Grup de Recerca en Sòls i vegetació en la Mediterrània

Línies de recerca

La recerca del grup se centra principalment en les següents línies:

Response of the Mediterranean species to different factors of climate change / Resposta de les espècies llenyoses mediterrànies a diferents factors de canvi climàtic

Permanent researchers: Laura Llorens, Dolors Verdaguer 

The group has extensive experience in studying the responses of vegetation (at plant, community and ecosystem level) to several factors of climate change, such as: the increase in temperature, atmospheric CO2, drought, or ultraviolet (UV) radiation. In recent years, we have focused our research on the study of the last two factors. 

Changes in UVB radiation can have significant effects on the Earth's biosphere, affecting the carbon cycle and the cycles of the inorganic nutrients of the ecosystems. During the last 3 decades there has been an increase in the UVB (280-320 nm) and UV-A (320-400 nm) doses reaching the Earth's surface due, mainly, to the depletion of stratospheric ozone. Despite in 1987 the emissions of CFCs (main cause of the reduction of the ozone layer) were forbidden, some models predict that, at medium latitudes, UV radiation values prior to 1980 will not be recovered until 2040-2070. On the other hand, the reduction of cloudiness that is expected for the next decades in Europe during summer could increase the UV radiation fluxes that reach the ecosystems. In addition, it is expected that, as a result of climate change: a) water availability, one of the most important factors in the modulation of the plant responses to UVB radiation, will be reduced in large areas of the planet, among them the Mediterranean region, and b) fire frequency will increase in the Mediterranean region, which can modulate the responses of vegetation to changes in UVB radiation and water availability. 

For all this, our research group is interested in 1) studying how changes in UV radiation and/or water availability can affect the structure and functioning of Mediterranean ecosystems before and after a disturbance (fire), and 2) providing more information on the response mechanisms of Mediterranean species to changes in UV radiation and/or water availability before and after a disturbance. Studies performed in relation to this last point always integrate plant morphological, biochemical, physiological and growth measures. Changes in plant phenology in response to these factors have also been assessed, especially in relation to reproduction.

fotografiafotografia

Investigadors permanents: Laura Llorens, Dolors Verdaguer 

El grup té àmplia experiència en l’estudi de les respostes de la vegetació, tant a nivell d’individu, com a nivell de comunitat o ecosistema, a diversos factors de canvi climàtic, com són: l’augment en la temperatura, en el CO2 atmosfèric, en la sequera, o en la radiació ultraviolada (UV). En els darrers anys, ens hem centrat en l’estudi d’aquests últims factors. 

Cada vegada hi ha més evidències que indiquen que els canvis en la radiació UVB poden tenir efectes significatius sobre la biosfera terrestre, afectant el cicle del carboni i els cicles dels nutrients inorgànics dels ecosistemes. Durant les últimes 3 dècades s'ha produït un augment en el flux de radiació UVB (280-320 nm) i UV-A (320-400 nm) que arriba a la superfície terrestre principalment a causa de la disminució de l'ozó estratosfèric. Encara que l’any 1987 es van prohibir les emissions de CFC (principals causants de la reducció de la capa d'ozó), alguns models preveuen que, a latituds mitjanes, els valors de radiació UV anteriors a 1980 no es recuperaran fins 2040-2070. D'altra banda, la reducció de la nuvolositat que es preveu per a les pròximes dècades a Europa a l'estiu podria augmentar el flux de radiació UV que arriba als ecosistemes. A més, es preveu que, com a conseqüència del canvi climàtic: a) la disponibilitat hídrica, un dels factors més important en la modulació de la resposta de les plantes a la radiació UVB, es vegi reduïda en grans àrees del planeta, entre elles la regió Mediterrània, i b) augmenti la freqüència d'incendis a la regió Mediterrània, cosa que pot modular les respostes de la vegetació als canvis en la radiació UVB i en la disponibilitat hídrica. 

Per tot això, el nostre grup de recerca està interessat en 1) estudiar com els canvis en la radiació UV i/o en la disponibilitat hídrica poden afectar l'estructura i funcionament dels ecosistemes mediterranis abans i després d'una pertorbació (incendi) i 2) aprofundir en el coneixement dels mecanismes de resposta de les espècies llenyoses mediterrànies davant els canvis en la radiació UV i/o en la disponibilitat hídrica abans i després d'una pertorbació. Els estudis que hem dut a terme en relació a aquest últim punt han integrat sempre mesures morfològiques, bioquímiques, fisiològiques i de creixement de la planta. També s’han avaluat els canvis a nivell fenològic, especialment en relació a la reproducció.

Post-disturbance regeneration of Mediterranean plant species / Regeneració de les espècies vegetals post-pertorbació

Permanent researchers: Dolors Verdaguer, Laura Llorens

Mediterranean ecosystems are subjected to frequent disturbances, such as fire, which affect the plant aerial biomass. In the next decades, it is predicted that the frequency and intensity of fires will increase due to climate change. Variation in the regime of fires can affect plant responsiveness, which could induce changes at the community level.

Two types of species are distinguished according to their fire response: seeders and resprouters, which, in fact, are the extremes of a gradient. Seeder species die because of the fire and their recovery depends entirely on the germination of seeds that have remained viable after the fire. Conversely, resprouter species survive the fire and are capable of sprouting and growing thanks to the protected buds and stored reserves (mainly starch) present in the underground organs. Resprouters are especially important since their populations remain after the fire and their fast recover favours animal establishment and avoids soil erosion. Despite their ecological importance, organs involved in resprouting, as well as their functioning, are unknown for many species. For this reason, part of our research focuses on providing more information on the ontogeny, morpho-anatomy and biochemistry of the different organs specialized in vegetative regeneration. Moreover, the expansion of some of the most important invasive species is close tied to its capacity to regenerate vegetatively. Therefore, our group is also interested in determining the organs involved in the vegetative reproduction in these species, in order to better understand the factors that influence their invasiveness.

Another of our aims is to determine the functional changes in plants after a disturbance, in order to understand the physiological mechanisms that explain the rapid recovery of their aerial biomass. In parallel, community-level studies have been conducted to determine how different climate change factors can affect the secondary succession after a fire.

Fotografia

Investigadors permanents: Dolors Verdaguer, Laura Llorens

Els ecosistemes mediterranis estan sotmesos a freqüents pertorbacions, com el foc, que posen en perill la biomassa aèria de les plantes. En el cas del foc, degut al canvi climàtic, es pronostica que hi haurà un canvi en el règim d’incendis, augmentant la seva freqüència i la seva intensitat, la qual cosa pot afectar la capacitat de resposta de les plantes i provocar canvis en les comunitats vegetals.

Segons la resposta als incendis es distingeixen dos tipus d’espècies: les germinadores i les rebrotadores, que de fet serien els extrems d’un gradient. Les espècies germinadores moren en l’incendi i la seva recuperació depèn totalment de la germinació de les llavors que s’han mantingut viables després del foc. En canvi, les espècies rebrotadores sobreviuen al foc i són capaces de brotar i desenvolupar-se de nou a partir de les gemmes dorments i de les substàncies de reserva (principalment midó) presents en els òrgans subterranis. El fet que les poblacions d’aquestes espècies es mantinguin després del foc fa que tinguin una gran importància en els processos d’autosuccessió de les comunitats vegetals. Malgrat la seva importància, però, es desconeixen els òrgans implicats en la rebrotada, així com la seva dinàmica, de moltes d’aquestes espècies. Per això, part de la recerca del nostre grup se centra en descriure a nivell morfo-anatòmic i bioquímic els òrgans especialitzats en la regeneració vegetativa i la seva ontogènia, amb l’objectiu d’entendre millor la capacitat de resposta de les espècies davant d’un foc. D’altra banda, després dels focs, algunes espècies invasores veuen afavorida la seva expansió degut a la seva gran capacitat de regenerar-se vegetativament. Per tant, també ens interessa determinar els òrgans implicats en la reproducció vegetativa d’aquestes espècies, per així entendre millor els factors que influeixen en la seva capacitat invasora.

Una altra part de la nostra recerca s’ha centrat en determinar els canvis funcionals que es produeixen en les plantes un cop aquestes rebroten després d’una pertorbació, per tal d’entendre els mecanismes que expliquen la ràpida recuperació de la seva biomassa aèria. En paral·lel, s’han realitzat estudis a nivell de comunitat per determinar com diferents factors de canvi climàtic poden afectar el procés de successió secundària després d’un incendi.

Effects of use, land use change and abandonment of land on different parameters of soil quality (carbon sequestration capacity) / Estudi dels efectes de l'ús, canvi d'ús i abandonament de les terres en paràmetres de qualitat del sòl

Permanent researchers: Maria Gispert

Soil is a natural resource that, along with water and air, makes life possible on Earth, but it is often not considered. Soil acts as a regulator of a long chain of factors and processes that take place in the environment, influences global climate, regulates important processes of the hydrological cycle, and serves as a medium for the growth of plants and the development of a great diversity of organisms. The investigation of the research group focuses on the study of the vulnerability of the soil due to the abandonment of land and/or to land use changes, by characterizing soil physical and chemical parameters and determining soil biochemical traits (such as enzymatic activities, respiration, presence of glomalin, carbon sequestration, etc.) in order to identify soil degradation and/or recovery processes. Specifically, the research is mainly developed in two areas: 1) low Mediterranean mountain land abandonment with the consequent proliferation of spontaneous shrubland vegetation and fires, and 2) contaminated soils, such as those near abandoned metal mines in which there are floating sludge deposits and shredding residues of exploded minerals (usually sulfides) that contribute to the diffused contamination of heavy metals through processes of transfer, transport and concentration of potentially toxic phases. Depending on the degree of contamination, different soil rehabilitation techniques are used, including phytoremediation or the application of specific amendments.

Investigadors permanents: Maria Gispert

El sòl, és un recurs natural que juntament amb l’aigua i l’aire fa possible la vida sobre la Terra però que en moltes ocasions no es pren en consideració. El sòl actua com a regulador d’una llarga cadena de factors i processos que tenen lloc en el medi ambient, influeix sobre el clima global, regula importants processos del cicle hidrològic, serveix de medi per al creixement de les plantes i per al desenvolupament d’una gran diversitat d’organismes.

La investigació del grup de recerca se centra en l'estudi de la vulnerabilitat del sòl per efecte de l’abandonament i/o de l’ús de la terra, mitjançant la caracterització de paràmetres físics i químics i la determinació de paràmetres bioquímics (activitats enzimàtiques, activitat respiratòria, presència de glomalina, capacitat de segrest del carboni) del sòl per a la identificació dels processos de degradació i/o recuperació del sòl després d’un determinat ús.

Dins la línia general, la recerca es desenvolupa principalment en dos àmbits:

  • Abandonament de terres de la muntanya baixa mediterrània amb la conseqüent proliferació de vegetació espontània de matolls i la incidència dels incendis, en moltes ocasions naturals.
  • En l'àmbit de sòls contaminats, actualment la recerca es duu a terme en sòls agrícoles i naturals propers a mines metàlliques abandonades on hi ha dipòsits de fangs de flotació i residus de trituració dels minerals explotats (generalment sulfurs) que contribueixen a la contaminació difusa de metalls pesats a través de processos de transferència, transport i concentració de les fases potencialment tòxiques.

En funció del grau de contaminació s’utilitzen diferents tècniques de rehabilitació conservadores del sòl com la fitoremediació o l’aplicació d’esmenes específiques.

Study of the structure and dynamics of coastal marshes to evaluate their role as carbon sinks / Estudi de l’estructura i dinàmica de les maresmes costaneres per avaluar el seu paper com a embornals de carboni

Permanent researchers: Laura Llorens, Dolors Verdaguer, Maria Gispert

Coastal lagoons are very often surrounded by marshes dominated by dense halophilic vegetation. These coastal marshes play a very important role in the global carbon balance. In fact, although marshes cover a relatively small portion of the Earth's surface (4-6%), it is estimated that 25-30% of the world carbon is stored in the soil of these ecosystems. However, despite of their importance, there is a lack of studies evaluating the role as carbon reservoirs and/or as sinks or sources of greenhouse gases (CO2 and CH4) of coastal marshes of the Mediterranean Basin. For this reason, another part of our research is focused on evaluating the carbon balance (CO2 and CH4) of a Mediterranean coastal salt marsh (La Pletera) through two methods: a) the estimation of carbon stored in the different systems of the marsh (vegetation and soil) and b) the analysis of dynamic fluxes of CO2 and CH4 in these systems throughout the year. The first method provides information on the amount of carbon contained in each system and, when data is obtained in distinct years, allows the estimation of the net primary production (NPP). The second method provides information on how the ecosystem carbon sink capacity is affected by daily or seasonal variations of environmental factors (temperature, solar radiation, humidity, etc.).

fotografia

Investigadors permanents: Laura Llorens, Dolors Verdaguer, Maria Gispert

Les llacunes costaneres es troben molt sovint envoltades de maresmes dominades per una vegetació halòfila densa. Aquestes maresmes costaneres tenen un paper molt important en el balanç global del carboni. De fet, encara que les maresmes cobreixin una porció relativament petita de la superfície terrestre (4-6%) es calcula que un 25-30% del dipòsit mundial de carboni s’emmagatzema en el sòl d’aquests ecosistemes. No obstant, malgrat la importància d’aquests ecosistemes, falten estudis per a avaluar el paper com a reservoris de carboni i/o com a emissors o segrestadors de gasos d'efecte hivernacle (CO 2 i CH4) de les maresmes costaneres de la Conca del Mediterrani. Per això, una de les línies de investigació del grup de recerca s’ha centrat en avaluar el balanç de carboni (CO 2 i CH4) de la maresma salina de La Pletera amb dos procediments: l'estimació de carboni emmagatzemat en els diferents sistemes de la maresma (vegetació, sòl i llacunes) i l'anàlisi de fluxos dinàmics de CO 2 i CH4 d'aquests sistemes durant tot l'any. El primer procediment proporciona informació sobre la quantitat de carboni continguda en cada sistema i, en repetir-se diversos anys, permet l'estimació de la producció primària neta. El segon, proporciona informació sobre com la capacitat d'embornal/font de carboni de l'ecosistema es veu afectada per les variacions estacionals o diàries dels factors ambientals (temperatura, radiació solar, humitat, etc.).