Search

L'agricultura periurbana o de proximitat proporciona nombrosos avantatges des del punt de vista social, econòmic i paisatgístic. Per exemple, la curta distància entre la zona productiva i el consumidor final proporciona productes molt frescos que ofereixen propietats organolèptiques i nutritives molt satisfactòries, alhora que redueix la petjada de carboni associada al transport. Un altre avantatge de les zones periurbanes és l'accés a les aigües regenerades de les plantes de depuració d'aigües residuals provinents de poblacions veïnes, cosa que n'assegura la disponibilitat durant el decurs de l'any. Nogensmenys, la presència d'infraestructures (aeroports, autopistes, ports) pot constituir una font de contaminació del medi atmosfèric per deposició humida i/o seca (partícules en suspensió: orgàniques i inorgàniques) i altres contaminants atmosfèrics en fase gas (O3, SOx, NOx) que poden generar un estrès abiòtic als cultius, i per tant afectar-ne el rendiment. D'altra banda, tot i que l'ús d'aigües regenerades i l'aplicació de biosòlids poden ser molt positius per als conreus pel seu elevat contingut en nutrients i matèria orgànica, la presència de contaminants químics (metalls i microcontaminants orgànics) i biològics (patògens) podria constituir un perill potencial per a la salut pública si s'incorporen als cultius. En aquest treball, es presenten els resultats d'un estudi desenvolupat al Parc Agrari del Baix Llobregat (PABL) (Barcelona, Catalunya), on l'aigua d'irrigació presenta diverses qualitats fisicoquímiques, així com concentracions variables de contaminants, els quals es poden transferir al sòl agrícola i alguns a certs cultius. No obstant això, a la zona d'estudi no s'han detectat efectes sobre la productivitat agrícola deguts a l'alteració de paràmetres fisiològics de la planta (contingut de lípids, sucres i clorofil·les)., Peri-urban or proximity agriculture provides numerous advantages for horticulture, mainly associated with the short distance between the crop production area and the final market, leading to products of improved organoleptic and nutritive properties. Likewise, peri-urban agriculture reduces the carbon footprint associated with the transportation of orchard products between the production and consumption zones. Furthermore, the peri-urban areas have access to reclaimed waters from wastewater treatment plants of neighbouring cities, ensuring their availability throughout the productive cycle. The surrounding infrastructures (namely airports, harbours and highways), however, can increase the air pollution associated with wet and/or dry deposition (organic or inorganic) and gas phase contaminants (O3, SOx, NOx) which can lead to abiotic stress for the crops, decreasing their yield. On the other hand, reclaimed wastewater and biosolids contain a high concentration of nutrients and organic matter that is clearly beneficial to crops, but they can also contain chemical pollutants (metals and organic micropollutants) and microbiological pathogens that can be a potential hazard if they are taken up by crops. In this paper, some of the findings of a study conducted at the Baix Llobregat Agricultural Park (PABL) (Barcelona, Catalonia), where the irrigation water has different physical-chemical properties and a variable concentration of pollutants, are presented. Concentrations of trace elements in soil such Mo, Ni, Pb and As exceeded the standards for agricultural soil but most crops grown in the area are compliant (except for Pb). With respect to emerging pollutants, an anticonvulsive drug (carbamazepine and its 9,10-epoxide) was detected in crops, which is consistent with the indirect water reuse. Fungicides used for crop production together with plasticizers released from irrigation tubing were detected in the drip-irrigated crops. Nevertheless, no effects on agricultural productivity or on physiological plant parameters (lipid, sugar and chlorophyll content) were observed., La agricultura periurbana o de proximidad proporciona numerosas ventajas desde el punto de vista social, económico y paisajístico. Por ejemplo, la corta distancia entre la zona productiva y el consumidor final ofrece productos muy frescos cuyas propiedades organolépticas y nutritivas son muy satisfactorias, además reduce la huella de carbono asociada a su transporte. Otra ventaja adicional de la agricultura periurbana es el acceso a aguas regeneradas de las plantas de depuración de aguas residuales provenientes de las poblaciones vecinas asegurando con ello su disponibilidad durante todo el ciclo productivo. Sin embargo, la presencia de infraestructuras (aeropuertos, autopistas, puertos) puede constituir una fuente de contaminación del medio atmosférico debido a la deposición húmeda y/o seca (partículas en suspensión: orgánicas e inorgánicas) y otros contaminantes atmosféricos en fase gas (O3, SOx, NOx) que pueden generar un estrés abiótico a los cultivos y por tanto afectar a su rendimiento. Por otra parte, aunque el uso de aguas regeneradas y la aplicación de biosólidos pueden ser muy positivos para los cultivos debido al elevado contenido en nutrientes y materia orgánica, la presencia de contaminantes químicos (metales y microcontaminantes orgánicos) y biológicos (patógenos) pueden constituir un peligro potencial para la salud pública si se incorporan a los cultivos. En este trabajo, se presentan los resultados de un estudio desarrollado en el Parque Agrario del Baix Llobregat (PABL) (Barcelona, Catalunya), donde el agua de irrigación presenta diversas calidades fisicoquímicas y concentraciones variables de contaminantes, los cuales se pueden transferir al suelo agrícola y algunos de ellos a ciertos cultivos. No obstante, en la zona de estudio no se han detectado efectos sobre la productividad agrícola debidos a la alteración de parámetros fisiológicos de la planta (contenido de lípidos, azúcares y clorofilas).

Water scarcity is an issue of global concern due to the increase of the population and the climate change, which both increase the water demand. Many arid and semiarid countries are facing high water stress and the use of reclaimed water becomes a valuable resource. Many countries' economy is based on the agro-food sector, with amounts ca. the 70% of water demand. For this reason, reclaimed water represents an important component of wise water management. Wastewater treatment plants (WWTP) are designed to remove efficiently some biodegradable compounds, however, they are not able to remove a number of recalcitrant organic coñtamina0nts known as chemical oxygen demand (COD). There are many sources of water pollution, and contaminants of emerging concern (CECs) including many compounds that they are not legislated and recently some effects to the environment have been observed. For example, pharmaceuticals, personal care products, flame retardants, microplastics, etc. Consequently, plants are exposed to a huge number of chemical contaminants that are present not only in water, but also in air or soil. For this reason, it is important to understand the dynamics involved in the plant uptake of these CECs and more specifically in crops. In this Thesis, the uptake of some CECs, chosen by their occurrence in the environment and their physical-chemical properties, has been assessed. To elucidate the factors that are involved in the uptake of these contaminants, three different experiments were performed in a greenhouse. Therefore, this Thesis is divided in the three experiments. In the first one, the plant uptake of some CECs with a perlite:sand mixture and its modelling were assessed. Moreover, a mass balance was performed to evaluate the persistence of the CECs in the substrate. Then, by inverse modelling, the half-lives of CECs in the soil-plant system were estimated. In the second experiment, most of the CECs that were added in the irrigation water were taken up by lettuce. Hence, in this experiment, biochar, which is a soil improver, was assessed as a soil amendment to mitigate the uptake of these CECs in lettuce. To confirm this hypothesis, different biochar amendments were performed (O, 2.5 and 5% w/w biochar) to an agricultural soil from the Llobregat's Delta. Finally, it could be observed that the addition of biochar, reduced the concentration of CECs in lettuces. Since these two experiments demonstrated that CECs can be uptaken by crops and translocated to edible parts, and it well known that plants can metabolize xenobiotics through transformation, conjugation and sequestration steps, in the third experiment, an enzymatic digestion was performed to determine the conjugated CECs fraction. Interestingly, the conjugated fraction accounted up to more than 80%, which should be taken into account in risk assessment studies. Finally, in the same experiment, some effects of CECs to lettuce were elucidated. Visual differences between non-exposed and exposed lettuce were observed. For this reason, a metabolomic approach was applied to correlate the presence of CECs with the changes in the metabolome and the changes in chlorophyll content and plant morphology., L'escassetat d'aigua és un tema de gran preocupació degut a l'augment de la població i el canvi climàtic, que tan que s’elevi la demanda d'aigua. Molts països amb un clima àrid o semiàrid s'enfronten a un elevat estrès hídric. En aquest context, l'ús d'aigua regenerada es converteix en una practica clau. L'economia de molts passos es basa en el sector agroalimentari, que requereix grans quantitats d'aigua pel seu desenvolupament. Per aquesta raó, l'aigua regenerada representa un component important en la gestió intel·ligent de l'aigua. Les estacions depuradores d'aigües residuals (EDAR) estan dissenyades per eliminar de manera eficient alguns compostos biodegradables. Tot i així, no són capaces d'eliminar una sèrie de contaminants orgànics. Hi ha molts tipus de contaminació en l'aigua i els contaminants emergent (CECs) inclouen molts compostos que no estan legislats i recentment s'han observat alguns efectes en el medi ambient. Alguns exemples de CECs són fàrmacs, productes de cura personal, retardants de flama, microplàstics, etc. En conseqüència, les plantes estan exposades a un gran nombre de contaminants que es troben presents no només en aigua, sinó també en l’aire o el sol. Per aquest motiu, és important entendre la dinàmica implicada en l'absorció d’aquests contaminants en plantes i cercar estratègies per mitigar aquesta possible absorció. Aquest treball de recerca té com a objectiu estudiar l'absorció de diversos CECs en enciams, que han estat seleccionats perla seva presencia en el medi ambient i les seves propietats fisicoquímiques. Per dilucidar els paràmetres que estan implicats en l’absorció d'aquests contaminants en enciams, tres experiments diferents s’han dut a terme en l’estació experimental Agròpolis pertanyent a la UPC. Per tant, aquesta Tesi es pot separar en els 3 experiments duts a terme. En el primer experiment, es va avaluar l'absorció d'alguns CECs en enciams emprant un substrat format per una mescla de sorra i perlita. L’experiment va dilucidar que la majoria deis CECs van ser absorbits pels enciams i translocats a les parts aèries deis enciams. D'altra banda, un balanç;: de masses es va realitzar per avaluar la persistència deis CECs en el substrat. Després, mitjançant models d’incorporació de contaminants en plantes, es van estimar les vides mitjanes deis CEC en el sistema sol-planta. En un següent experiment, l’ús de biocarbó (biochar) es va proposar com una esmena del sol per reduir l'absorció d'aquests CECs als enciams. Per dur confirmar aquesta hipòtesi, es van afegir diferents percentatges de biochar (O, 2,5 i 5% de biochar) en un sol agrícola de la zona agrícola del Delta del Llobregat. Finalment, es va poder observar que l’addició de biochar reduí la concentració deis CECs en els enciams. Aquests dos primers experiments van ser útils per evidenciar que aquests compostos es poden absorbir fàcilment perles plantes i arribar a les parts que comestibles. No obstant, en altres estudis s’ha demostrat que les plantes són capaços de metabolitzar xenobiòtics a través de tres passos: transformació, conjugació i segrest deis CECs. Per aquest motiu, es va realitzar una digestió enzimàtica per determinar la fracció de CECs que podrien ser conjugats. Curiosament i segons el contaminant, la fracció conjugada va representar més del 80% del compost parental, evidenciant que la fracció conjugada s'ha de tenir en compte en els estudis d'avaluació de risc humà. Finalment, en aquest mateix experiment, es varen observar diferencies morfològiques entre els enciams exposats a un còctel de CECs i els no exposats als contaminants. A més, la determinació de clorofil·les també va evidenciar diferencies entre tractaments. Per aquesta raó, es van extreure els metabòlits secundaris deis enciams emprant un enfocament metabolòmic juntament amb tècniques quimiomètriques per correlacionar la presencia d’aquests contaminants amb els canvis morfològics i en el contingut de clorofil·la i dels metabòlits secundaris

Sustainability of irrigated agriculture is a growing concern in the Baix Llobregat area. Although irrigated land accounts for a substantial proportion of food supply to the local market, it has been, and still is increasingly degraded by poor agricultural management. This dissertation focuses on ways to evaluate furrow irrigation and to assess soil water content and soil salinity (temporally and spatially) under usual farmers's management practices. This dissertation meets these goals through an extensive study of relevant literature and the implementation of practical research. The latter was carried out with a case study on representative fields of the area. Empirical and stochastic models were applied to evaluate furrow irrigation as well as to monitor water flow and solute transport in the root zone. This research produced a number of key findings: first, evaluating furrow irrigation confirmed that 40-43 % of the applied water would have been saved in the study fields if irrigation was stopped as soon as soil water deficit was fully recharge taking the amount of water needed for salt leaching into account, and that the application efficiency (AE) would increase from 48% to 84% and from 41% to 68% (Field 1 and Field 2, respectively). Second, the predictions of soil water content using ARIMA models were logical, and the next irrigation time and its effect on soil water content at the depth of interest were correctly estimated. Third, considering the linear relationship eb-sb, by transforming the Hilhorst (2000) model, which is based on the deterministic linear relationship eb-sb, into a time- varying Dynamic Linear Model (DLM) enabled us to validate this relationship under field conditions. An offset esb=0 value was derived that would ensure the accurate prediction of sp from measurements of sb. It was shown that the offset esb=0 varied for each depth in the same soil profile. A reason for this might be changes in soil temperature along the soil profile. The sp was then calculated for each depth in the root zone. Fourth, by using a (multiple input--single output) transfer function model, the results showed that soil water content and soil temperature had a significant impact on soil salinity, and soil salinity, predicted as a function of soil water and soil temperature, was correctly estimated. Finally, applying the analysis of variance (ANOVA), the results showed that the irrigation frequency, according to the farmer's usual management practice, had statistically significant effects on soil salinity behaviour, depending on soil depth and position (furrow, ridge). Moreover, it was shown that at the end of the crop's cycle the farmers left the field with less soil salinity, for each depth, than at the beginning of the crop's agricultural cycle.