainability aspects through a metabolic perspective. Based on the Material Flow Accounting (MFA) methodological guidelines presented by Eurostat in 2001, two new methodologies are developed with the aim to assess water and Municipal Solid Waste (MSW) management. These are applied on the coastal municipalities of the Barcelona metropolitan region for a period of eight years, not only examining the system as a whole but assessing in addition each municipality separately.The first methodology complements MFA and accounts for all artificial water flows of a system, referring to the flows consisting of piped and drained water; input and output related indirect flows are also considered, corresponding to water losses. The second methodology describes efficiently the flows of MSW, not only within a given system but between neighbouring systems as well, accounting of the MSW imports and exports and the secondary waste generated in the MSW treatment plants, following each residue until its final sink.Accordingly, two indicators are suggested for the measurement of urban sustainability regarding these issues: · A water indicator that assesses the potential of a system for sustainable water management, based on the system's demands in terms of water and the renewable water it receives in the form of rainwater. · An indicator suitable for the revision of MSW management strategies, in line with basic waste management principles, that reflects the capacity of a system to manage the amount of MSW it accepts and the grade of sustainability of the treatment practices followed within the system, valuing as the best option the use of residues as prime materials. The energetic profile of the studied system is also analysed, employing a more simplified methodology for the description of its energetic flows, for the importance of these flows in an urban area and with the aim of providing a more complete view on the case study's metabolism.The studied system has a poor metabolic performance in terms of MSW management and energy, on both spatial levels. The results reveal low recycling and reuse rates of MSW and extended transport of these. A great degree of dependence on energy imports is demonstrated while the contribution of renewable sources is trivial. Concerning water, results on the case study's metabolism demonstrate the importance of these flows for the system and the significant magnitude of water losses. Encouraging indicator values indicate that the system could cover its needs exploiting rainfall; yet, the lack of required facilities in the majority of municipalities indicates the need for more daring water management decisions in this region suffering from severe droughts.The proposed tools are proved to be able to detect drawbacks and changes in relevant infrastructure and policies. The two indicators finally, can serve as valuable tools for the planning or redesigning of urban areas, supporting decision-making on determining population size, density and urban growth, in combination with other indicators.

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El camp europeu està canviant. Les transformacions socioeconòmiques i ambientals que està patint són molt nombroses. L'abandonament de l'agricultura és el més estès d'aquests canvis. De fet, l'abandonament de l'agricultura ha esdevingut la tendència de canvi d'ús i de cobertura del sòl més destacada de les societats industrials, especialment durant la segona meitat del segle XX. Aquesta tendència és particularment notòria a les zones muntanyoses. Força abundants han estat els intents d'explicar aquestes transformacions. Tanmateix, hi ha una manca de recerca exhaustiva i específica, que integri tant les ciències naturals com socials, així com també el coneixement expert i el local. Aquesta tesi utilitza aquest enfocament integrat i se centra en la regió dels Pirineus. Malgrat això, els resultats obtinguts han estat en tot moment contrastats amb els d'altres recerques realitzades a altres entorns, molt especialment a la resta de zones muntanyoses d'Europa. Aquesta tesi considera la situació crítica en què l'agricultura es troba actualment a les zones de muntanya, i l'emmarca dins un conjunt de dinàmiques complexes i transformacions que estan ocorreguent entre les esferes ambiental, econòmica i cultural: (1) creixent simplificació dels agroecosistemes, com palesen processos de degradació de praderies seminaturals; (2) reestructuracions econòmiques, reflectides en la coexistència de diferents estratègies d'ajustament entre les famílies grangeres; i (3) recomposicions socials i polítiques, expressades per les tensions existents entre diversos discursos de ruralitat sobre el paper de l'agricultura i les zones rurals en el seu conjunt. L'objectiu d'aquesta tesi és el d'explicar les raons i els efectes locals d'aquests canvis, així com també examinar el paper que l'agricultura pot jugar en el futur desenvolupament de la població que viu a zones de muntanya amb un elevat risc d'agandonament de l'agricultura. Amb aquest propòsit, es suggereix distingir entre les dues principals estratègies que les granges duen a terme com a resposta a la seva actual situació de vulnerabilitat. Aquestes són, per una banda, l'estil d'agricultura que preserva l'estoc, que a fi de garantir la continuïtat de la família grangera duu a terme sistemes de gestió i estratègies d'ajust que conserven i dinamitzen l'estoc intrínsec de recursos agrícoles (p.e. mà d'obra, bestiar o terra) i disminueixen la dependència de factors externs. I per l'altra, l'estil d'agricultura simplificada, que debilita i empobreix l'activitat agrícola, ja sigui tot degradant els recursos agrícoles, amb la implementació de sitemes de gestió de baix cost; o bé tot desplaçant-los de l'activitat agrícola cap a d'altres, com el turisme rural o altres menes de feina fora de la granja. En els debats polítics i científics sobre el desenvolupament rural a les regions muntanyoses d'Europa, com a conseqüència de les limitacions socioeconòmiques i ambientals estructurals que presenten aquestes zones, l'assoliment d'unes muntanyes vives i sostenibles sovint s'associa amb el canvi de motivació, d'estar centrada en la producció d'aliments a estar-ho en l'adopció de noves pràctiques multifuncionals. A les zones de muntanya amb un elevat risc d'abandonament de l'agricultura, se suggereix l'existència de dues concepcions diferents de la multifuncionalitat, en relació amb els dos estils d'agricultural abans esmentats: (a) la multifuncionalitat de l'agricultor, i (b) la multifuncionalitat de l'agricultura. Mentre la noció de multifuncionalitat de l'agricultor posa èmfasis en la polivalència del granger, com a estratègia de desenvolupament rural; la noció de multifuncionalitat de l'agricultura remarca els múltiples beneficis socials que la pràctica de l'agricultura comporta ja sigui directament o indirecta. L'agricultura, i particularment l'agricultura de muntanya, és certament multifuncional. Tanmateix, en les actuals circumstàncies a les zones de muntanya amb un risc elevat d'abandonament de l'agricultura, les estratègies de desenvolupament rural que fomenten una degradació encara major d'aquesta activitat i una fugida dels recursos agrícoles, com és el cas de l'estil d'agricultura simplificada i la concepció de la multifuncionalitat de l'agricultor, no són les adequades. Doncs, aquestes acceleren encara més el procés d'abandonament de l'agricultura i, conseqüentment, disminueixen la capacitat de l'activitat agrícola de garantir les 'múltiples' funcions a aquestes regions. Finalment, s'argumenta que és possible garantir a la vegada granges viables i una economia rural diversificada a les zones de muntanya, mitjançant l'apreciació del caràcter multifuncional de l'agricultura de muntanya i no de l'agricultor. Paraules clau: canvi rural, estratègies d'ajustament de la granja, discursos de ruralitat, diversificació, abandonament parcial, multifuncionalitat, prats de dall / The face of the European countryside is changing. The socioeconomic and environmental transformations that rural areas are undergoing are numerous. Agricultural abandonment is the most widespread of these changes. In fact, agricultural abandonment has become the most remarkable trend in land-use and land-cover change in industrialised societies, especially since second half of the 20th century. This tendency is particularly acute in mountainous areas. There have been many attempts to explain and shed light on such complex transformations. However, there is still a lack of in-depth and comprehensive research derived from the integration of both social and natural sciences, as well as from the integration of expert and local knowledge. This dissertation uses this integrative approach and focuses on an area of the Pyrenees, although its findings resonate and are contrasted with other results and research carried out in other contexts, especially with the rest of European mountains. This work considers the critical situation agriculture in mountains now encounters, and understands it as part of a set of complex dynamics and changes which occur between the environmental, economic and cultural spheres. Namely such transformations have to do with: (1) increasing agroecosystem simplifications, illustrated by processes of degradation of semi-natural grasslands; (2) economic restructuring, reflected by the coexistence among household farms of distinct adjustment strategies to secure their continuity; and (3) social and political recomposition, expressed by the tensions among diverse discourses of rurality about the role ascribed to agriculture and rural areas as a whole. This dissertation sets out to explain the reasons and the local effects of such changes and aims to examine the role that agriculture could play in the future development of people living in agricultural abandonment risk mountain regions. To this aim, a distinction between two main modes of farming is suggested, both of which appear as a reaction to their current vulnerable situation. These are, on the one hand, the stock¬preserving mode of farming, which to secure the continuity of farm households undertakes management regimes and adjustment strategies that enhance and preserve their stock of farming resources (e.g. labour, livestock or land) and decrease the dependence on external factors. And on the other, the simplified mode of farming, which weakens and impoverishes the agricultural activity by both degrading the farming resources, through undertaking low-cost management regimes, and moving them away from farming to other activities such as farm tourism or off-farm employment. In the policy and scientific debates on rural development in European mountain regions, given the structural socioeconomic and environmental constraints of these areas, the attainment of sustainable living mountains is often associated with a move away from the food-producing determination of farm households to adopt new multifunctional rural development practices. In agricultural abandonment risk mountain regions, it is suggested that two different conceptions of multifunctionality may be identified in connexion with the two modes of farming distinguished: (a) the multifunctionality of farmer, and (b) the multifunctionality of agriculture. While the notion of the multifunctionality of farmer puts emphasis on the farmer's polyvalence as a strategy of rural development, the notion of the multifunctionality of agriculture stresses the multiple alternative social benefits that the undertaking of the farming activity directly and indirectly brings about. Agriculture, and particularly mountain agriculture, is certainly multifunctional in nature. However, in the present circumstances of great risk of agricultural abandonment in mountain regions, strategies of rural development that encourage further degradation and moving of farming resources away from agriculture, as done by the simplified mode of farming and the conception of the multifunctionality of farmer, do not seem to be adequate. These accelerate even more the agricultural abandonment process, and consequently undermine the capability of mountain agriculture to guarantee the 'multiple' functions in these regions. It is thus argued that to guarantee at the same time both viable farms and a diversified rural economy in mountain regions is possible, through the appreciation of the multifunctional nature of mountain agriculture and not the farmer one. Keywords: rural change, farm adjustment strategies, discourses of rurality, farm diversification, partial abandonment, multifunctionality, hay meadows.

Durante los últimos años, la investigación y el desarrollo de tecnologías para la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en nuestro planeta ha incrementado. Varias soluciones se han propuesto, incluyendo la captura y secuestro de carbono (CCS en inglés). La aplicación de CCS se ha focalizado en las tecnologías de producción de energía a gran escala que utilizan combustibles fósiles. Recientemente, se ha trabajado en el uso de CCS en tecnologías de enriquecimiento de biogás. Esta práctica consiste en la eliminación del CO2 del biogás emitido por digestores anaeróbicos y vertederos con el fin de incrementar la concentración de CH4 en el biogás, generando así un potencial sustituto de gas natural. Dos innovadoras tecnologías en desarrollo almacén además el CO2 eliminado en una forma sólida, a través de un proceso llamado mineralización de carbono. Este proceso utiliza óxido cálcico de los residuos industriales para fijar el CO2 en forma de carbonato cálcico. Idealmente estas tecnologías innovadoras de enriquecimiento deberían mostrar mayores beneficios ambientales en comparación con las tecnologías convencionales ya que almacenan inmediatamente el CO2. La primera tecnología analizada es la regeneración de alcalino (AwR) que consiste en el uso de una solución alcalina para eliminar el CO2 y que es regenerada mediante su exposición a un residuo industrial rico en CaO. La segunda tecnología es enriquecimiento de biogás con cenizas (BABIU), basada en la interacción directa del biogás con las cenizas resultantes de incineradores de residuos municipales. Esta tesis pretende determinar si estas tecnologías innovadoras muestran beneficios ambientales respecto a las tecnologías convencionales de enriquecimiento de biogás, mediante la aplicación de herramientas de la ecología industrial. El análisis de ciclo de vida, el análisis de flujos materiales y el análisis de exergía son aplicadas para el análisis ambiental y de recursos. Asimismo, la viabilidad a largo plazo de las tecnologías es examinada desde el punto de vista económico y material. En general, los resultados indican que las tecnologías innovadoras no muestran un perfil ambiental notablemente mejor que las convencionales, especialmente para AwR donde el uso de la solución alcalina da lugar a un elevado impacto ambiental. Aún así, ambas tecnologías consiguen un significante ahorro de CO2 respecto a las tecnologías convencionales. Asimismo, dado que las dos tecnologías analizadas se encuentran en un período de prueba piloto, se identifican las potenciales mejoras para optimizar el perfil ambiental y económico, como incrementar la eficiencia de la regeneración de la solución alcalina en la tecnología AwR. El análisis económico realizado para AwR resaltó que reducir sus costes operacionales incrementaría la oportunidad de su implementación como negocio. Los resultados pueden ser usados tanto por promotores de estas innovadoras tecnologías para mejorar su viabilidad económica y ambiental a largo plazo, como por promotores y fabricantes de tecnologías similares, como aplicaciones de CCS o enriquecimiento de biogás. / Our world has been increasingly looking for solutions to reduce the greenhouse gas (GHG) emissions of our planet. Various solutions have been proposed, including carbon capture and sequestration (CCS). Focus for application of CCS has normally centered on large scale energy production that burns fossil fuel. Recently, developers have been working on applying CCS to biogas upgrading technology. This entails removing CO2 from biogas emitted from anaerobic digestors and landfills while also increasing the CH4 concentration to render the biogas suitable as natural gas substitute. Two novel technologies under review also stores the removed CO2 in a solid form, through a process called carbon mineralization. This process uses calcium oxides found in industrial waste to fix CO2 by forming calcium carbonate. Ideally these novel upgrading technologies should have more environmental benefit over conventional ones based on the fact that they immediately store CO2, while conventional ones do not. The first technology is called alkaline with regeneration (AwR) and consists of using an alkaline solution to strip the CO2. The alkaline solution is then regenerated by exposing it to a waste rich in CaO. The second is called bottom ash for biogas upgrading (BABIU) which relies on a direct gas-solid phase interaction with bottom ash from municipal solid waste incinerators. This thesis examines whether or not these two novel technologies have an environmental benefit over conventional upgrading technologies, based on industrial ecology tools. Life cycle assessment, material flow analysis, and exergy analysis were applied for the environmental and resource assessments. The thesis also examines the long term feasibility of applying these technologies, both from a material and economic point of view. Overall it was determined that the novel technologies generally do not have a better environmental performance over conventional technologies, especially AwR which was found to have a higher impact due to the use of the alkaline solution. Despite this, both novel technologies had significant CO2 savings over conventional technologies. As well since both novel processes are in the pilot plant stage it is possible to pinpoint what can be improved in order to increase the all around environmental benefit, for example by increasing the regeneration rate of the alkaline solution in AwR. The economic assessment was conducted on AwR and it was found that improving its operational costs would help create a business case for potential application. The results not only help the developers of the novel technologies to improve their long term environmental and economic viability but also can be used by developers and manufactures of similar technologies, such as other biogas upgrading or CCS technologies.

L’augment en la generació de residus sòlids municipals (RSM), principalment degut al creixement de la població i als nous patrons de consum, és un assumpte important per a la Unió Europea (UE) i per la majoria de països d’arreu del món. Polítiques sostenibles per a la gestió dels RSM han estat components claus en les directives de la UE (Directives 1999/31/EC and 2008/98/EC). Aquesta tesis doctoral te com a objectiu estudiar les tecnologies per al tractament dels RSM i avaluar els impactes ambientals derivats de l’ús de la matèria orgànica (compost) com a fertilitzant en cultius. Els estudis s’han basat en la anàlisis del cicle de vida utilitzant les metodologies CML i ReCipe. El capítol 2, fa referencia a l’avaluació ambiental de l’autoclavatge de residus, tecnologia que fins al moment ha estat principalment utilitzada per a l’esterilització de residus sanitaris. Els resultats de l’avaluació ambiental dels processos autoclave, separació i tractament biològic varen ser comparats amb els escenaris d’incineració i abocador. Els resultats mostraren, que els sistemes que consideraven la digestió anaeròbica, tenien els menors impactes per les categories d’eutrofització i escalfament global. En canvi, la incineració obtingué els millors resultats per la resta de categories d’impacte ambiental estudiades. Per altra banda, l’abocador obtingué els majors valors en totes les categories d’impacte. El capítol 3, correspon al segon cas d’estudi que es va dur a terme per comparar els resultats ambientals i agronòmics de dos compost (industrial i casolà) amb fertilitzant mineral. Els fertilitzants varen ser aplicats a cultius de coliflor. Els resultats varen mostrar un major rendiment agronòmic (fruita·ha-1) per cultius abonats amb fertilitzant mineral; en canvi, el millor perfil ambiental va ser pels cultius fertilitzats amb compost casolà. El capítol 4, correspon al tercer cas d’estudi en el qual dos composts procedents d’auto-compostatge van ser produïts mitjançant dos sistemes de gestió diferents, la diferent gestió va donar lloc a diferències significatives en termes d’emissions. Les emissions de metà, òxid nitrós i amoníac van ser experimentalment mesurades en ambdós composts. Els resultats mostraren que les emissions d’òxid nitrós i metà contribuïren considerablement a la categoria d’impacte d’escalfament global. En canvi, les emissions d’amoníac contribuïren a les categories d’acidificació, eutrofització i oxidació fotoquímica. Es va observar que aquestes emissions gasoses depenien considerablement de les pràctiques de gestió durant la producció del compost, tals com: qualitat i tipus de residus, freqüència de barreja del compost, control rigorós d’algunes característiques fotoquímiques (humitat, pH, temperatura), entre d’altres. El Capítol 6, correspon al quart cas d’estudi en el qual es va comparar la idoneïtat ambiental de fertilitzants orgànics i minerals en una seqüència de cultius de coliflor i tomàquet. A més a més, es compararen dos procediments per l’assignació del compost als cultius. El primer basat en el temps de duració del cultiu i el segon en el grau de mineralització del nitrogen al sòl. En general, el cultiu de coliflor mostrà un millor perfil ambiental que el del tomàquet en totes les categories d’impacte estudiades. Per altra banda, els impactes totals de la seqüència de cultius (suma d’impactes de la coliflor i tomàquet) varen ser menors que els impactes individuals (coliflor i tomàquet) pels tres tractaments de fertilització. Finalment, la Tesis conclou recomanacions per la gestió dels residus orgànics (Capítol 5). Aquestes recomanacions varen ser enfocades a la producció de compost domèstic i la seva aplicació hortícola. S’inclou un model V2V “vegetals a vegetals”. Aquest és un model de bucle tancat que comença des de els residus de cultius (hortalisses, vegetals i fruites) fins la transformació d’aquests novament en fertilitzants orgànics per ser aplicats a cultius. Les recomanacions van dirigides als agricultors i qualsevol persona interessada en la producció de compost domèstic. / El aumento en la generación de residuos sólidos municipales (RSM) debido al crecimiento de la población y nuevos patrones de consumo es un asunto importante en la Unión Europea (UE) y para la mayoría de países alrededor del mundo. Políticas para la gestión de los RSM de una manera sostenible han sido componentes claves en las directivas de la UE (Directives 1999/31/EC and 2008/98/EC). Esta tesis doctoral tiene como objetivo estudiar tecnologías para el tratamiento de los RSM y evaluar los impactos ambientales originados por usar la materia orgánica como fertilizante en cultivos. Los estudios están basado en el análisis del ciclo de vida usando las metodologías de CML and ReCipe. Capítulo 2, se refiere a la evaluación ambiental de la autoclave, la cual es una tecnología normalmente utilizada para la esterilización de residuos farmacéuticos. Esta tecnología ofrece la posibilidad de recuperar una parte importante de los RSM mezclados tales como: la fibra orgánica (OF) y los reciclables. Los resultados de la evaluación ambiental de los sistemas (autoclave + separación + tratamiento biológico) fueron comparados con incineración y vertedero. Los resultados indicaron que los sistemas que consideraron la digestión anaeróbica tuvieron los menores impactos para las categorías de eutrofización y calentamiento global. Mientras que, incineración tuvo los mejores resultados para el resto de las categorías estudiadas. Capítulo 3 corresponde al segundo caso de estudio el cual se llevó a cabo para comparar los resultados ambientales y agronómicos de dos composts (industrial y casero) con fertilizantes minerales. Los fertilizantes fueron aplicados a cultivos de coliflor. Los resultados mostraron un mejor rendimiento agronómico (fruta· ha-1) para los cultivos fertilizados con fertilizante mineral pero el mejor desempeño ambiental fue para los cultivos fertilizados con el compost casero. Capítulo 4, corresponde al tercer caso de estudio, en el cual dos composts caseros fueron producidos por dos sistemas de gestión de producción diferentes en los cuales se observaron diferencias significativas en términos de emisiones. Emisiones de metano, óxido nitroso y amoniaco fueron experimentalmente medidos para ambos composts. Los resultados mostraron que las emisiones de óxido nitroso, y metano contribuyeron considerablemente en la categoría de calentamiento global. Mientras que las emisiones de amoniaco contribuyeron en las categorías de acidificación, eutrofización y oxidación fotoquímica. Se observó que esas emisiones gaseosas dependen considerablemente de las prácticas de gestión cuando se produce el compost, tales como: calidad y tipo de residuos, frecuencia de mezclado del material, control riguroso de algunas características físico-químicas tales como: humedad, pH, y temperatura, entre otras. Capítulo 6, corresponde al cuarto caso de estudio en el cual se comparó el desempeño ambiental de fertilizantes orgánicos y minerales en una secuencia de cultivos de coliflor y tomate. Además se compararon dos procedimientos para la asignación del compost a los cultivos. El primero estuvo basado en el tiempo de duración del cultivo y el otro en el grado de mineralización del nitrógeno en el suelo. En general, el cultivo de coliflor mostró un mejor desempeño ambiental que el del tomate en todas las categorías de impacto estudiadas. Por otro lado, en ambos cultivos, el tratamiento de fertilización realizado con compost casero mostró un menor impacto ambiental que el compost industrial y el fertilizante mineral en la mayoría de las categorías estudiadas. Por otro lado, los impactos totales de la secuencia de cultivos (suma de impactos de la coliflor y el tomate) fueron menores que los impactos individuales (coliflor y tomate) para los tres tratamientos de fertilización. Finalmente, la tesis incluye recomendaciones para la producción y gestión de los residuos orgánicos (Capítulo 5). Estas recomendaciones se enfocaron en la producción de compost doméstico y su aplicación en horticultura. Se incluye el modelo V2V “vegetables to vegetables” que es un modelo de bucle cerrado empezando desde la generación de residuos de cultivos (hortalizas, vegetales y frutas) hasta que los mismos son transformados nuevamente en fertilizantes orgánicos para ser aplicados en cultivos. / The increased generation of municipal solid waste (MSW) due to population growth and new patterns of consumption is an important issue for European Union (EU) and countries around the world. Policies for managing MSW in a sustainable manner have been key components of EU directives (Directives 1999/31/EC and 2008/98/EC). This doctoral thesis aims to study technologies for the treatment of MSW and assess the environmental impacts of using organic waste to fertilize crop in order to optimize resources and reduce waste. The studies are based on life cycle analysis using CML and ReCipe methodologies. Chapter 2 is dedicated to the assessment of autoclaving a technology normally used for the sterilization of pharmaceutical waste. This technology offers the possibility of recovering the valuable portion of mixed MSW such as the organic fiber (OF). The processes of autoclaving, sorting and biological treatment were compared to two known technologies: incineration and landfill. The results showed that the systems which considered the anaerobic digestion had the lowest impacts in eutrophication potential and global warming potential. Meanwhile, incineration had the best results for the remainder five impact categories studied. On the other hand, landfill had the highest impact in all studied categories. Chapter 3, the second case study was carried out to compare the environmental and agronomical results of two composts (industrial and home) with mineral fertilizers. Fertilizers were applied to horticultural cauliflower crops. The results showed a better yield (fruit · ha-1) for the crops fertilized with mineral fertilizers but the best environmental performance was for the crops fertilized with home compost. Chapter 4, the third case study, two home composts were produced by two different methods (i.e. production management), resulting in significant differences in terms of emissions. Emissions of methane, nitrous oxides and ammonia were experimentally measured for both composts. The results showed that nitrous oxides and methane emissions contributed considerably the category of global warming potential. While ammonia emissions contributed to the categories of acidification potential, eutrophication and photochemical oxidation. It was observed that these gaseous emissions depend on the management practices employed when producing the compost such as: quality and type of waste stream, frequency mixing of the composting material, rigorous control of some physico-chemical characteristics (humidity, pH, temperature, etc.), among others. Chapter 6, the fourth case study was carried out to compare the environmental performance of organic and mineral fertilizer in a crop sequence of cauliflower and tomato. Furthermore, two procedures for allocating life cycle impacts to crops were also studied. The first one was based on time allocation and the other one in the mineralization N degree in soil. In general, the results showed a better environmental performance for cauliflower crop than tomato in all impact categories considered. Meanwhile, in both crops, the fertilization treatment with home compost showed the lowest impacts than industrial compost and mineral fertilizers in the most impact categories studied. Additionally, the total impacts for the crop sequence (sum of impacts of cauliflower and tomato) were lower than single (i.e. cauliflower and tomato) impacts for the three fertilization treatments. Finally, the dissertation also includes guidelines for organic waste management (Chapter 5). These guidelines focused on domestic compost production and its application in horticulture. The guidelines show the V2V “vegetables to vegetables” model, a closed loop model starting from food waste (e.g. vegetables and fruits) compost until it is again transformed in organic fertilizer to be applied to crops. The guidelines are targeted towards farmers and anyone interested in domestic compost production.