Abstract Forest ecosystems are likely to shift faster in response to climate change than their maximum natural rate at which they can migrate and establish. This thesis introduces an interdisciplinary approach to develop a proactive management strategy towards climate change through assisted populations’ migration for two pine species; Aleppo pine (Pinus halepensis Mill.) and Black pine (Pinus nigra ssp. salzmannii). The main objectives of this study were to (1) evaluate plantation performance and phenotypic plasticity in the broad context of genotype by environment interaction (GEI) of these pine seed sources out-planted in contrasting trial sites to test a hypothetical northwards migration for further selection under specific conditions, (2) compare the efficiency of joint regression and Additive Main effect and Multiplicative Interaction (AMMI) models in elucidating seed sources adaptation patterns in each site then, (3) explain the basis of the differential response of seed sources to induced drought and cold stresses through the physiological, metabolomic and proteomic analyses. This study reproduced real conditions of reforestation in potential future climatic conditions either in field or under phytotron controlled conditions. The selective use of the intraspecific variability was demonstrated to have a potential contribution to alleviate adverse climate change impacts on forest ecosystems. For both species, certain seed sources were able to cope better with specific climate perturbations than others in response to the northwards shifts; seedlings not belonging to the target site could be selected for facing current climate irregularities in different environments. Abstract Here, provenances moved from slightly different transfer distance metrics were the best performers. The main problem is the high expected seedlings mortality due to freezing events and drought stress mainly for seedlings belonging to warmer provenances. Seed sources phenotypic plasticity was low to moderate for height and diameter growth and the environmental effect had a great influence on their performance variation. The AMMI models demonstrated higher adequacy to analyse complex GEI than the joint regression analysis. An important finding is that specific adaptation to adverse environmental conditions was coupled with low phenotypic plasticity responses. Differences among Aleppo pine seed sources subjected to induced drought conditions were significant for chlorophyll fluorescence, pigments and soluble sugars contents. However, induced cold stress changes transpiration rate, stomatal conductance, pigments and glucose contents. The decrease in photosynthesis under drought, unlike to cold stress, was due to stomatal closure. At the considered metabolomic level, drought tolerance was related to the decrease of glucose and fructose and the increase of sucrose contents in needles. However, the cold tolerance was associated to the decrease of glucose and the increase of sucrose and fructose contents. At the proteomic level, most of the identified proteins were related to the transcriptional machinery and sugar metabolism. The presence of enzyme related to the sulphur amino-acids metabolism could be the limiting factor for drought stress in Aleppo pine. Keywords Assisted population migration, Reforestation, Pinus halepensis, Pinus nigra ssp. salzmannii, Seed Sources, Out-planting performance, Survival, Growth, Phenotypic Plasticity, Genotype by Environment Interaction, Adaptation, Physiology, Metabolomic, Proteomic. / Taïbi, K. (2014). Integrated approach for addressing assisted population migration programs in forest management to climate change: out-planting performance, genotype by environment interactions, physiological and molecular response [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48467 / TESIS

[ES] ¿Cuántas veces hemos realizado o participado en una repoblación forestal y pasados los años no hemos encontrado rastro de los árboles plantados? Y en muchas ocasiones nos habremos preguntado por qué e incluso sentido frustración de creer que no lo hemos cuidado adecuadamente. La respuesta no es sencilla como veremos en este trabajo. En las últimas décadas, las repoblaciones forestales o reforestaciones, enmarcadas dentro de planes de restauración, han experimentado altas tasas de mortalidad, sobre todo en nuestro ámbito mediterráneo donde predominan las tierras secas. Esta tasa alta de mortalidad en numerosas ocasiones se relaciona con las condiciones meteorológicas, pero existen multitud de aspectos que pueden influir en alcanzar o no el objetivo final de la repoblación. Para poder conocer cuáles son los aspectos que influyen en mayor o menor medida en la supervivencia y crecimiento adecuado de las plántulas puedas en campo, se plantea la puesta en marcha de un protocolo de control holístico o integral de repoblaciones y el estudio y seguimiento de la puesta en práctica en una repoblación real durante 10 años. El control de calidad en sí mismo se ha contemplado sobre las distintas fases de la repoblación: desde la revisión de las decisiones tomadas en proyecto, pasando por la ejecución en obra, la evaluación de los lotes de planta empleados, la caracterización de sitio o estación, hasta la realización del seguimiento climatológico, ambiental y de la propia repoblación (en términos de supervivencia y crecimiento). En base a distintos planteamientos experimentales y de toma de muestras dentro de una repoblación real, en condiciones cambiantes y con sequias extremas, se ha podido estudiar pormenorizadamente la calidad de planta o stock y la idoneidad de las especies utilizadas (Pinus sp., Quercus sp., Arbutus Unedo, Juniperus phoenicea y Fraxinus ornus) para posteriormente evaluar la repoblación tras 10 años en conjunto y por tanto, los demás aspectos y sus interacciones que influyen en el establecimiento, como: la calidad de ejecución, la calidad de sitio o estación, la idoneidad del tubo protector, etc. A grandes rasgos, los resultados tanto en las parcela experimental como en la repoblación, siendo en ellas las condiciones meteorológicas las mismas, no ha sido muy satisfactoria tras los 10 años. Al margen de conocer que las sequias extremas acontecidas han tenido gran influencia e interaccionan demás factores (acrecentando los efectos negativos), se ha podido evaluar que existen especies de dudosa idoneidad para determinados sitios; que la correcta ejecución juega un papel importante; que se requiere de una mejor zonificación; y que cuidados culturales post plantación como el tubo protector, pueden influir notablemente en la consecución de la repoblación. Así, además de identificar cuáles son los aspectos más influyentes en esta repoblación en particular, se han adquirido cuestiones prácticas tanto a la hora de aplicar el control de calidad como a la hora de como plantearnos, desde la redacción del proyecto, las nuevas repoblaciones, teniendo muy en cuenta el nuevo contexto de cambio climático. / [CAT] Quantes vegades hem realitzat o participat en una repoblació forestal i passats els anys no hem trobat cap rastre dels arbres plantats? I moltes vegades ens haurem preguntat per què i fins i tot, sentit frustració de creure que els hem cuidat adequadament. La resposta no és senzilla com veurem en aquest treball. En les darreres dècades, les repoblacions forestals o reforestacions, emmarcades dins de plans de restauració, han experimentat altes taxes de mortalitat, sobretot al nostre àmbit mediterrani on predominen les zones àrides. Aquesta taxa alta de mortalitat normalment es relaciona amb les condicions meteorològiques, però hi ha multitud d'aspectes que poden influir en assolir o no l'objectiu final de la repoblació. Per poder conèixer quins són els aspectes que influeixen en major o menor mesura en la supervivència i el creixement adequat de les plàntules posades camp, es fica en marxa un protocol de control holístic o integral de repoblacions, i l'estudi i el seguiment de la posada en pràctica en una repoblació real durant 10 anys. El control de qualitat en si mateix s'ha contemplat sobre les diferents fases de la repoblació: des de la revisió de les decisions preses en projecte, passant per l'execució en l'obra, l'avaluació dels lots de planta emprats, la caracterització de lloc o estació, fins a la realització del seguiment climatològic, ambiental i de la pròpia repoblació (en termes de supervivència i creixement). En base a diferents plantejaments experimentals i de presa de mostres dins una repoblació real, en condicions canviants i amb sequeres extremes, s'ha pogut estudiar detalladament la qualitat de planta i la idoneïtat de les espècies utilitzades (Pinus sp., Quercus sp., Arbutus Unedo, Juniperus phoenicea i Fraxinus ornus) per posteriorment avaluar la repoblació després de 10 anys en conjunt i per tant, els altres aspectes i les seves interaccions que influeixen en l'establiment, com ara: la qualitat d'execució, la qualitat de lloc o estació, la idoneïtat del tub protector, etc. A grans trets, els resultats tant a les parcel·les experimentals com a la repoblació, sent en elles les condicions meteorològiques les mateixes, no ha estat gaire satisfactòria després dels 10 anys. Al marge de saber que les sequeres extremes esdevingudes han tingut gran influència i interaccionen altres factors (augmentant els efectes negatius), s'ha pogut avaluar que hi ha espècies de dubtosa idoneïtat per a determinats llocs; que la correcta execució juga un paper important; que es requereix una millor zonificació; i que els tractaments culturals postplantació com el tub protector, poden influir notablement en la consecució de la repoblació. Així, a mes a més de conèixer quins són els aspectes més influents en aquesta repoblació en particular, s'han adquirit qüestions pràctiques tant a l'hora d'aplicar el control de qualitat com a l'hora de plantejar-nos, des de la redacció del projecte, les noves repoblacions, tenint molt en compte el nou context de canvi climàtic. / [EN] How many times have we carried out or participated in a reforestation and over the years we have not found a trace of the planted trees? On many occasions, we will have wondered why and even felt frustrated to believe that we have not taken care of it properly. The answer is not simple as we will see in this work. In recent decades reforestations, framed within restoration plans, have experienced high mortality rates, especially in our Mediterranean area where drylands predominate. This high mortality rate is often related to weather conditions, but there are many aspects that can influence the final objective of the reforestation. In order to know which are the aspects that influence the survival and adequate growth of seedlings in the field, the implementation of a holistic control protocol for reforestation is proposed, as well as the study and monitoring of the put into practice in a real reforestation for 10 years. The quality control itself has been contemplated on the different phases of the reforestation: from the review of the decisions taken in the project, through the execution on site, the evaluation of the stock quality of plant used, the site characterization, until climatological, environmental and reforestation monitoring (in terms of survival and growth). Based on different experimental approaches and sampling within a real reforestation, with changing conditions and extreme droughts, it has been possible to study in detail the quality of the plant and the suitability of the species used (Pinus sp., Quercus sp., Arbutus Unedo, Juniperus phoenicea and Fraxinus ornus). Then has been evaluated the repopulation after 10 years as a whole, knowing the other aspects and their interactions that influence the establishment, such as: the quality of execution, the site quality, the suitability of shelter tube, etc. Broadly speaking, the results in the experimental plot and in the reforestation, being the same the weather conditions, have not been very satisfactory after 10 years. Apart from knowing that the extreme droughts that have occurred have had a great influence and their interactions with other factors (increasing the negative effects), it has been possible to evaluate that there are species of doubtful suitability for certain site conditions; that correct execution plays an important role; that better zoning is required; and post-planting cultural treatment, such as the protective tube, can significantly influence the establishment of reforestation. Thus, apart from identify which are the most influential aspects in this particular reforestation, practical questions have been acquired when applying quality control from the project drafting of the new reforestations taking into account the new context, the climate change. / Segura Orenga, G. (2023). Estudio del establecimiento de repoblaciones forestales en el ámbito mediterráneo mediante un análisis holístico de factores técnicos y ecológicos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192666

Tesis por compendio / [ES] Los bosques de Pinus halepensis, están sometidos a periodos con condiciones meteorológicas extremas de altas temperaturas y estrés hídrico. Estas condiciones, junto al actual contexto de emergencia climática genera condiciones ideales para los grandes incendios forestales de proporciones catastróficas con graves consecuencias en la salud y el bienestar de las personas. En este contexto, una de las disciplinas de conocimiento científico que apenas se han investigado hasta la fecha en relación con el riesgo de incendios forestales es la electrofisiología vegetal. Por ello, en la presente tesis se expone la evaluación experimental de las señales eléctricas vegetales como posibles variables equivalentes del estado fenológico en los modelos de gestión, como base para el futuro desarrollo de sistemas de redes de sensores inalámbricos, todo ello a través del análisis de las características estáticas y dinámicas de las señales electrofisiológicas de la principal especie arbórea de la cuenca mediterránea occidental, el Pinus halepensis. La tesis se ha estructurado en tres capítulos, siguiendo cada uno de ellos el método científico. En el primer capítulo se analiza la evaluación de algunos de los factores estáticos más significativos que influyen en el patrón de distribución de las señales electrofisiológicas del Pinus halepensis. Tras un diseño muestral adecuado, los resultados demuestran que la madurez del árbol influye directamente en la tensión eléctrica determinada por la tensión medida, siendo los árboles jóvenes los que presentan una mayor amplitud en la señal eléctrica, la cual se muestra uniforme en el árbol, siendo independiente de la colocación de los electrodos en altura y en orientación cardinal. En el segundo capítulo se analiza la evolución temporal de la señal eléctrica registrada, tanto diaria como anual. Los resultados obtenidos demuestran que las señales electrofisiológicas presentan valores significativamente más altos y de mayor amplitud durante los periodos más húmedos con temperaturas moderadas, mientras que las señales son representativamente mucho más bajas, durante los períodos con mayor estrés vegetativo del año. La metodología aplicada y los resultados obtenidos en este capítulo de la tesis demuestran que las señales electrofisiológicas pueden ser consideradas un indicador del estado fisiológico de los árboles en situaciones de estrés vegetativo. Finalmente, en el tercer capítulo de la tesis se analiza la evaluación de las señales electrofisiológicas como variables a incluir en los modelos de gestión del riesgo de incendio forestal. Los resultados obtenidos nos han permitido demostrar que el LFMC del Pinus halepensis no muestra variaciones estacionales significativas bajo la influencia de factores extremos de riesgo de incendio, mientras que las diferencias registradas en las señales electrofisiológicas muestran oscilaciones con variaciones significativas, que están fuertemente correlacionadas con los periodos de condiciones meteorológicas extremadamente favorables para los incendios forestales. Finalmente, también se ha podido demostrar una muy alta correlación entre las tensiones medidas y el principal índice de riesgo de incendio utilizados por las agencias de emergencias Con todos los resultados obtenidos, podemos concluir finalmente que las variaciones en las señales electrofisiológicas están estrechamente relacionadas con el estado fenológico de los Pinus halepensis y con el riesgo de incendio forestal. Lo que abre la posibilidad de una monitorización in situ de las masas forestales en las que domina esta especie, lo que sería fácilmente integrable en los sistemas de modelización y gestión preventiva de los incendios forestales en los ecosistemas mediterráneos. / [CA] Els boscos de Pinus halepensis, estan sotmesos a períodes amb condicions meteorològiques extremes d'altes temperatures i estrés hídric. Aquestes condicions, al costat de l'actual context d'emergència climàtica genera condicions ideals per als grans incendis forestals de proporcions catastròfiques amb greus conseqüències en la salut i el benestar de les persones. En aquest context, una de les disciplines de coneixement científic que a penes s'han investigat fins hui en relació amb el risc d'incendis forestals és l'electrofisiologia vegetal. Per això, en la present tesi s'exposa l'avaluació experimental dels senyals elèctrics vegetals com a possibles variables equivalents de l'estat fenològic en els models de gestió, com a base per al futur desenvolupament de sistemes de xarxes de sensors sense fils, tot això a través de l'anàlisi de les característiques estàtiques i dinàmiques dels senyals electrofisiològics de la principal espècie arbòria de la conca mediterrània occidental, el Pinus halepensis. La tesi s'ha estructurat en tres capítols, seguint cadascun d'ells el mètode científic. En el primer capítol s'analitza l'avaluació d'alguns dels factors estàtics més significatius que influeixen en el patró de distribució dels senyals electrofisiològics del Pinus halepensis. Després d'un disseny mostral adequat, els resultats demostren que la maduresa de l'arbre influeix directament en la tensió elèctrica determinada per la tensió mesurada, sent els arbres joves els que presenten una major amplitud en el senyal elèctric, la qual es mostra uniforme en l'arbre, sent independent de la col·locació dels elèctrodes en altura i en orientació cardinal. En el segon capítol s'analitza l'evolució temporal del senyal elèctric registrat, tant diària com anual. Els resultats obtinguts demostren que els senyals electrofisiològics presenten valors significativament més alts i de major amplitud durant els períodes més humits amb temperatures moderades, mentre que els senyals són representativament molt més baixes, durant els períodes amb major estrés vegetatiu de l'any. La metodologia aplicada i els resultats aconseguits en aquest capítol de la tesi demostren que els senyals electrofisiològics poden ser considerades un indicador de l'estat fisiològic dels arbres en situacions d'estrés vegetatiu. Finalment, en el tercer capítol de la tesi s'analitza l'avaluació dels senyals electrofisiològics com a variables a incloure en els models de gestió del risc d'incendi forestal. Els resultats aconseguits ens han permés demostrar que el LFMC del Pinus halepensis no mostra variacions estacionals significatives sota la influència de factors extrems de risc d'incendi, mentre que les diferències registrades en els senyals electrofisiològics mostren oscil·lacions amb variacions significatives, que estan fortament correlacionades amb els períodes de condicions meteorològiques extremadament favorables per als incendis forestals. Finalment, també s'ha pogut demostrar una molt alta correlació entre les tensions mesurades i el principal índex de risc d'incendi utilitzats per les agències d'emergències Amb tots els resultats aconseguits, podem concloure finalment que les variacions en els senyals electrofisiològics estan estretament relacionades amb l'estat fenològic dels Pinus halepensis i amb el risc d'incendi forestal. El que obri la possibilitat d'un monitoratge in situ de les masses forestals en les quals domina aquesta espècie, la qual cosa seria fàcilment integrable en els sistemes de modelització i gestió preventiva dels incendis forestals en els ecosistemes mediterranis. / [EN] Pinus halepensis forests are subjected to periods of extreme weather conditions of high temperatures and water stress. These conditions, together with the current context of climatic emergency, generate ideal conditions for large forest fires of catastrophic proportions with serious consequences on the health and welfare of people. In this context, one of the disciplines of scientific knowledge that has hardly been investigated to date in relation to the risk of forest fires is plant electrophysiology. Therefore, this thesis presents the experimental evaluation of plant electrical signals as possible equivalent variables of the phenological state in management models, as a basis for the future development of wireless sensor network systems, all through the analysis of the static and dynamic characteristics of the electrophysiological signals of the main tree species of the western Mediterranean basin, Pinus halepensis. The thesis has been structured in three chapters, each of them following the scientific method. In the first chapter, the evaluation of some of the most significant static factors that influence the distribution pattern of electrophysiological signals in Pinus halepensis is analyzed. After an adequate sample design, the results show that the maturity of the tree directly influences the electrical voltage determined by the measured voltage, being the young trees those that present a greater amplitude in the electrical signal, which is uniform in the tree, being independent of the placement of the electrodes in height and in cardinal orientation. In the second chapter, the temporal evolution of the electrical signal recorded, both daily and annual, is analyzed. The results obtained show that the electrophysiological signals present significantly higher values and greater amplitude during the wettest periods with moderate temperatures, while the signals are representatively much lower during the periods with greater vegetative stress of the year. The methodology applied and the results obtained in this chapter of the thesis demonstrate that electrophysiological signals can be considered an indicator of the physiological state of trees in situations of vegetative stress. Finally, the third chapter of the thesis analyzes the evaluation of electrophysiological signals as variables to be included in wildfire risk management models. The results obtained have allowed us to demonstrate that the LFMC of Pinus halepensis does not show significant seasonal variations under the influence of extreme fire risk factors, while the differences recorded in the electrophysiological signals show oscillations with significant variations, which are strongly correlated with periods of extremely favorable meteorological conditions for forest fires. Finally, it has also been possible to demonstrate a very high correlation between the measured voltages and the main fire risk index used by emergency agencies. With all the results obtained, we can finally conclude that variations in electrophysiological signals are closely related to the phenological state of Pinus halepensis and to the risk of forest fire. This opens up the possibility of in situ monitoring of forest stands dominated by this species, which could be easily integrated into systems for modeling and preventive management of forest fires in Mediterranean ecosystems. / Zapata Zapata, R. (2023). Análisis de las señales electrofisiológicas en Pinus halepensis Mill como base a su aplicación en sensores inalámbricos para la prevención de incendios forestales [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/197905 / Compendio

Les produits issus de la biomasse végétale connaissent depuis quelques années un succès grandissant dans de nombreuses industries (aromathérapie, cosmétique, parfums, etc.). L'objectif de notre étude était, d'une part de contribuer au développement des méthodes d'identification et de quantification des constituants des mélanges naturels par RMN 13C et RMN 1H (par exemple le squalène dans l'huile d'olive), et d'autre part, de contribuer à la caractérisation chimique de deux conifères introduits en Corse, le pin d'Alep (huile essentielle) et le cèdre de l'Atlas (huile essentielle, huile pyrolytique et résine). La première partie concerne la quantification du squalène présent dans l'huile d'olive. En effet, ce triterpène linéaire participe à la stabilité oxydative de l'huile d'olive et joue un rôle important dans la réduction des risques de certains cancers. Il s'agissait de mettre au point un protocole expérimental basé sur la RMN 1H ou 13C en utilisant un appareil de routine (9,4 Tesla). La quantification par RMN 13C s'est avérée fiable et elle a été appliquée à la quantification du squalène dans 25 échantillons d'huile d'olive de Corse. La seconde partie de nos travaux concerne la caractérisation chimique de l'huile essentielle de pin d'Alep introduit dans trois stations de Corse (Capo di Feno, Saleccia et Tre Padule de Suartone). L'analyse détaillée de l'huile essentielle de cônes, par combinaison des techniques chromatographiques et spectroscopiques, a permis d'identifier 48 composés. La composition chimique est largement dominée par les monoterpènes (a-pinène et myrcène) et un sesquiterpène oléfinique ((E)-a-caryophyllène). La RMN 13C a permis d'identifier divers diterpènes, dont le 8,12-époxy-14-labdèn-13-ol. Ce composé est décrit pour la première fois dans l'huile essentielle de pin d'Alep. L'analyse de 15 échantillons d'huile essentielle de cônes a mis en évidence trois types de compositions : a-pinène ; myrcène ; a-pinène/myrcène. Enfin, l'analyse de 47 échantillons d'huile essentielle d'aiguilles, associée à un traitement statistique des données (ACP, AFD), a permis de mettre en évidence une variabilité chimique intraspécifique. Ainsi, les échantillons se répartissent en trois groupes selon leur teneur en (E)-a-caryophyllène (groupe I), en E-a-caryophyllène/a-pinène/myrcène (groupe II) et en myrcène (groupe III). La dernière partie a été consacrée à l'étude de Cedrus atlantica. L'analyse détaillée d'une huile essentielle commerciale (du Maroc) a permis d'identifier 20 constituants, les composés majoritaires sont les b-, a- et g-himachalène. Par ailleurs, 7 composés absents de notre bibliothèque de données spectrales ont été identifiés par RMN 13C. Les compositions chimiques des huiles pyrolytiques artisanales du Maroc sont également dominées par les himachalènes et la (E)-a-atlantone. Enfin, nous avons réalisé l'analyse qualitative et quantitative par RMN 13C, sans séparation préalable, de 28 échantillons de résine de C. atlantica récoltés dans les 5 forêts de Corse référencées par l'ONF (Bavella, Bonifato, Ospedale, Pineta et Vizzavona). A côté des acides résiniques, nous avons également identifié 3 lignanes (pinorésinol, laricirésinol et 9-acétate de laricirésinol). Pour l'ensemble de ces composés, nous avons mis en évidence trois types chimiques. Enfin, nous avons mis au point et validé un protocole expérimental de quantification des lignanes par RMN 1H. Discipline : Chimie organique et analytique Mots clés : Analyse des mélanges complexes naturels ; Huiles essentielles ; Huiles pyrolytiques ; Huiles d'olives ; Oléorésines ; RMN 13C ; RMN 1H ; Squalène ; Lignanes ; Olea europaea ; Pinus halepensis ; Cedrus atlantica