Trabajos Finales de Graduación

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Biofertilización orgánica de almácigos de café (Coffea arabica L.) con compost producido a partir de residuos biomásicos locales, microorganismos de montaña y lodos digeridos de biodigestor en la región de Monteverde, Costa Rica
(Doctorado en Ciencias Naturales para el Desarrollo (DOCINADE), 2019) Camacho Céspedes, Fabricio; Newcomer, Quint
El presente trabajo aporta evidencia empírica sobre el rendimiento y calidad de un nuevo sistema de fertilización para la producción de almácigo de café orgánico que utiliza compost elaborado con residuos biomásicos locales, microorganismos de montaña (MM) y lodos digeridos de biodigestor (LDBIO). El sistema ofrece una solución confiable al problema de escasez de alternativas de fertilización efectivas y validadas científicamente para la producción de almacigo de alta calidad en la región cafetalera de Monteverde, Puntarenas, Costa Rica (600-1500 m.s.n.m). El nuevo sistema de fertilización produjo plántulas con un excelente nivel de desarrollo y calidad fitosanitaria, y presentó costos de producción menores a los del sistema de fertilización convencional intensivo que utilizan los cafetaleros de la región, debido a que se fundamenta en el empleo de residuos disponibles localmente, lo cual promueve un mejor manejo de los desechos en las fincas y facilita la recuperación de nutrientes escasos como el fósforo. El nuevo sistema se alinea armoniosamente con los objetivos de sostenibilidad de los productores locales, permitiéndoles tener acceso a opciones de certificación de sus cafetales desde la etapa del vivero. El sistema es congruente con los principios de la agricultura climáticamente inteligente ya que aprovecha las sinergias y beneficios que ofrece la integración de la tecnología del compostaje, el cultivo de microorganismos nativos del bosque y el aprovechamiento de los biosólidos derivados de la descontaminación anaeróbica de aguas residuales, para producir un compost de mayor calidad que ayuda a recuperar y mantener las características de fertilidad y biodiversidad del suelo, lo cual extiende el alcance del paradigma de producción sostenible en la región de Monteverde y mejora las oportunidades para intensificar sosteniblemente la productividad económica y la capacidad adaptativa de los sistemas de producción cafetaleros a los efectos de la variabilidad climática y el deterioro ambiental. La viabilidad técnica del nuevo biofertilizante está dada desde el punto de vista de la validez del diseño y el método de preparación del compost, la calidad del producto terminado y el rendimiento que ofrece sobre el crecimiento del almacigo. Desde el punto de vista de validez del diseño y la técnica de preparación, el sistema de fertilización propuesto cumplió satisfactoriamente con todos los parámetros teóricos del proceso de compostaje, incluyendo las tres etapas térmicas que aseguran la estabilidad y madurez del material terminado (mesófila uno y dos, y termófila). El tiempo de estabilización y maduración de la biomasa se mantuvo dentro del rango óptimo en menos de 150 días, y la incorporación de los microorganismos y los lodos no afectó el pH, la conductividad eléctrica, la saturación de oxígeno ni el contenido de agua durante el proceso de transformación de la materia orgánica, lo cual indica que el diseño y el método preparación fue adecuado. Desde el punto de vista de calidad, el sistema de fertilización propuesto logró alcanzar niveles adecuados de estabilidad, madurez, inocuidad, pH y conductividad eléctrica, lo cual indica que el compost producido es de óptima calidad. Estos parámetros no fueron afectados por la incorporación de microorganismos y lodos en el material compostable. Por el contrario, la integración de ambos compuestos en la mezcla produjo una mejora en la concentración de macronutrientes, así como en el contenido de materia orgánica, carbono, humedad y biomasa microbiana con respecto al compost convencional. Se determinó que el empleo combinado de ambos insumos puede provocar fitotoxicidad en cultivos herbáceos, como las cucurbitáceas, por lo que es necesario desarrollar investigaciones más específicas dirigidas a explicar las razones y el alcance de la fitotoxicidad observada. La incorporación de compost en el suelo como fertilizante optimizó los principales parámetros de fertilidad del sustrato de crecimiento incluyendo el pH, la suma de bases intercambiables, la capacidad de intercambio catiónico efectiva, el contenido de fósforo y la concentración de biomasa microbiana. También aumentó el contenido de Zn y Fe y elevó levemente la salinidad del suelo, lo cual puede tener un efecto negativo sobre el adecuado crecimiento del cultivo que necesita ser investigado a posteriori. Desde el punto de vista de rendimiento sobre el crecimiento del almacigo, el sistema de fertilización propuesto produjo plántulas que alcanzaron un desarrollo de más de un 200% del peso seco en comparación con las que no recibieron ningún tipo de fertilización, lo cual indica que el compost producido tiene un efecto positivo sobre el crecimiento de este cultivo. El nivel de desarrollo y el estado fitosanitario alcanzado fue equivalente al de las plántulas expuestas al sistema de fertilización convencional intensivo que utilizan los productores locales, el cual emplea una mezcla de suelo, vermicompost y abono sintético NPK (10:30:10) en el sustrato de crecimiento. El costo de producción por plántula y la relación costo beneficio bajo el sistema propuesto fueron un 10% menor al del sistema convencional intensivo. La diferencia en el costo de producción unitario representa un ahorro en el establecimiento de nuevas plantaciones de café de ¢150,800 colones por hectárea, y de ¢450,000 en fincas de 3 ha representativas de la región de Monteverde, ahorro que equivale a un 40% de los ingresos del primer año de cosecha para una finca orgánica de ese tamaño. Aunque los resultados específicos del estudio están contextualizados a las condiciones agroecológicas de la región de Monteverde, se considera que siempre y cuando se respeten las técnicas de producción empleadas, es probable que se puedan obtener resultados congruentes de desarrollo y calidad del almacigo de café en otras regiones cafetaleras con condiciones similares.
Evaluación ambiental de las aguas costeras y puertos deportivos a partir de la comunidad fitoplanctónica en las Islas Canarias, España
(Universidad de las Palmas de Gran Canaria, 2011) García Rojas, Andrea; Luque Escalona, Ángel
La adaptación de los sistemas de monitorización costeros a la directiva de aguas de la Comunidad Europea (EC, 2000) va a exigir en un futuro que se estudie con una periodicidad semestral la composición y abundancia de los taxones del fitoplancton como indicadores de calidad ecológica de las aguas costeras. Considera la directiva tres niveles diferentes: a) muy buen estado, b) buen estado y c) estado aceptable. Si bien la directiva establece para los niveles de contaminantes químicos una cuantificación concreta, para el diagnóstico de la calidad biológica fija criterios comparativos entre la composición y abundancia de taxa de fitoplancton en condiciones inalteradas y en condiciones con signos moderados de perturbación (Directiva, 2000/60/CE).
Indicadores de sustentabilidad en el desarrollo de la industrias turística en Baja California Sur
(Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste (México), 2004-01) Herrera-Ulloa, Angel; Ortega Rubio, Alfredo; Lluch Cota, Salvador E.; Charles, Anthony T.; Hernández Vázquez, Sergio; Ramírez Aguirre, Hernán
El uso de indicadores sustentables es de utilidad para un mejor desempeño sustentable sobre el ambiente. La industria turística, se ha convertido en el estado de Baja California Sur, en el principal generador de empleo, al igual que otras industrias generan impactos negativos, la adopción del concepto de sustentabilidad puede ayudar a minimizar los impactos negativos y a mejorar su desempeño. Se midió el desempeño sustentable de la industria turística, por medio estadística multivariada aplicada a una serie histórica de 27 indicadores sustentables y de 7 indicadores estratégicos turísticos (1990-2000). Se construyó un primer modelo desarrollando un índica de sustentabilidad para Baja California Sur, y posteriormente se construyó un segundo índice en términos de sustentabilidad turística. Los dos indicadores mostraron tendencias de crecimiento en la sustentabilidad del estado, al aplicar los indicadores turísticos al modelo, se reflejó un índice con una tendencia más positiva. La investigación propone una alternativa a las mediciones de la sustentabilidad que se están realizando en términos macro, la medición de la sustentabilidad al nivel de país debe ser una combinación (aditiva y proporcional) de indicadores de sustentabilidad regionales. El crecimiento turístico es un aspecto vital para México, pues colabora en la reducción de la migración a los Estados Unidos y sus consecuentes beneficios económicos, la investigación demuestra que para el caso de B.C.S. el turismo ha tenido beneficios que no han afectado la sustentabilidad.
Nitrogen transformations and fluxes in fish ponds: a modelling approach
(Wageningen University, 2001-04-18) Jiménez, Ricardo; Huisman, Bram; Verreth, Johan; Verdegem, Marc
Nitrogen is a key element in aquatic environments, and in Aquaculture it is an important pond management variable. In current aquaculture research two important goals are to maintain the water quality within the system, and to improve the retention of nutrients applied to the system in order to minimize the discharge. The principal objectives of this study were to integrate the information available of nitrogen processes in fish ponds into a predictive model, and to investigate further the nitrogen dynamics between the water, the sediments and the biota present in this systems. First, a nitrogen balance in fish ponds was followed along a growing cycle; by combining estimates of the deposition rates of uneaten feed, faeces and dead phytoplankton with measurements of nitrogen accumulation in the sediment, the rate of decomposition of organic matter in the sediment was evaluated. The cumulative recovery at the end of the experiment was almost 100%, meaning that the nitrogen budget in the system studied can be fully explained without any consideration of nitrogen volatilisation, due to either denitrification or ammonia volatilisation. The interactions between various N-species are complex and difficult to integrate. A model that calculates the amounts of various N- compounds in the water column and in the sediment was constructed, and used to gain insight into the relative importance of transformation processes between the various N-compounds. The model was divided into three modules: fish, phytoplankton and sediment-water. All concentrations of the various N-species present were simulated well except the N retained in organic matter in the sediment. To improve our understanding of the bottom organic matter dynamics, and make the model a more comprehensive predictive tool, an estimation of the principal sources of organic matter that accumulate in fish pond bottoms was assessed. Organic matter accumulation in fish ponds was quantified, and the data was used to construct, to calibrate and to validate a dynamic simulation model of organic matter deposition/decomposition in fish ponds. Besides, the rates of sedimentation and resuspension were measured along a growing cycle, following the influence of nutrient input, water parameters, fish biomass and fish size on these processes. Using a dilution analysis method to differentiate between sedimented and resuspended particles, sedimentation and resuspension rates were calculated. The rate of material collected in sediment traps increased from 88.5 to 330 g/m2 per day along the growing cycle, but the relative resuspension did not change significantly, being always in the range of 42 to 47% of the total collected material. The processes of sedimentation of organic matter and resuspension were included in the original model. The proportion of three principal sources of organic matter that accumulate in the pond bottom were also included as parameters of the sedimentation process. A logistic equation relating the rate of resuspension and the fish biomass was calculated; and seepage, as a potential loss of nitrogen from the system, was also considered. The additions to the model represented a substantial improvement to model simulations.
Patterns of connectivity in marine microbial communities
(Universitat Politècnica de Catalunya, 2023) Marín, Carolina; Gasol Piqué, Josep M.; Sebastián Caumel, Marta
Marine microorganisms are fundamental for life on Earth. For example, they have produced most of the oxygen existing in our planet and are essential in biogeochemical cycles and energy flow to different trophic levels. One of the critical aspects of microbial ecology is the distribution of microorganisms at spatial and temporal scales since it allows us to understand the effect of environmental factors on the structure of microbial communities. In this thesis, the aim was to determine the structure of microbial communities at three spatial scales: In the first chapter, a study was conducted on the spatiotemporal dynamics of bacterioplankton communities in a tropical estuary strongly impacted by the discharge of the Tempisque River during the rainy season. The results show high spatial heterogeneity in the communities, and represent the first report on the spatial and temporal patterns in which the bacterioplankton of the Gulf of Nicoya is structured. The second chapter determined the effect of environmental gradients on the horizontal distribution of bacterioplankton in the northwestern Mediterranean. The samples were taken along cross-shore transects so that the gradients would presumably be due to the change in environmental parameters along the transect and a dilution of the anthropogenic and terrestrial effect. Community structure was observed to vary depending on the sites, but a large fraction of the microorganisms were shared in all sampled areas, reflecting a relatively high connectivity of the communities. The third chapter presents the vertical distribution of prokaryotic and eukaryotic microorganisms within the Deep Chlorophyll Maxima (DCM) in the NW Mediterranean sea, as determined by high resolution sampling and separating two microbial size fractions (0.2-3 and 2-20 µm). The results show that the DCM acts as a transition zone (ecotone), but despite the drastic changes observed in the relative abundance of taxa in this layer both prokaryotic and eukaryotic communities below the DCM were dominated (~70% of the sequences) by taxa already detected at the ocean surface.
Small mammals and their genetic diversity in Costa Rica in relation to altitudinal gradients
(Faculdade de Ciências da Universidade do Porto. Biodiversidade, Genética e Evolução, 2023) Gómez-Lépiz, Alexander; Pereira Martins Alves,, Paulo Célio
Resumo. Este foi o primeiro estudo realizado na Costa Rica que estima a presença e diversidade genética da comunidade de pequenos mamíferos terrestres num gradiente altitudinal. Ao nível taxonómico, apesar da existência de registos históricos de 92 espécies de pequenos mamíferos, apenas 46 estão actualmente confirmadas, considerando-se que fatores como a evolução nas técnicas de identificação e recursos limitados para a investigação contribuem para esta incerteza taxonómica. A Costa Rica é um hotspot para a biodiversidade e existem evidências que indicam que a Cordilheira de Talamanca serve provavelmente como uma barreira natural, apresentando 30% de endemismo regional. A região de Talamanca, bem como outras altas montanhas da Costa Rica, podem ter servido de refúgio para pequenos mamíferos durante a Idade do Gelo, revelando uma elevada diversidade de espécies, muitas vezes críptica. No entanto, a escassez de informação genética de referência limita a identificação das espécies e pode levar a uma subestimativa do nível de endemismo. Neste trabalho foi compilada uma base de dados aberta de 2.324 registos para analisar a distribuição altitudinal de 46 espécies de pequenos mamíferos na Costa Rica. Estes registos incluem dados inéditos de trabalho de campo, bem como dados existentes em base de dados de museus nacionais e do Global Biodiversity Information Facility (GBIF). Os resultados obtidos demonstram a ocorrência de uma distribuição de espécies não uniforme, com maior riqueza especifica em altitudes intermedias, mas observando-se um nível de endemismo pronunciado em áreas de elevada altitude. Dos vários fatores que foram considerados na análise de dados a biotemperatura revelou diferenças significativas entre altitudes extremas e intermedias, destacando-se uma maior diversidade de espécies nas altitude intermédias. Amostras recolhidas em regimes climáticos distintos revelaram também uma elevada diversidade genética. A distribuição das espécies foi analisada considerando o sistema Holdridge, que classifica as zonas de vida na Costa Rica com base na altitude, biotemperatura, precipitação e evapotranspiração. Zonas intermedias como Wet Forest, Lower Premontane e Wet Forest Premontane suportam o maior número de espécies de pequenos mamíferos. Zonas extremas como a Floresta Tropical Subalpina e a Floresta Tropical Seca são consideradas inóspitas. O estudo das zonas de vida sugere picos de diversidade em altitudes médias, mas também sugere uma alta diversidade em terras baixas, que se pode justificar pela existência de sobreamostragem e elevada acessibilidade, mas com alta influência de fatores como padrões de precipitação e elevação (aumentando e diminuindo a partir de altitudes médias). Nesse sentido, fica evidente que espécies com uma distribuição geográfica mais ampla dominam na categoria Pre-montanha, afetando a composição de espécies em altitudes mais altas e em terras baixas. Este padrão está de acordó com a teoria do “Efeito de Domínio Médio” e pode ser justificado pelos níveis intermedios de precipitação que estão associados à maior riqueza de espécies, enquanto a diminuição da precipitação impacta negativamente a riqueza e a abundância. Algumas espécies estão restritas a altitudes específicas, mostrando adaptação às condições locais e sugerindo que pequenos mamíferos terrestres são bons indicadores das alterações de habitat e desempenham importantes papéis ecológicos. Por isso, este estudo sugere que os pequenos mamíferos podem contribuir para acelerar a recuperação de áreas desmatadas e estabilizar a dinâmica natural das florestas. A Região do Valle del Silencio foi um caso de estudo sobre esta dinâmica natural, destacando as espécies dominantes como Reithrodontomys creper e Peromyscus nudipes. A coexistência dessas espécies pode ser devida a uma atividade humana mínima, mas o papel de outras espécies e suas contribuições para a comunidade devem ser melhor exploradas para se compreender a dinâmica do ecossistema. Mudanças nas condições ambientais podem afetar o equilíbrio e a estrutura da comunidade dos pequenos mamíferos. Outro fator chave que deve ser considerado é a existência de microhabitats no nível do solo, como nas florestas de carvalhos de montanha. Apesar de não existir informação suficiente sobre esses microhabitats, estes oferecem alimento, proteção e cobertura, são cruciais para a sobrevivênciae, sendo a sua preservação crucial para a conservação de pequenos mamíferos terrestres a longo prazo. A dinâmica da temperatura ao nível do solo influencia a utilização do microhabitat, por exemplo, com espécies sensíveis como as pertencentes ao genéro Peromyscus, que preferem microclimas adequados para mitigar as flutuações de temperatura nas terras altas. Investigar as interações entre espécies como Reithrodontomys spp., Peromyscus spp. e Scotinomys spp. em regiões de elevada altitude é essencial para compreender as suas funções ecológicas e para a sua conservação. A classificação taxonómica adequada, especialmente para Reithrodontomys spp., permitirá adequar estratégias de conservação de forma mais eficaz. Os métodos moleculares podem resolver a taxonomia de espécies crípticas, bem como fornecer informações sobre diversidade genética, estrutura populacional e parâmetros necessários para fomentar a conservação das espécies. A integração de abordagens moleculares aumenta a compreensão e facilita os esforços de conservação, especialmente de espécies crípticas. O presente estudo contribui para as áreas de taxonomia e genética da conservação de pequenos mamíferos na Costa Rica, através da determinação de linhagens mitocondriais divergentes e da diversidade genética dentro dos géneros, que sugerem a ocorrência de especiação críptica. O DNA barcoding usando o gene mitocondrial citrocromo b provou ser útil, mas mais estudos genéticos são necessários para confirmar e entender essa diversidade genética. Estudos anteriores na Costa Rica e na América Central também exploraram a diversidade genética em pequenos mamíferos, enfatizando a importância da continuidade da pesquisa na região. Este estudo revela potenciais formas crípticas dentro de várias espécies de pequenos mamíferos na Costa Rica. Os resultados obtidos sugerem que o género Philander pode apresentar uma segunda espécie ou subdivisão genética dentro da atual especie Philander melanurus, enquanto Heteromys sp. apresenta dois clados distintos. A análise filogenética de Peromyscus apresenta desafios na identificação das espécies, com classificações divergentes entre P. nudipes, P. nicaraguae e P. mexicanus. Por outro lado, as sequências de Melanomys caliginosus são mais próximas de M. chrysomelas do que M. caliginosus. A análise das espécies do genéro Reithrodontomys sugere uma eventual existência de novas formas genéticas importantes ou mesmo novas espécies. A integração de dados moleculares, morfológicos e ecológicos é crucial para entender esta diversidade e especiação críptica que foi detectada nestes géneros de pequenos mamíferos da Costa Rica. No entanto, esforços futuros são necessários para melhorar a classificação taxonómica e a eficiência das medidas de conservação. As políticas rígidas de uso da floresta em áreas protegidas criaram condições favoráveis em geral para pequenos mamíferos terrestres. Os pequenos mamiíeros podem ser muito sensíveis ao clima atual, com algunas espécies experimentando respostas negativas e outros mostrando respostas positivas que alteram o equilíbrio natural dos ecossistemas. Por este motivo, é fundamental implementar processos de investigação mais aprofundados neste grupo de mamíferos que justifiquem medidas de conservação destas espécies e do seu habitat.

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