Facultad de Ciencias Naturales y Exactas

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Browsing Facultad de Ciencias Naturales y Exactas by Author "Doctor en Ciencias Ambientales"

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    Evaluación de la recuperación post-incendio a corto plazo en bosques mediterráneos de Chile central bajo diferentes niveles de sequía utilizando teledetección
    (Universidad de Playa Ancha Ciencias de la Educación, 2024) Hernández Duarte, Ana Guadalupe; Saavedra Pimentel, Freddy Alejandro; Femenino; Facultad de Ciencias Naturales y Exactas; Universidad de Playa Ancha Ciencias de la Educación
    Vegetation recovery in Mediterranean ecosystems after fires has become a topic of great relevance, particularly in the context of climate change. These ecosystems, characterized by high biodiversity and adaptations to extreme climatic conditions, face significant challenges due to the intensification of natural disturbances like fires and droughts. Understanding forest recovery processes is crucial not only for biodiversity conservation but also for maintaining essential ecosystem services, such as carbon sequestration and hydrological cycle regulation. This doctoral thesis focuses on analyzing how various environmental factors influence the short-term (5-year) productivity recovery of the Mediterranean forest in central Chile following fires, assessed using the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) derived from satellite imagery. For this purpose, the research begins with a general introduction to the effects of climate change on disturbance regimes and their impact on the recovery of Mediterranean ecosystems. It seeks to test a model proposing that interactions between prolonged droughts and forest fires significantly reduce forest recovery, potentially reaching ecological tipping points. The third chapter examines productivity response differences among three Mediterranean forest types under three drought conditions (No Drought, Mega Drought, and Hyper Drought) and two fire severity levels (moderate and high). Results indicate significant differences in the recovery of the three forest types across drought gradients during the Hyper Drought period. The xeric forest, primarily composed of Quillaja saponaria and Lithrea caustica, showed significant interaction effects between drought levels and fire severity, while the thorny forest and shrubland showed no significant interactions. The mesic forest, dominated by Cryptocarya alba and Peumus boldus, exhibited additional significant recovery differences between the Hyper Drought and Mega Drought periods, as well as significant interaction effects. These findings highlight the critical role of prolonged and severe droughts in shaping forest recovery dynamics and underscore the IX need to understand these patterns to enhance future forest resilience under increasingly arid conditions. The fourth chapter addresses the relative importance and effect of both firerelated and post-fire climatic conditions on vegetation recovery in the three main types of Mediterranean sclerophyllous forest in Chile. For this, predictive Random Forest models were developed with two response variables: a relative NDVI recovery metric (NDVIrec) and absolute NDVI. The mean R-squared values obtained for these models ranged from 0.7 to 0.9, depending on the forest type. Results underscore that drought severity is the main limiting factor for post-fire recovery in the NDVIrec models, negatively impacting vegetation recovery. In contrast, pre-fire vegetation greenness emerged as the main factor in the NDVI models, positively influencing productivity recovery capacity. Consequently, this research contributes to a deeper understanding of the effects of prolonged and severe droughts, as well as other driving factors, on the recovery and potential regenerative capacity of Mediterranean forests. Improving knowledge of how different vegetation formations respond to these postdisturbance recovery drivers can aid in developing more effective and efficient conservation and management strategies to promote resilience in these highly pressured forests. These findings are an integral part of the PhD in Environmental Sciences within the research line "Global Environmental Challenges, Environment, Society, and Organisms," providing valuable insights to address the challenges facing forest management in a climate change context. Keywords: Climate change, natural disturbances, drought, wildfire, Mediterranean forest, remote sensing.
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    Regulación ambiental y antrópica sobre la acumulación de gases de efecto invernadero (co2 ch4 y n2o) y el microbioma bentónico en humedales costeros de la zona semiárida de Chile Central.
    (Universidad de Playa Ancha Ciencias de la Educación, 2022) Pozo Solar, Francisco; Molina Trincado, Verónica; Orellana Román, Roberto; Masculino; Facultad de Ciencias Naturales y Exactas; Universidad de Playa Ancha Ciencias de la Educación
    Los humedales son una fuente importante de gases de efecto invernadero (GEI), constituyéndose entre los ecosistemas naturales que globalmente más aportan a las emisiones de metano (CH4). Diversos gradientes fisicoquímicos presentes en los humedales costeros, incluyendo a la salinidad, influyen de manera relevante sobre procesos microbianos que descomponen la materia orgánica (MO) y reciclan nutrientes, como son la metanogénesis, la oxidación de metano y la nitrificación, que a su vez participan en la producción y consumo de GEI (tales como: dióxido de carbono o CO2, CH4 y óxido nitroso o N2O). A nivel global, los humedales costeros se han visto gravemente intervenidos por diversas actividades antrópicas, siendo una de las más importantes, el vertido de aguas residuales, por ejemplo, desde plantas de tratamientos de aguas servidas (PTAS). Entre otros impactos, estos vertidos introducen MO alóctona, diversos contaminantes y microorganismos foráneos al ecosistema alterando potencialmente su funcionamiento. La Zona Semiárida de Chile Central (ZSAChC) presenta una gran variedad de humedales costeros (~120) a lo largo de ~ 400 km de costa 29°82´ - 33°77´ ́ distribuidos en una gradiente de aridez que aumenta de sur a norte. En la zona norte, las cuencas presentan una menor disponibilidad de agua (HAB, high aridity basins tales como Limarí, Elqui y Culebrón) y sus humedales son más salinos (mesosalinos) en comparación a las cuencas de la zona sur (LAB, low aridity basins tales como Maipo, Aconcagua y Mantagua) donde los humedales son mayormente hiposalinos. Además, en áreas cercanas a cuencas LAB se concentran una mayor densidad poblacional y un mayor uso del recurso hídrico asociado a actividades antrópicas, incluyendo utilización doméstica, industrial y agrícola, entre otras. En estas cuencas se destaca el impacto proveniente del vertido de aguas tratadas desde plantas de tratamiento de aguas servidas (PTAS) ubicadas en la Región de Valparaíso, las que producto de su alcance y persistencia han generado relevancia pública. Un ejemplo de este tipo de impactos corresponde a los vertidos en el humedal El Sauce, ubicado en la localidad rural de Laguna Verde perteneciente a la Región de Valparaíso. Debido a estos motivos, esta tesis doctoral abordó el impacto de gradientes fisicoquímicos naturales en un conjunto de humedales sobre la distribución de GEI, la estructura del microbioma bentónico y la cuantificación específica de grupos funcionales asociados al reciclaje GEI (metanogénicos, amonio oxidantes y metanotróficos) en períodos contrastantes (invierno-verano) a lo largo de un transecto latitudinal (~ 400 km) que incorporó cuencas tipo HAB y LAB y a lo largo del estero El Sauce, un modelo de estudio de un humedal impactado producto de un efluente de PTAS. Los resultados indican que los humedales posee una alta variabilidad en sus características físicoquímicas y sedimentarias, en particular destacándose diferencias en la magnitud de la MO durante el verano, siendo mayor en los humedales de HAB en comparación a los de LAB, mientras que en estos últimos presentaron altas concentraciones de nutrientes principalmente en invierno. En todos los humedales, se observó un exceso positivo de CO2 y CH4, a concentraciones de μM y nM, respectivamente, mientras que para N2O se registró un notorio cambio latitudinal, asociado a un potencial efecto sumidero en los humedales de HAB. Las comunidades microbianas bentónicas fueron taxonómicamente diversas e incluyeron > 60 phyla, representadas en su mayoría por taxas poco frecuentes (< 1%). Los microorganismos bentónicos más abundantes de los humedales se asociaron a bacterias de las clases Gammaproteobacteria, Alphaproteobacteria y Deltaproteobacteria, destacándose dentro de la primera clase, grupos microbianos funcionales claves para el reciclaje de GEI asociados a bacterias nitrificantes y metanotróficas (incluyendo metilotróficas). Basados en el modelo generalizado aditivo (GAM) se identificó que la conductividad fue la variable más explicativa de la distribución de CH4 y CO2. Sin embargo, la adición de variables como la latitud y el pH en el GAM, aumentó la significancia de la predicción. Por otra parte, la concentración de nitrato junto con la latitud fueron las variables que mejor predicen la distribución del N2O. El modelo de ecuaciones estructurales (SEM) confirmó que factores ambientales como la conductividad, los nutrientes, la MO y la latitud influyen significativamente sobre los grupos funcionales microbianos (nitrificantes y metano oxidantes) y estos últimos sobre la distribución de los tres GEI medidos en el presente estudio. Este primer resultado de la tesis destaca a la salinidad y concentración de nutrientes, ambos factores relevantes en la prevalencia de grupos funcionales clave asociados al reciclaje del carbono y nitrógeno, como factores que inciden de manera combinada en la distribución de GEI y su potencial intercambio entre el agua y atmósfera en humedales costeros en un gradiente de aridez e impacto antrópico latitudinalmente variable. En particular el análisis detallado del impacto de las PTAS en el humedal El Sauce, indicó que los vertidos modifican las condiciones fisicoquímicas en el agua, por ejemplo, disminuyendo el pH en 0,5 unidades, aumentando de 4-6ºC en la temperatura y la concentración de GEI (> 600 µM CO2, > 30000 nM CH4 y > 3000 nM N2O). En los sedimentos, posterior al vertido se observó evidencia de una señal de MO (δ15N y δ13C) de origen más terrestre. Adicionalmente, la estructura de las comunidades microbianas bentónicas cambió espacial y estacionalmente, incluyendo phyla específicos que son característicos de aguas residuales, como Firmicutes (del orden Clostridiales) y Bacteroidetes. Además, los taxa Tenericutes, Lentisphaerae, Synergistetes y LCP-89, fueron únicamente observados en la estación de descarga de la PTAS, en comparación con los otros sitios estudiados de la predescarga y boca del Estero. La cuantificación específica de grupos funcionales indicó un enriquecimiento de metanogénicos asociados al vertido de PTAS y una disminución de metanotrofos y amonio oxidantes, incluyendo comammox particularmente en invierno. A partir de los resultados obtenidos se puede concluir que la descarga de aguas provenientes de las PTAS ejercen un impacto sobre la físicoquímica del Estero El Sauce, alterando la estructura de las comunidades microbianas bentónicas y su contribución a los ciclos biogeoquímicos que realizan, incluyendo grupos funcionales capaces de mitigar las emisiones de CO2 y CH4 y el reciclaje de nutrientes en estos ecosistemas acuáticos. Palabras claves: Factores ambientales, Estuarios, PTAS, GEI, Ecología microbiana.