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[SPA] El uso y manejo que se le dé a un suelo puede afectar la dinámica del carbono, las propiedades del suelo y causar emisión de gases de efecto invernadero. Después de los cambios de labranza en las tierras de cultivo es necesario evaluar los efectos sobre la dinámica del carbono orgánico del suelo (COS), con el fin de identificar si el suelo es un sumidero o emisor de carbono a la atmósfera. La presente investigación se llevó a cabo en dos parcelas de cultivo de arroz, donde ocurrieron cambios en la labranza y manejo del agua. Una tercera parcela de bosque nativo con árboles de cacao se utilizó como suelo de referencia (agroforestal). Para estimar el balance de COS, se determinaron las entradas de carbono orgánico (CO) a partir de aplicaciones de necromasa, raíces, biomasa microbiana y urea. También se midieron las emisiones de CO2 y CH4. Los resultados mostraron que el cambio en el uso del suelo, riego y labranza en el cultivo de arroz no provocó diferencias significativas en las entradas de CO al suelo, ni en las salidas por emisiones de carbono. El contenido de carbono orgánico oxidable en el suelo muestra que hay efecto significativo de los siguientes factores: uso del suelo, etapa del cultivo y profundidad del suelo. Para el COS se encontró que el sistema agroforestal tiene un contenido significativamente mayor al del suelo bajo cultivo de arroz, tanto con riego como sin riego. Al comparar el comportamiento de la respiración edáfica total en cada uso del suelo, se encontró que el sistema agroforestal mostró la menor respiración total, por el contrario, el uso con arroz presentó la mayor respiración total, no mostrando diferencias significativas entre ellos. El comportamiento de cada gas de efecto invernadero (metano, dióxido de carbono y óxido nitroso) es diferente según el tipo de uso del suelo y la etapa del cultivo, las curvas de emisión mostraron que el suelo en todos los tipos de uso y etapas de cultivo se comportó como emisor o fuente de dióxido de carbono. Sin embargo, para el metano y el óxido nitroso hay situaciones en que el suelo es sumidero. El flujo de los gases CO2 y N2O está afectado significativamente por el factor etapa del cultivo, mientras que para el flujo de CH4 no hay efecto significativo. Para el N2O la menor emisión fue en la tercera etapa del cultivo y la mayor emisión fue en la primera etapa, mientras que para el dióxido de carbono la menor emisión fue en la segunda etapa del cultivo y la mayor emisión se registró en la cuarta etapa. El uso del suelo mostró un efecto estadísticamente significativo en el flujo de CH4 , siendo el arroz con riego, el uso que muestra el mayor flujo de CH4 mientras que el sistema agroforestal mostró el menor flujo de CH4. Además, se encontró que tanto los sistemas de manejo de riego como de labranza en el cultivo de arroz en comparación con el sistema agroforestal fueron sistemas de manejo con una diferencia negativa entre las entradas y salidas de CO, debido a las emisiones de CO2 asociadas a la estimulación intensa de la respiración de la raíz del cultivo y la actividad microbiana. La comparación de la dinámica del COS entre el sistema agroforestal y los sistemas de cultivo de arroz mostró que el sistema agroforestal es un sumidero de carbono con una dinámica de CO positiva. [ENG] The use and management of soil can affect carbon dynamics, soil properties and cause greenhouse gas emissions. After changes in tillage on croplands it`s necessary to assess the effects on soil organic carbon (SOC) dynamics, in order to identify if soil is a sink or emitter of carbon dioxide to the atmosphere. This study was carried in two plots of rice cultivation, where tillage and water management changes occurred. A third plot of native forest with Cacao trees was used as a reference soil (agroforestry). For SOC balance estimation, measurement of organic carbon (OC) inputs was determined from necromass, roots, microbial biomass, and urea applications. The CO2 and CH4 emissions were also measured. Results showed that the change in the use of irrigation and tillage in rice cultivation did not cause significant differences in OC inputs to the soil, or in outputs due to carbon emissions. The content of oxidizable organic carbon in the soil shows that there is a significant effect of several factors: land use, crop stage and soil depth. For the SOC, it was found that the agroforestry system has a significantly higher content than the soil under rice cultivation, both with and without irrigation. When comparing the behavior of the total edaphic respiration in each land use, it was found that the agroforestry system expressed the lowest total respiration, contrary to the use with rice that presents greater total respiration and does not show significant differences between them. The behavior of each greenhouse gas (methane, carbon dioxide and nitrous oxide) was different depending on the type of land use and the stage of cultivation, the emission curves showed that the soil in all types of use and stages culture, behaved as emitter or source of carbon dioxide. However, for methane and nitrous oxide there are situations where the soil is a sink. The Flux of CO2 and N2O gases is significantly affected by the stage of the crop factor, while for the Flux of CH4 there is no significant effect. For N2O, the lowest emission was in the third stage and the highest emission was in the first stage, while for carbon dioxide the lowest emission was in the second stage and the highest emission was recorded in the fourth stage. For the CH4 Flux there is a statistically significant effect of the type of land use factor, with irrigated rice being the use that shows the highest CH4 Flux and the agroforestry system the use with the lowest CH4 Flux. In addition, it was found that both the irrigation and tillage management systems in rice cultivation compared to the agroforestry system were management systems with a negative difference between OC inputs and outputs, due to CO2 emissions associated with intense stimulation of crop root respiration and microbial activity. The comparison of the SOC dynamics between the agroforestry system and the rice cultivation systems showed that the agroforestry system is a carbon sink with positive OC dynamics. Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad Politécnica de Cartagena Universidad Politécnica de Cartagena Programa de Doctorado en Tecnología y Modelización en Ingeniería Civil, Minera y Ambiental

[SPA] La Sierra Minera Cartagena-La Unión fue uno de los principales focos de la actividad extractiva hasta finales del siglo pasado, lo cual generó gran cantidad de residuos que se abandonaron en forma de depósitos de estériles mineros con altas concentraciones de elementos traza. Estos elementos, principalmente metal(oid)es, tienen un fuerte impacto en los suelos y la hidrología, y por extensión en la biota y la salud humana. Para evaluar esa transferencia, esta tesis se ha centrado en cuatro escenarios situados en sus proximidades: una zona forestal, una zona marítima situada en la desembocadura de una rambla con los depósitos en su cabecera, zonas agrícolas y una zona urbana con afección por material particulado. Para la zona forestal se han seleccionado cinco especies vegetales: Olea europaea, Pistacia lentiscus, Chamaerops humilis, Lavandula multifida y Rhamnus lycioides. Se ha estudiado la influencia de la rizosfera en las propiedades del suelo, el contenido en metal(oid)es y su distribución en la fracción química, concluyendo no existe una influencia significativa de la vegetación y que existe un riesgo por incorporación de As y Cd a los tejidos vegetales al presentar los mayores porcentajes de las fracciones lábiles. Todas las especies se desarrollan en suelos con altas concentraciones de As, Cd, Pb y Zn pudiendo usarse para labores de recuperación de suelos basadas en la fitoextracción (Lavandula multifida) y la fitoestabilización (Pistacia lentiscus). A su vez, al acumular estos elementos, existe un riesgo de incorporarlos a la cadena trófica mediante ingesta de las partes edibles por la fauna local. Para estudiar la transferencia al medio marítimo, se ha elegido la desembocadura de una rambla con los depósitos en su cabecera, que arrastra el material que contienen en episodios de lluvias torrenciales. Los resultados obtenidos muestran un aumento significativo en la concentración de metal(oid)es al sedimento, sin transferencia a las aguas, con respecto a otra zona sin influencia de la actividad minera. La especiación química muestra que el Cd es el elemento a tener más en cuenta, al tener unas fracciones lábiles más importantes, en torno al 20% del Cd presente en el sedimento está biodisponible para ser incoporado al medio marino. El análisis de la biota marina muestra que igualmente existe una influencia de la actividad minera con respecto a la de la zona control. La influencia de los depósitos mineros en los cultivos agrícolas de la zona ha sido estudiada en tres zonas seleccionadas de las que se ha usado el suelo para cultivar tres variedades de lechugas en invernadero destinadas a consumo humano para ver el contenido de metal(oid)es. Se han obtenido concentraciones de Pb en los tejidos foliares muy superiores a los límites establecidos por la legislación. Para el Cd, las concentraciones obtenidas se han situado ligeramente por encima de los valores límite, sin embargo, los altos valores de translocación observados hacen necesario un control más estricto ya la mayor parte del Cd que entra en la planta acaba acumulándose en sus hojas. Para la zona urbana se ha caracterizado el material particulado recogido en captadores, el contenido en metal(oid)es y su procedencia. Los resultados indican que no se superan los límites establecidos en la legislación y la Organización Mundial de la Salud para las fracciones de menor tamaño y más fácilmente inhalables (PM2.5-PM10) por lo que no supone un riesgo directo para la salud de la población del municipio. Sin embargo, a las partículas de menor tamaño son a las que más se asocian los metal(oid)es y son las que más fácilmente entran por las vías respiratorias, por lo que hay que estudiar en detalle la concentración de estos elementos en el material particulado y el aire, así como conocer la fuente de estos. [ENG] Cartagena-La Union mining district was one of the main areas of extractive industry in the Iberian Peninsula until last years of past century, which generated large amounts of wastes accumulated in tailing ponds with high concentrations of trace elements. These elements, mainly metal(loid)s, have an impact in soils, hydrology, biota and human Health. To assess the transfer, this thesis has focused in four places close to tailings ponds: forest area, marine area located in the mouth of a stream, agricultural area and urban area affected by particulate matter. In forest area five vegetal species have been selected: Olea europaea, Pistacia lentiscus, Chamaerops humilis, Lavandula multifida y Rhamnus lycioides. Influenceof rhizosphere in soil properties, metal(loid)s content and distribution in chemical fractions of soils have been studied. Conclusions reveal there is no influence of vegetation and there is a risk for incorporation of As and Cd to vegetal tissues because of labile fractions high percentages. All species have developed in soils with large amounts of As, Cd, Pb and Zn, so they can be used in remediation works as phytoextractor species (Lavandula multifida) or phytostabilization (Pistacia lentiscus). As well as a risk of incorporation to food chain by fauna intake must be considered. To evaluate transfer to marine environment, the mouth of a stream with influence of tailings ponds have been selected. There is an increase in metal(loid)s sediment concentration, without seawater transfer, in relation to control area without mining activities influence. Sediment chemical fractions shows Cd is risky because of importance of labile fractions (20%), so can be easily transfer to marine environment. Marine biota metal(loid)s concentrations reveal influence of tailings ponds. Transfer to agricultural crops has been studied in three selected areas, using in situ soils to grow in greenhouse three varieties of lettuces for human consumption to show metal(loid)s concentrations. Pb and Cd in leaf tissues limits have been exceeded, so it is necessary to monitor closely in crops with mining activities influence. Particulate matter has been characterized after filters particle collection, metal(loid)s content and its origin. Results have shown particulate matter is below limits defined by legislation and World Health Organization for smaller particles (PM2.5-PM10), easily respirable by population, so there is no risk for human health. Nevertheless, fine particles trend to assimilate metal(loid)s, so it is necessary to monitor the concentration of these trace elements and their origin Esta tesis doctoral ha sido ejecutada en el marco del proyecto “Soil take care” financiado por European Union Interreg V Sudoe (Ref. SOE1/P4/F0023). El soporte económico del autor durante el período predoctoral para la realización de esta tesis ha sido gracias a la beca de especialización asociada a actividades de I+D+I de la Universidad Politécnica de Cartagena (UPCT) y el grupo de Investigación Gestion y Aprovechamiento de Suelos y Aguas (GARSA). Referencia: R 529/15. Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad Politécnica de Cartagena Universidad Politécnica de Cartagena Programa de Doctorado en Tecnología y Modelización en Ingeniería Civil, Minera y Ambiental

[SPA] Bolivia llegó a ser uno de los principales productores de plata del mundo; su producción llegó a ser muy importante a mediados del siglo XVI cuando el proceso de amalgamación permitió la producción masiva de plata, dejando una cantidad sin precedentes de mercurio, con la consiguiente repercusión medioambiental, económica y social en varias zonas de Bolivia. En los últimos años, en Bolivia se ha visto un importante aumento de las operaciones mineras auríferas, motivado por el incremento del precio y la demanda internacional del oro. La minería aurífera boliviana tiene como principales protagonistas a las cooperativas mineras, que producen el 97 % del oro a nivel nacional, generando la mayor cantidad de empleo en el sector. El departamento de La Paz es el mayor productor de oro a nivel nacional, donde opera el 57% del total de cooperativas del país, explotando yacimientos auríferos primarios y secundarios. En el proceso de extracción de oro en Bolivia, el uso del mercurio es la práctica más habitual; la cantidad y su forma de uso, varía fundamentalmente por el tipo de yacimiento. Varias de las áreas protegidas nacionales, subnacionales e incluso territorios indígenas y originarios, que albergan una parte significativa de la biodiversidad del país, y son proveedoras de funciones ambientales vitales para el desarrollo, tienen dentro de su territorio actividades de extracción minera. El Área Natural de Manejo Integrado Nacional (ANMIN) -Apolobamba, que se encuentra en el departamento de La Paz, es una de las áreas protegidas más afectadas por las actividades mineras auríferas a pequeña escala. El objetivo principal de la tesis fue determinar los impactos ambientales de la minería aurífera filoniana a pequeña escala sobre medios bióticos (vegetación nativa) y abióticos (suelos, sedimentos y residuos) en ANMIN-Apolobamba. Para ello, se han seleccionado dos cooperativas mineras auríferas especialmente representativas por su ubicación en zonas de alta intensidad de actividad minera, estas son: Virgen del Rosario y Rayo Rojo. En cada cooperativa minera, se identificaron dos zonas, una zona cercana a las actividades de procesamiento del mineral y/o de concentración del oro incluyendo la quema de la amalgama, que podría denominarse zona minera, y otra alejada de estas operaciones mineras, pudiendo considerarse zona de control. En cada zona, de acuerdo a los objetivos específicos de la tesis, se identificaron perfiles representativos de suelos, se tomaron muestras edáficas superficiales y de profundidad, así como material vegetal, finalmente se colectaron muestras de residuos mineros y de sedimentos. En general, los metales totales no mostraron diferencias significativas entre los suelos superficiales y de profundidad y la proximidad a las zonas mineras, lo que sugiere que estos metales podrían ser de origen geogénico. Se detectó un incremento de mercurio en el suelo superficial en las zonas mineras, lo que indica una deposición directa de mercurio. También, se obtuvieron altos valores de arsénico total, biodisponible y soluble en los alrededores de la zona minera, probablemente relacionados con la presencia de residuos ricos en arsenopirita. Los contenidos de materia orgánica y arcilla podrían controlar las concentraciones de cadmio y zinc biodisponibles, mientras que el pH del suelo se relaciona con el comportamiento del arsénico, mercurio y cobre. Por el contrario, la concentración de plomo biodisponible estuvo directamente relacionada con su concentración total. En general, los metales solubles fueron altamente independientes, sin correlaciones significativas con las propiedades físicas y químicas del suelo. Se determinó el contenido y la especiación del arsénico en las muestras de suelo rizosférico y no rizosférico, colectadas en las dos cooperativas de estudio, para entender su destino y los riesgos ambientales de las acumulaciones de este metal. El valor promedio de arsénico total en los suelos rizosféricos y no rizosféricos osciló entre 13 y 64 mg kg-1. La rizosfera presentó valores de al menos el doble del contenido de arsénico en suelo no rizosférico. El mapeo elemental, usando un haz de rayos X de 4-5 μm generado por sincrotrón, mostró acumulaciones de arsénico en áreas enriquecidas con hierro. Los resultados de la espectroscopia de absorción de rayos X de borde cercano (XANES), detectaron solo la especie As(V) en todas las muestras, independientemente del contenido de arsénico total, sus fracciones y los tipos de vegetación. Aunque la toxicidad de As(V) es menor que As (III), se sugiere determinar la absorción de arsénico por la vegetación de pastoreo común para los camélidos del lugar, por la posibilidad de su incorporación en la cadena alimenticia. Considerando que las emisiones y liberaciones de mercurio en las actividades mineras auríferas a pequeña escala, se condensan y se depositan en las plantas, suelos y cuerpos de agua, se estudió la transferencia de mercurio del suelo a las plantas para predecir, la posible acumulación de mercurio en el ganado camélido alrededor de las zonas mineras auríferas de estudio. El contenido medio de mercurio en los suelos varían de 0,5 a 48,6 mg Hg kg-1(de 5 a 60 veces más altos en comparación con los suelos de la zona de control) y excedió los niveles de referencia de los suelo de algunos países europeos. Los contenidos de mercurio en hojas y raíces variaron de 0,6 a 18 y 0,2 a 28,3 mg Hg kg-1, respectivamente. Los altos contenidos de mercurio en Poaceaey Rosaceae podría elevar la acumulación de mercurio en la cadena alimenticia, debido a que los camélidos son totalmente dependientes de estas especies forrajeras y, a su vez, estos son los principales proveedores de carne para la población minera de esas zonas, quienes están en mayor riesgo si se utilizan algunas especies estudiadas con fines medicinales. [ENG] Bolivia was one of the main silver producers in the world; its production became very important in the middle of the 16th century when the amalgamation process allowed massive silver production, leaving an unprecedented amount of Hg, with the consequent environmental, economic and social impacts in various areas of Bolivia. In recent years, Bolivia has seen a significant increase in gold mining operations, motivated by the increase in the price and international demand for gold. The mining cooperatives are the main protagonists of Bolivian gold mining, which produce 97% of the gold nationwide, generating the major amount of employment in the sector. The department of La Paz is the largest gold producer nationwide, in where 57% of all cooperatives in the country operate, exploiting primary and secondary gold deposits. In the gold extraction process in Bolivia, the use of mercury is the most common practice; the quantity and the way in which it is used, varies fundamentally by the deposits type. Several of the national and sub-national protected areas and even indigenous and native territories, which host a significant part of Bolivia's biodiversity, and are providers of vital environmental functions for development, have mining extraction activities within their territory. The gold activity in the Natural Area of National Integrated Management (ANMIN) - Apolobamba is one of the most affected protected areas by the small scale gold mining activities effects.. The main objective of the thesis was to determine the environmental impacts of the small scale filonian gold mining activities on biotic (native vegetation) and abiotic (soils, sediments, residues) resources in ANMIN-Apolobamba. For this, two gold mining cooperatives especially representative in high intensity mining activity areas have been selected, they are: Virgen del Rosarío and Rayo Rojo. In each mining cooperative, two zones were identified, one close to the mineral processing or gold concentration activities including the amalgam burning, that could be called a mining zone, and another far away from these activities, allowing considered a control zone. In each area, according to the specific objectives of the thesis, representative soil profiles were identified, surface and depth soil samples were taken, as well as plant material, finally mining residues and sediments samples were collected. No significant differences in total metals were shown between top soils and deep soils and the proximity to the mining zones, suggesting that the origin of these metals could be geogenic. In the mining zones, increased mercury in the surface soil was detected indicating direct Hg deposition. High values of total, EDTA-extractable and soluble arsenic were obtained in the mining area surroundings, probably related to the presence of arsenopyrite-rich residues. While soil pH is related to the behavior of arsenic, mercury and copper, cadmium and zinc EDTA-extractable concentrations could be controlled by organic matter and clay contents. On the other hand, the lead EDTA-extractable concentration was directly related to its total content. Soluble metals, in general, were highly independent of soil physical and chemical properties. To understand the fate and environmental risks of arsenic, its content was determined in rhizospheric and bulk soil samples collected in the two cooperatives in the study. The mean of total arsenic in rhizospheric and bulk soils types ranges between 13 and 64 mg kg-1. Arsenic content in rhizosphere was at least double related to the bulk soil. Using a 4-5 μm synchrotron-generated X-ray beam, an elemental mapping was performed that showed accumulations of arsenic in iron-enriched areas. X-ray absorption near edge spectroscopy (XANES) results indicate only As (V) species was detected in all samples independently of total arsenic content, its fractions or vegetation type. Although As(V) toxicity is lower than As(III), is important that As uptake of commonly-grazed vegetation by camelids (alpaca and llama) must be determined to understand the environmental risks due to the possibility of their incorporation into the food chain. Considering that the emissions and releases of mercury in small-scale gold mining activities condense and deposited on plants, soils and water bodies, the transfer of mercury from soil into plants was studied to predict the possible mercury accumulation in livestock around the study gold mining areas. Mean mercury content in the soils varies from 0,5 to 48,6 mg Hg kg-1 (5 to 60 more compared to the soils of the control zone) and exceeded the reference levels of the soils of some European countries. The mercury contents in leaves and roots ranged from 0,6 to 18 and 0,2 to 28,3 mg Hg kg-1, respectively. The high mercury contents in Poaceae and Rosaceae may elevate mercury accumulation into the food chain, since camelids solely thrive on these plants for food and, in turn, these are the main meat suppliers for the mining population who are most at risk if some plant species are used for medicinal purposes. Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad Politécnica de Cartagena Universidad Politécnica de Cartagena Programa de Doctorado en Tecnología y Modelización en Ingeniería Civil, Minera y Ambiental

[ENG] The last few years, pig farming have seen a great transformation, which is now considered as an agro-industry made up of some major players on the world scale. In several regions within the world, the management of pig manure has become a real environmental problem which needs a solution from the agricultural sector. Many environmental problems concern such as impacts on surface and groundwater, effects on air and soil quality are notably increasing. Most of the environmental problems of the pig production sector is the pig slurry (PS) production and it ́s management. Only Spain generates a volume of pig slurry around 71 million m3 per year (2018) and it’s the first country in Europe with a high number of pig production, this large volume of production needs an adequate treatment and management to minimize the environmental problems. Most common problematics of the pig slurry are: - Excess of N and salts which are transferred to soils and superficial and groundwater when slurry is used as soil amendment. This affects soils and water quality and contributes to water eutrophication and salinization processes. - Lack of control of pollutants in the slurry which is applied to the soil, with transfer of metals (mainly Cu and Zn) to the soil and water, with negative effect on environmental health. - Emissions of ammonia and greenhouse gases (GHG), contributing to climate change. Livestock are responsible for 37% of anthropogenic CH4 and 65% of anthropogenic N2O. -Generation of smells which is the main barriers for the community acceptance of pig farms. Recently the pig slurry concept is changing, and it is not considered as a waste, nevertheless a by-product that can be used as a natural fertilizer that contain the main nutrients a plant needs to thrive. It ́s a source of nutrients that can be valorized in agronomic sector as a valuable economic resource. To reuse this by product, PS should be treated and disposed properly in order to reduce negative impacts caused by agricultural valorization. The importance of the proper management of PS as a by-product is well reflected in the recent Best Available Techniques (BAT). However, most of the existing state-of-the-art solutions are not technologically and economically viable. A proper management such as constructed wetlands present a very efficient and economical solution for the pig slurry management, furthermore, an eco-friendly technology that can generate a by-product promoting circular economy, It can remove a high amount of pollutants from the pig slurry and can greatly reduce the environmental impact of the PS and produce useful resources for agriculture, nevertheless, this treatment process has some inconvenient that can limit its use such as clogging and low efficiency in reducing salts content and heavy metals. The integrated purification system using the constructed wetlands for the pig slurry treatment allows establishing a convergence point for livestock and agricultural farms unlinked by inorganics fertilizers influencing in the sustainability of these sectors. The aim of this thesis consists of designing and optimization of the constructed wetland treatment process in order to increase its efficiency by proposing an effective pre-treatment by coagulation flocculation, and also to find a new layer that can be added to the constructed El bied Oumaima 2021 wetland (CW) to improve its efficiency and to study how the slurry reacts to these natural materials. White and Iberian pigs farm from the southeast of Spain treat their slurry in situ using separation, double filtration, decantation, and constructed wetland treatment. The pretreatment can ́t achieve to reduce solids which provokes clogging in the constructed wetlands (CWs). The main objective of this pretreatment is to reduce the turbidity and chemical oxygen demand (COD) from the effluent to make it appropriate for CW treatment. Optimization of the coagulation-flocculation (CF) process using iron chloride and a cationic flocculent DKFLOCC-1598 was investigated by central composite design method (CCD). The effect of coagulant concentration, pH, and flocculent on the COD and turbidity removal were evaluated. The best results were found using 0.024 mol L-1 of iron chloride, 0.164 ml L-1 of flocculent at pH=7.5, where COD was reduced by 96% and the turbidity removal by 97%. Therefore, the results indicated the high efficiency of the treatment method in removing the COD and suspended solids. This thesis examined the physicochemical properties of micronutrients, macronutrients, and heavy metals (HM) removed after the slow filtration of pig slurry (PS) through multiple media: sands, silt loam soils, fly ash and zeolite. The objective was to find a new layer that can be added to our constructed wetland (CW) to improve its efficiency and to study how the slurry reacts to these natural materials. The filtration achieved an approximate removal rate of 99.99% for total suspended solids (TSS) and nitrogen and 61, 94, 72, and 97%, respectively, for electrical conductivity (EC), turbidity, chemical oxygen demand (COD) and five-day biological oxygen demand (BOD5). The two sands, soil 1, and zeolite, had a macronutrient reduction median of 60%, whereas soil 2, 3, 4 and fly ash released macronutrients such as Na, Ca, and Mg. All the media achieved nearly 99.99% micronutrient removal for Fe and Zn. The Cu removal rate was over 86% except for sand 1 and 2 and soil 1, which reduced it to only 46%; the overall Mn removal rate was more than 80% except for soil 3 and soil 4, where it was only 9%. Zeolite had a 99.99% removal capacity for HM as opposed to sand 2, soil 4 and fly ash, which released some HMs (Ni, Cu). The use of this inexpensive and abundant media filtration process is sound both technically and financially and seems to be an ideal cost-efficient treatment for pig slurry. Both experiment pilot, coagulation flocculation and filtration using other materials proved to be suitable to improve the CW efficiency. With coagulation flocculation pretreatment, more than 90% of total suspended solids (TSS) could be removed which can absolutely minimize the clogging risk of the CWs also increase its lifespan. Zeolite can be perfectly added to the constructed wetland to improve the heavy metals and salts contents absorbance, nevertheless, the nitrogen and phosphorus will also decrease which make the treated effluent not suitable to use as an organic fertilizer, in order to implement a circular economy approach and to minimize environmental impacts associated to pig slurry. Both experiment pilot, coagulation flocculation and filtration using other materials proved to be suitable to improve the CW efficiency. With coagulation flocculation pretreatment, more than 90% of total suspended solids (TSS) could be removed which can absolutely minimize the clogging risk of the CWs also increase its lifespan. Zeolite can be perfectly added to the constructed wetland to improve the heavy metals and salts contents absorbance, nevertheless, the nitrogen and phosphorus will also decrease which make the treated effluent not suitable to use as an organic fertilizer, in order to implement a circular economy approach and to minimize environmental impacts associated to pig slurry. Both experiment pilot, coagulation flocculation and filtration using other materials proved to be suitable to improve the CW efficiency. With coagulation flocculation pretreatment, more than 90% of total suspended solids (TSS) could be removed which can absolutely minimize the clogging risk of the CWs also increase its lifespan. Zeolite can be perfectly added to the constructed wetland to improve the heavy metals and salts contents absorbance, nevertheless, the nitrogen and phosphorus will also decrease which make the treated effluent not suitable to use as an organic fertilizer, in order to implement a circular economy approach and to minimize environmental impacts associated to pig slurry. [SPA] En los últimos años la cría de cerdos ha experimentado una gran transformación, que ahora se considera una agroindustria compuesta por algunos de los principales actores a nivel mundial. En varias regiones del mundo, la gestión del estiércol de cerdo se ha convertido en un problema medioambiental real que necesita una solución del sector agrícola. Muchos de los problemas ambientales que preocupan son los impactos en las aguas superficiales y subterráneas, los efectos en la calidad del aire y el suelo están aumentando notablemente. La mayor parte de los problemas ambientales del sector porcino es la producción de purines (PS) y su gestión. Solo España genera un volumen de purines de alrededor de 71 millones de m3/año (MAPAMA, 2018) y es el primer país de Europa con un elevado número de producción porcina, este gran volumen de producción necesita un tratamiento y gestión adecuados para minimizar los problemas ambientales. Las características del purín de cerdo son: - Exceso de N y sales que se transfieren a suelos y aguas superficiales y subterráneas cuando se utilizan purines como enmienda del suelo. Esto afecta los suelos y la calidad del agua y contribuye a los procesos de eutrofización y salinización del agua. - Falta de control de contaminantes en el purín que se aplica al suelo, con transferencia de metales (principalmente Cu y Zn) al suelo y al agua, con efecto negativo en la salud ambiental. - Emisiones de amoniaco y gases de efecto invernadero (GEI), que contribuyen al cambio climático. El ganado es responsable del 37% del CH4 antropogénico y del 65% del N2O antropogénico. -Generación de olores que son las principales barreras para la aceptación comunitaria de las granjas porcinas. Recientemente, el concepto de purines de cerdo está cambiando y no se considera un residuo, sino un subproducto que puede usarse como fertilizante natural que contiene los principales nutrientes que una planta necesita para prosperar. Es una fuente de nutrientes que se puede valorizar en el sector agronómico como un valioso recurso económico. Para reutilizar este subproducto, el PS debe tratarse y disponerse adecuadamente para reducir los impactos negativos causados por la valorización agrícola. La importancia del manejo adecuado del PS como subproducto se refleja bien en las recientes Mejores Técnicas Disponibles (BAT). Sin embargo, la mayoría de las soluciones de vanguardia existentes no son tecnológica ni económicamente viables. Un manejo adecuado como los humedales artificiales presentan una solución muy eficiente y económica para el manejo del purín porcino, además, una tecnología ecológica que puede generar un subproducto que promueve la economía circular, puede eliminar una gran cantidad de contaminantes del purín porcino y puede reducir en gran medida el impacto ambiental del PS y producir recursos útiles para la agricultura, sin embargo, este proceso de tratamiento tiene algunos inconvenientes que pueden limitar su uso tales como obstrucción y baja eficiencia en la reducción del contenido de sales y metales pesados. El sistema de depuración integrado utilizando los humedales artificiales para el tratamiento de purines porcinos permite establecer un punto de convergencia para las explotaciones ganaderas y agrícolas desvinculadas por los fertilizantes inorgánicos que influyen en la sostenibilidad de estos sectores. El objetivo de esta tesis consiste en diseñar y optimizar el proceso de tratamiento del humedal construido con el fin de incrementar su eficiencia proponiendo un pretratamiento efectivo por coagulación-floculación, y también encontrar una nueva capa de sustrato que se pueda agregar al humedal construido (CWs) para mejorar su eficiencia y estudiar cómo reacciona el purín a estos materiales naturales. Las explotaciones de cerdos blancos e ibéricos del sureste de España tratan sus purines in situ mediante separación, doble filtración, decantación y tratamiento de humedales artificiales. Este pretratamiento no logró reducir los sólidos lo que provoca atascos en los humedales artificiales (AAC). El objetivo principal de este pretratamiento es reducir la turbidez y la demanda química de oxígeno (DQO) del efluente para hacerlo apropiado para el tratamiento de CW. La optimización del proceso de coagulación-floculación (CF) utilizando cloruro de hierro y un floculante catiónico DKFLOCC-1598 se investigó mediante el método de diseño compuesto central (CCD). Se evaluó el efecto de la concentración de coagulante, el pH y el floculante sobre la DQO y la eliminación de la turbidez. Los mejores resultados se obtuvieron utilizando 0.024 mol L-1 de cloruro de hierro, 0.164 ml L-1 de floculante a pH=7.5, donde la DQO se redujo en un 96% y la remoción de turbidez en un 97%. Por tanto, los resultados indicaron la alta eficiencia del método de tratamiento para eliminar la DQO y los sólidos en suspensión. Esta tesis examinó las propiedades fisicoquímicas de micronutrientes, macronutrientes y metales pesados (HM) extraídos después de la filtración lenta del PS a través de múltiples medios: arena, suelos franco-limosos, cenizas volantes y zeolita. El objetivo ha sido encontrar una nueva capa que se pudiera agregar a nuestro humedal artificial (CW) para mejorar su eficiencia y estudiar cómo reacciona el purín a estos materiales naturales. La filtración logró una tasa de eliminación aproximada del 99,99% para el total de sólidos suspendidos (SST) y nitrógeno de 61, 94, 72 y 97%, en la arena, suelos franco-limosos, cenizas volantes y zeolita, respectivamente. Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad Politécnica de Cartagena Universidad Politécnica de Cartagena Programa Doctorado en Tecnología y Modelización en Ingeniería Civil, Minera y Ambienta

[ENG] The last few years, pig farming have seen a great transformation, which is now considered as an agro-industry made up of some major players on the world scale. In several regions within the world, the management of pig manure has become a real environmental problem which needs a solution from the agricultural sector. Many environmental problems concern such as impacts on surface and groundwater, effects on air and soil quality are notably increasing. Most of the environmental problems of the pig production sector is the pig slurry (PS) production and it ́s management. Only Spain generates a volume of pig slurry around 71 million m3 per year (2018) and it’s the first country in Europe with a high number of pig production, this large volume of production needs an adequate treatment and management to minimize the environmental problems. Most common problematics of the pig slurry are: - Excess of N and salts which are transferred to soils and superficial and groundwater when slurry is used as soil amendment. This affects soils and water quality and contributes to water eutrophication and salinization processes. - Lack of control of pollutants in the slurry which is applied to the soil, with transfer of metals (mainly Cu and Zn) to the soil and water, with negative effect on environmental health. - Emissions of ammonia and greenhouse gases (GHG), contributing to climate change. Livestock are responsible for 37% of anthropogenic CH4 and 65% of anthropogenic N2O. -Generation of smells which is the main barriers for the community acceptance of pig farms. Recently the pig slurry concept is changing, and it is not considered as a waste, nevertheless a by-product that can be used as a natural fertilizer that contain the main nutrients a plant needs to thrive. It ́s a source of nutrients that can be valorized in agronomic sector as a valuable economic resource. To reuse this by product, PS should be treated and disposed properly in order to reduce negative impacts caused by agricultural valorization. The importance of the proper management of PS as a by-product is well reflected in the recent Best Available Techniques (BAT). However, most of the existing state-of-the-art solutions are not technologically and economically viable. A proper management such as constructed wetlands present a very efficient and economical solution for the pig slurry management, furthermore, an eco-friendly technology that can generate a by-product promoting circular economy, It can remove a high amount of pollutants from the pig slurry and can greatly reduce the environmental impact of the PS and produce useful resources for agriculture, nevertheless, this treatment process has some inconvenient that can limit its use such as clogging and low efficiency in reducing salts content and heavy metals. The integrated purification system using the constructed wetlands for the pig slurry treatment allows establishing a convergence point for livestock and agricultural farms unlinked by inorganics fertilizers influencing in the sustainability of these sectors. The aim of this thesis consists of designing and optimization of the constructed wetland treatment process in order to increase its efficiency by proposing an effective pre-treatment by coagulation flocculation, and also to find a new layer that can be added to the constructed El bied Oumaima 2021 wetland (CW) to improve its efficiency and to study how the slurry reacts to these natural materials. White and Iberian pigs farm from the southeast of Spain treat their slurry in situ using separation, double filtration, decantation, and constructed wetland treatment. The pretreatment can ́t achieve to reduce solids which provokes clogging in the constructed wetlands (CWs). The main objective of this pretreatment is to reduce the turbidity and chemical oxygen demand (COD) from the effluent to make it appropriate for CW treatment. Optimization of the coagulation-flocculation (CF) process using iron chloride and a cationic flocculent DKFLOCC-1598 was investigated by central composite design method (CCD). The effect of coagulant concentration, pH, and flocculent on the COD and turbidity removal were evaluated. The best results were found using 0.024 mol L-1 of iron chloride, 0.164 ml L-1 of flocculent at pH=7.5, where COD was reduced by 96% and the turbidity removal by 97%. Therefore, the results indicated the high efficiency of the treatment method in removing the COD and suspended solids. This thesis examined the physicochemical properties of micronutrients, macronutrients, and heavy metals (HM) removed after the slow filtration of pig slurry (PS) through multiple media: sands, silt loam soils, fly ash and zeolite. The objective was to find a new layer that can be added to our constructed wetland (CW) to improve its efficiency and to study how the slurry reacts to these natural materials. The filtration achieved an approximate removal rate of 99.99% for total suspended solids (TSS) and nitrogen and 61, 94, 72, and 97%, respectively, for electrical conductivity (EC), turbidity, chemical oxygen demand (COD) and five-day biological oxygen demand (BOD5). The two sands, soil 1, and zeolite, had a macronutrient reduction median of 60%, whereas soil 2, 3, 4 and fly ash released macronutrients such as Na, Ca, and Mg. All the media achieved nearly 99.99% micronutrient removal for Fe and Zn. The Cu removal rate was over 86% except for sand 1 and 2 and soil 1, which reduced it to only 46%; the overall Mn removal rate was more than 80% except for soil 3 and soil 4, where it was only 9%. Zeolite had a 99.99% removal capacity for HM as opposed to sand 2, soil 4 and fly ash, which released some HMs (Ni, Cu). The use of this inexpensive and abundant media filtration process is sound both technically and financially and seems to be an ideal cost-efficient treatment for pig slurry. Both experiment pilot, coagulation flocculation and filtration using other materials proved to be suitable to improve the CW efficiency. With coagulation flocculation pretreatment, more than 90% of total suspended solids (TSS) could be removed which can absolutely minimize the clogging risk of the CWs also increase its lifespan. Zeolite can be perfectly added to the constructed wetland to improve the heavy metals and salts contents absorbance, nevertheless, the nitrogen and phosphorus will also decrease which make the treated effluent not suitable to use as an organic fertilizer, in order to implement a circular economy approach and to minimize environmental impacts associated to pig slurry. Both experiment pilot, coagulation flocculation and filtration using other materials proved to be suitable to improve the CW efficiency. With coagulation flocculation pretreatment, more than 90% of total suspended solids (TSS) could be removed which can absolutely minimize the clogging risk of the CWs also increase its lifespan. Zeolite can be perfectly added to the constructed wetland to improve the heavy metals and salts contents absorbance, nevertheless, the nitrogen and phosphorus will also decrease which make the treated effluent not suitable to use as an organic fertilizer, in order to implement a circular economy approach and to minimize environmental impacts associated to pig slurry. Both experiment pilot, coagulation flocculation and filtration using other materials proved to be suitable to improve the CW efficiency. With coagulation flocculation pretreatment, more than 90% of total suspended solids (TSS) could be removed which can absolutely minimize the clogging risk of the CWs also increase its lifespan. Zeolite can be perfectly added to the constructed wetland to improve the heavy metals and salts contents absorbance, nevertheless, the nitrogen and phosphorus will also decrease which make the treated effluent not suitable to use as an organic fertilizer, in order to implement a circular economy approach and to minimize environmental impacts associated to pig slurry. [SPA] En los últimos años la cría de cerdos ha experimentado una gran transformación, que ahora se considera una agroindustria compuesta por algunos de los principales actores a nivel mundial. En varias regiones del mundo, la gestión del estiércol de cerdo se ha convertido en un problema medioambiental real que necesita una solución del sector agrícola. Muchos de los problemas ambientales que preocupan son los impactos en las aguas superficiales y subterráneas, los efectos en la calidad del aire y el suelo están aumentando notablemente. La mayor parte de los problemas ambientales del sector porcino es la producción de purines (PS) y su gestión. Solo España genera un volumen de purines de alrededor de 71 millones de m3/año (MAPAMA, 2018) y es el primer país de Europa con un elevado número de producción porcina, este gran volumen de producción necesita un tratamiento y gestión adecuados para minimizar los problemas ambientales. Las características del purín de cerdo son: - Exceso de N y sales que se transfieren a suelos y aguas superficiales y subterráneas cuando se utilizan purines como enmienda del suelo. Esto afecta los suelos y la calidad del agua y contribuye a los procesos de eutrofización y salinización del agua. - Falta de control de contaminantes en el purín que se aplica al suelo, con transferencia de metales (principalmente Cu y Zn) al suelo y al agua, con efecto negativo en la salud ambiental. - Emisiones de amoniaco y gases de efecto invernadero (GEI), que contribuyen al cambio climático. El ganado es responsable del 37% del CH4 antropogénico y del 65% del N2O antropogénico. -Generación de olores que son las principales barreras para la aceptación comunitaria de las granjas porcinas. Recientemente, el concepto de purines de cerdo está cambiando y no se considera un residuo, sino un subproducto que puede usarse como fertilizante natural que contiene los principales nutrientes que una planta necesita para prosperar. Es una fuente de nutrientes que se puede valorizar en el sector agronómico como un valioso recurso económico. Para reutilizar este subproducto, el PS debe tratarse y disponerse adecuadamente para reducir los impactos negativos causados por la valorización agrícola. La importancia del manejo adecuado del PS como subproducto se refleja bien en las recientes Mejores Técnicas Disponibles (BAT). Sin embargo, la mayoría de las soluciones de vanguardia existentes no son tecnológica ni económicamente viables. Un manejo adecuado como los humedales artificiales presentan una solución muy eficiente y económica para el manejo del purín porcino, además, una tecnología ecológica que puede generar un subproducto que promueve la economía circular, puede eliminar una gran cantidad de contaminantes del purín porcino y puede reducir en gran medida el impacto ambiental del PS y producir recursos útiles para la agricultura, sin embargo, este proceso de tratamiento tiene algunos inconvenientes que pueden limitar su uso tales como obstrucción y baja eficiencia en la reducción del contenido de sales y metales pesados. El sistema de depuración integrado utilizando los humedales artificiales para el tratamiento de purines porcinos permite establecer un punto de convergencia para las explotaciones ganaderas y agrícolas desvinculadas por los fertilizantes inorgánicos que influyen en la sostenibilidad de estos sectores. El objetivo de esta tesis consiste en diseñar y optimizar el proceso de tratamiento del humedal construido con el fin de incrementar su eficiencia proponiendo un pretratamiento efectivo por coagulación-floculación, y también encontrar una nueva capa de sustrato que se pueda agregar al humedal construido (CWs) para mejorar su eficiencia y estudiar cómo reacciona el purín a estos materiales naturales. Las explotaciones de cerdos blancos e ibéricos del sureste de España tratan sus purines in situ mediante separación, doble filtración, decantación y tratamiento de humedales artificiales. Este pretratamiento no logró reducir los sólidos lo que provoca atascos en los humedales artificiales (AAC). El objetivo principal de este pretratamiento es reducir la turbidez y la demanda química de oxígeno (DQO) del efluente para hacerlo apropiado para el tratamiento de CW. La optimización del proceso de coagulación-floculación (CF) utilizando cloruro de hierro y un floculante catiónico DKFLOCC-1598 se investigó mediante el método de diseño compuesto central (CCD). Se evaluó el efecto de la concentración de coagulante, el pH y el floculante sobre la DQO y la eliminación de la turbidez. Los mejores resultados se obtuvieron utilizando 0.024 mol L-1 de cloruro de hierro, 0.164 ml L-1 de floculante a pH=7.5, donde la DQO se redujo en un 96% y la remoción de turbidez en un 97%. Por tanto, los resultados indicaron la alta eficiencia del método de tratamiento para eliminar la DQO y los sólidos en suspensión. Esta tesis examinó las propiedades fisicoquímicas de micronutrientes, macronutrientes y metales pesados (HM) extraídos después de la filtración lenta del PS a través de múltiples medios: arena, suelos franco-limosos, cenizas volantes y zeolita. El objetivo ha sido encontrar una nueva capa que se pudiera agregar a nuestro humedal artificial (CW) para mejorar su eficiencia y estudiar cómo reacciona el purín a estos materiales naturales. La filtración logró una tasa de eliminación aproximada del 99,99% para el total de sólidos suspendidos (SST) y nitrógeno de 61, 94, 72 y 97%, en la arena, suelos franco-limosos, cenizas volantes y zeolita, respectivamente. Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad Politécnica de Cartagena Universidad Politécnica de Cartagena Programa Doctorado en Tecnología y Modelización en Ingeniería Civil, Minera y Ambienta

[SPA] La producción del sector porcino continúa creciendo exponencialmente a nivel mundial debido a la demanda cárnica necesaria para satisfacer el requerimiento alimenticio de la población que, a la vez, se va incrementando. Frente a esta cuestión se hace imprescindible considerar los efectos medioambientales producidos por la intensificación del sector porcino que conlleva suplir dicha demanda. En los últimos tiempos el concepto de purín está cambiando, de percibirlo como un residuo que hay que combatir y/o eliminar a convertirse en un subproducto con una utilidad agronómica apreciable, una fuente de nutrientes y un recurso con un valor económico. De modo que se hace precisa la implementación de tecnologías nuevas y ambientalmente sostenibles capaces de eliminar o minimizar los impactos negativos que la valorización agronómica pudiera provocar. Los objetivos de esta tesis consisten en diseñar y evaluar un sistema medioambientalmente sostenible que permita poner en valor el purín mediante un tratamiento secundario/terciario basado en humedales artificiales, previa separación mecánica y decantación, con la finalidad de conseguir un subproducto con las propiedades adecuadas para suplir las necesidades de nutrientes de los cultivos, paliando el déficit de agua de riego, y minimizando los riesgos ambientales relacionados con la contaminación de la atmósfera, aguas subterráneas y suelos que su aplicación pudiera conllevar y cumpliendo con la normativa vigente. Para alcanzar los objetivos planteados, se realizó un ensayo a escala piloto donde se demostró la eficiencia de un humedal con policultivo de especies fitoextractoras frente a un sistema sin vegetación. Los resultados evidenciaron la mejora en la calidad del efluente, disminuyendo los sólidos totales en suspensión hasta un 90% al final del tratamiento. El nitrógeno total, fósforo y potasio disminuyeron significativamente en la celda con policultivo; por tanto, se demostró que la vegetación tiene un papel esencial en la depuración del influente tratado. Los microorganismos se eliminaron casi en su totalidad, especialmente tras su paso por el humedal, concretamente en la celda con policultivo. En la balsa final de recogida del efluente, los procesos de degradación continuaron, contribuyeron a aumentar la calidad del efluente. También se llevó a cabo un ensayo a escala real en una explotación comercial, teniendo en cuenta los resultados del ensayo piloto. Esta experiencia corroboró la eficacia de los tratamientos de depuración basados en humedales artificiales Ya que, en los dos ciclos se logró disminuir la mayoría de los parámetros que fueron analizados. No obstante, en el primer ciclo las eficiencias fueron superiores, sobrepasaron el 80%, posiblemente debido a que los materiales de filtración, concretamente el sustrato de los humedales, utilizados por primera vez, también se justifica porque algunos de las celdas del biofiltro sufrieron una obturación que incidió en la eficiencia. El efluente obtenido en el ensayo a escala real se aplicó a un cultivo de brócoli. Los resultados observados en el suelo después de la aplicación del purín tratado mostraron una mejora en las características edáficas del mismo. El cultivo mostró peso y diámetro de acuerdo a estándares comerciales. Tanto en el ensayo a escala piloto como en el ensayo a escala real, el purín a tratar presentaba una alta variabilidad en relación a sus características físico-químicas, lo cual supuso un factor determinante a la hora de optimizar el tratamiento de depuración. Tal como describen la mayoría de los autores en estudios previos, la calidad del influente no suele ser homogénea, dependiendo de muchos factores, tales como la especie, alimentación, edad de las deyecciones, etc. Por otra parte, se evidenció la necesidad de mejorar la remoción de sales con el fin de que la valorización agronómica del purín tratado no presente ningún riesgo para el entorno. Los contenidos de N, P y K resultaron bajos relativamente comparados con fertilizantes convencionales lo que puede ser complementado mediante componentes minerales. A pesar de lo anteriormente comentado, los sistemas de tratamiento integral basados en humedales artificiales constituyen una solución a la gestión de purines, siendo tecnologías con las que es posible generar un subproducto reutilizable incentivando la economía circular. El tratamiento del purín también permite establecer un punto de convergencia entre las explotaciones ganaderas y agrícolas, que han sido desvinculadas por el uso de fertilizantes inorgánicos, incidiendo en la sostenibilidad del sector agropecuario. [ENG] The world population has grown during the last decades and will grow, due to this and to the meat consumption per person, the global consumption of meat will increase, therefore, the pork production is increasing in order to satisfy the food requirements of the population. Facing this situation, it is necessary to consider the environmental effect caused by the intensification of the pig production via to supply this request. In the last few years, the pig slurry concept is changing, and it is not considered as a residue to eliminate, however, as a by-product useful in agronomic valorization and a source of nutrients or a valuable economic resource. Therefore, to implement new technologies is essential and environment sustainability in order to reduce negative impacts caused by agricultural valorization. The aim of this thesis consists of designing and evaluation of an environmentally sustainable system that allows the pig slurry throughout a secondary/tertiary treatment based on constructed wetlands previously treated with a phase separator and decanter in order to obtain an effluent with suitable properties to supply crop requirements, also mitigating the scarce of irrigation water, minimizing environmental risk to the atmosphere, groundwater and soils accomplishing the current normative. To achieve the stated objectives, a pilot experiment was carried out demonstrating the efficiency of a constructed wetland planted with a P. australis and S. vera compared to an unplanted system. Results evidenced the improvement of the effluent, reducing the total solids until 90% at the end of the treatment. Total nitrogen, phosphorous and potassium were significantly decreased in the planted cell; therefore the system showed that the vegetation plays an important role in the depuration processes. Microorganisms were almost totally eliminated, more accused when the pig slurry passed through the planted wetland. Into the storage pond degradation processes continued improving the effluent quality. A large-scale pilot was performed too in a private location taking into account the obtained results in the pilot experiment. This experience confirmed the efficacy of the depuration treatment based on constructed wetlands. In two cycles tested the most parameters were reduced, nonetheless, the first cycle showed the major percentages of efficiency, up to 80% that may due to first use of the filtrate materials and also can be justified by the clogging effect in some cell of the biofilter. The effluent from the big scale was applied to broccoli cultivation. The observed results in soil after application of the purified pig slurry showed that the characteristics of the soil were improved. The crop showed weight and diameter according to standard commercialization. In both experiment pilot and large-scale pilot, physical-chemical characteristics of the pig slurry were variable before the treatment; it was definitive for the optimization of the treatment. Previous authors reported that influent like pig slurry used to be heterogeneous, because of many factors such as type of specie, feeding and age of the pig slurry. On the other hand, it is evident the need for salts removal avoiding environmental risk. The N, P and K contents were relatively low compared to mineral fertilizers, but it can be supplied with conventional means. In spite of the previous comments the integrated purification system using the constructed wetlands present a very efficient and economical solution for the pig slurry management, also an eco-friendly technology able to generate a by-product promoting circular economy. The pig slurry treatment allows establishing a convergence point for livestock and agricultural farms unlinked by inorganics fertilizers influencing in the sustainability of these sectors. Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad Politécnica de Cartagena Universidad Politécnica de Cartagena Programa de Doctorado en Tecnología y Modelización en Ingeniería Civil, Minera y Ambiental

[SPA] El elevado coste de las tecnologías existentes para la limpieza de suelos ha conllevado a la búsqueda de nuevas estrategias que tengan el potencial de ser de bajo coste, bajo impacto y que sean visualmente benignas y ecológicas. La fitorremediación es una nueva estrategia de limpieza que implica el uso de plantas para limpiar o estabilizar ambientes contaminados. El fitomanejo de áreas contaminadas con vegetación autóctona espontánea es una buena opción para mejorar los indicadores ecológicos y evitar el transporte de contaminantes a las áreas cercanas. Sólo cuando los metales están presentes en formas biodisponibles y en niveles excesivos; tienen el potencial de volverse tóxicos para las plantas. En el pasado, como resultado de una mayor concienciación y protección de la salud ambiental, se han promulgado estrictas reglamentaciones ambientales para evitar la eliminación indiscriminada de los residuos de curtidos y de los residuos de ganadería en el suelo y en las masas de agua. Sin embargo, antes de que se promulgaran estas regulaciones, muchas industrias habían arrojado sus residuos sólidos y líquidos que contenían Cu, Zn y Cr a los suelos y a los cuerpos de agua vecinos. Es por ello que el objetivo principal de la presente tesis doctoral como parte del proyecto LIFE11 ENV/ES/000506 “Rehabilitación de un cauce fluvial contaminado por metales mediante la técnica de fitoextracción” fue evaluar, demostrar y difundir una alternativa sostenible para la recuperación ambiental de un tramo contaminado de 1500 m del Río Guadalentín tras su paso por el núcleo urbano Lorca (Región de Murcia), concretamente entre los años 2013 y 2017. Este cauce seco está contaminado por metales pesados debido a antiguos vertidos directos por parte de industrias curtidoras (provocando contaminación por Cr) y de granjas (provocando contaminación por Cu y Zn por vertido de purines porcinos y fertilizantes). También resultó interesante evaluar la eficiencia de fitoextracción de Cu, Cr y Zn mediante el uso de agentes quelantes naturales y microorganismos y la caracterización físico-química y biológica de las propiedades del sistema suelo. Los resultados concluyeron que el grado de eliminación de metales Cu, Zn y Cr total en suelo entre los años 2013 y 2017 es favorable y evidente para Zn y Cr total y menos evidente para Cu total. La vegetación fitoextractora implantada llega a estar muy influenciada por los periodos de escasez hídrica y por las condiciones meteorológicas, ambos hechos podrían haber condicionado la fitoextracción de metales por parte de la vegetación presente en el cauce y las concentraciones de metales totales registradas en las muestras de los sedimentos del suelo rizosférico (0-20 cm y 20-50 cm). Sobre el estudio de los sedimentos de suelo afectados por Cu, Zn y Cr en parcelas tratadas con 5 tratamientos (control, ácido oxálico, ácido cítrico, aminoácidos y bacterias Pseudomonas fluorescens) con muestreos anuales y muestreos quincenales entre junio 2016 y septiembre 2017 se deduce que en condiciones de clima mediterráneo semiárido el riesgo de lixiviación (hasta 100 cm de profundidad) de metales solubles y metales biodisponibles es bajo. A largo plazo, el tratamiento más notable para aumentar la solubilidad y biodisponibilidad de metales en suelo es el tratamiento con ácido cítrico, siendo conveniente y recomendable realizar un seguimiento quincenal del suelo rizosférico (0-20 cm) y un seguimiento anual del suelo rizosférico y del suelo no rizosférico (0-100 cm). La aplicación de la técnica de fitoextracción en condiciones de clima mediterráneo semiárido tras el periodo de fitoextracción 2013-2017 es favorable pero teniendo en cuenta algunas recomendaciones como la realización de riegos de emergencia, la selección de la vegetación autóctona mejor adaptada y la realización de prácticas agronómicas que mejoren el desarrollo de la vegetación implantada como la aplicación aportes nutricionales que favorezcan el desarrollo de la vegetación así como una siega anual de la biomasa aérea. [ENG] The high cost of the existing cleanup technologies has led to the search for new strategies that have the potential to be of low cost, low-impact, visually benign and environmentally friendly. Phytoremediation is a new cleanup strategy that involves the use of plants to clean or stabilize contaminated environments and harvesting the plant shoots can help to permanently remove these contaminants from the soil. The phytomanagement of these polluted areas employing the spontaneous vegetation is a good option to improve the ecological indicators and to prevent the transport of pollutants to nearby areas. Metals have the potential to become toxic to plants when they are present in bioavailable forms and at excessive levels. In the past, as a result of an increased awareness and protection of environmental health, strict environmental regulations were enacted to prevent indiscriminate disposal of wastes into soil and water bodies in the world. However, before these regulations were enacted, many industries had dumped their solid and liquid waste containing Cu, Zn and Cr into neighboring soils and water bodies. Therefore, the main objective of this thesis as part of the project LIFE11 ENV/ES/000506 “Rehabilitation of a heavy metal contaminated riverbed by phytoextraction technique” was to evaluate, demonstrate and disseminate a sustainable alternative for the environmental recovery of a contaminated stretch of 1500 m of the Guadalentín River after its flow through the town of Lorca (Murcia Region), specifically between 2013 and 2017. The dry riverbed is contaminated by heavy metals due to old direct spills by tanning industries (causing Cr contamination) and farms (causing Cu and Zn contamination with pig slurries and fertilizers).It was also interesting to evaluate the phytoextraction efficiency of Cu, Cr and Zn through the use of natural chelating agents and microorganisms by the physical-chemical and biological characterization of the properties of the soil system. The results concluded that the elimination degree of Cu, Zn and Cr total metals in soil between the years 2013 and 2017 is favorable and evident for total Zn and total Cr total and less evident for total Cu. The phytoextracting vegetation implanted is very influenced by the periods of water scarcity and the weather conditions, both facts could have conditioned the phytoextraction of metals by the vegetation from the riverbed and also the concentrations of total metals recorded in the samples of rhizospheric soil sediments (0-20 cm and 20-50 cm). On the study of the soil sediments affected by Cu, Zn and Cr in plots treated with 5 treatments (control, oxalic acid, citric acid, amino acids and Pseudomonas fluorescens bacteria) with annual samplings and biweekly samplings between June 2016 and September 2017, it can be deduced that in semiarid Mediterranean climate conditions the risk of leaching (up to 100 cm deep) of soluble metals and bioavailable metals is low. In a long period of time, the most notable treatment to increase the solubility and the bioavailability of metals in soil is the treatment with citric acid, although it is advisable and it is recommended to perform a bi-weekly monitoring of the rhizospheric soil sediments (0-20 cm) and an annual sampling of the rhizospheric soil and the non-rhizospheric soil (0-100 cm). The application of the phytoextraction technique in semiarid Mediterranean conditions after the phytoextraction period 2013-2017 is favorable but taking into account some recommendations such as the realization of emergency irrigations, the selection of best adapted native vegetation and the realization of agronomic practices to improve the development of the implanted vegetation through the application of nutritional contributions that favor the development of the vegetation as well as an annual harvest of the aerial biomass. Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad Politécnica de Cartagena Universidad Politécnica de Cartagena Programa de Doctorado en Tecnología y Modelización en Ingeniería Civil, Minera y Ambiental por la Universidad Politécnica de Cartagena

[SPA] El sector porcino es de gran importancia a nivel nacional, destacando la Región de Murcia como una de las mayores productoras. La producción intensiva de cerdo ha dado lugar a la generación de grandes cantidades de purín caracterizado por su riqueza en nutrientes como nitrógeno y fósforo entre otros. La forma más natural de eliminación de los purines que se generan en las granjas, es la incorporación directa al suelo agrícola, según las necesidades del cultivo y en una proporción adecuada para evitar problemas de contaminación por eutrofización de las aguas. Por tanto, su uso como fertilizante está limitado porque no todos los ganaderos tienen tierras de cultivo próximas a las granjas. El alto contenido de agua en los purines encarece y dificulta su manejo y transporte a largas distancias en busca de tierras arables. En esta tesis se propone un tratamiento de depuración de purines de cerdo como solución alternativa para aquellos ganaderos que no dispongan de suficientes tierras arables próximas. Concretamente se muestran los resultados de un estudio experimental que se llevó a cabo en el Centro Integrado de Formación y Experiencias Agrarias (CIFEA, Lorca) durante cinco años, donde el purín bruto procedente de una fosa subterránea de almacenamiento se sometió a la secuencia de un conjunto de tratamientos: separador de fases, aireación-espesador de fangos, decantación, humedales artificiales y balsa abierta de almacenamiento con microalgas. Además, se comprobó la eficiencia del uso de diferentes sustratos (una o dos capas de grava calcárea), el uso de diferentes densidades de plantación de Phragmites australis (0, 5 y 10 plantas/m2) y el uso de diferentes tiempos de retención hidráulica (1 semana-1 mes, 1-2 meses, 2-4 meses y >4 meses) en la remoción de contaminantes. Por último se ha evaluado si la estacionalidad o la longevidad del sistema influyen en la eficiencia de la depuración. A diferencia de la mayoría de los humedales artificiales usados por otros investigadores, estos humedales artificiales tienen la particularidad de trabajar por lotes, no a flujo continuo, adaptándose a las características del purín y por ello el proceso fue patentado (UPCT-IMIDA). La fase líquida depurada mediante el conjunto de tratamientos ha mostrado un descenso, en general, del 19% de la conductividad eléctrica, 89% de los sólidos totales en suspensión, 100% de los sólidos sedimentables, 90% de la demanda bioquímica de oxígeno en cinco días, 91% de la demanda química de oxígeno, 97% del fósforo total, 96% del cobre, 92% del zinc, 89% del nitrógeno total, 87% del nitrógeno amoniacal, 91% del nitrógeno orgánico, 21% del nitrato, 37% del bromuro, 4% del sulfato, 42% del calcio, 9% de las bacterias aerobias mesófilas, 78% de los coliformes totales, 70% de los coliformes fecales, 75% de los estreptococos fecales, y 100% de Salmonella, Shigella y Escherichia coli. No obstante, se ha observado un aumento del 36% del potencial redox, y diferentes incrementos de algunos cationes como cloruros, sodio, potasio y magnesio. Los tratamientos de separación mecánica eliminaron mayoritariamente los sólidos totales en suspensión, los sólidos sedimentables, la demanda bioquímica de oxígeno en cinco días, la demanda química de oxígeno, el fósforo total, el cobre y el zinc. En los humedales principalmente se eliminaron sólidos totales en suspensión, sólidos sedimentables, demanda bioquímica de oxígeno, demanda química de oxígeno, fósforo total, cobre, zinc, nitrógeno total, nitrógeno amoniacal, nitrógeno orgánico y microorganismos patógenos. El tratamiento de biorremediación por la acción de las microalgas, una de ellas identificada como Scenedesmus sp, eliminó cobre, zinc, nitrógeno total, nitrógeno amoniacal y fundamentalmente nitrato. Los humedales artificiales con sustrato de una sola capa de grava y de mayor densidad de plantación presentaron una mayor eficiencia de depuración. Además, interesará trabajar a tiempos de retención de entre 1 semana y 1 mes ya que este tiempo favorece una mayor reducción del nitrógeno total en el efluente, siendo éste el parámetro más restrictivo por la legislación para el uso del efluente en irrigación. En primavera se observaron las mayores eficiencias de eliminación de la mayoría de parámetros analizados en el purín. Finalmente, estos humedales artificiales después de 5 años de operación aún siguen funcionando eficientemente sin problemas de obstrucción, mostrando elevadas eficiencias de eliminación en la mayoría de los parámetros analizados. [ENG] Pork production is extremely important in Spain, highlighting Murcia Region which is one of the most important producers. The intensive pig production has generated high amounts of pig slurry, known to contain nutrients such as nitrogen and phosphorus among others. The natural way to treat pig slurry generated in farms is its application on agricultural soil according to the needs of crops and in a proper rate to avoid environmental problems such as eutrophication of water. Therefore, its use as fertilizer is limited because not all farmers have enough area of agricultural land near farms. Pig slurry has a high contain of water causing difficulties to manage and transport to long distances to apply to arable soil. In this thesis a pig slurry treatment is proposed to give an alternative solution to those farmers who do not have enough near arable soil. Results of an experimental study developed in The Integrated Centre of Training and Agricultural Experiences (CIFEA, Lorca) for five years are shown. Raw pig slurry, stored in a concrete subterranean tank, was treated by a sequential group of treatments: Fan press screw separator, intermittent aeration process, sludge thickener with a rotor screen, sedimentation tank, constructed wetland and open storing pond with microalgae. It was assessed the pollutants removal efficiency of this group of treatments. In addition, it was tested the efficiency of the use of different substrates (one or two layers of calcareous gravel), different density of Phragmites australis (0, 5 y 10 plants/m2) and the use of different hydraulic retention times (1 week-1 month, 1-2 months, 2-4 months and >4 months) in contaminants removal efficiency. It was also assessed if seasonal variation and longevity of the system affect the purification efficiency. With purpose to adapt to characteristics of pig slurry these constructed wetlands have worked in a particular way, by batch flow wastewater, instead of continue flow wastewater like most researchers. Because of this fact, this process was patented. The proposed treatments have achieved decreases in the purified liquid phase by 19% for electrical conductivity, 89% for total suspended solids, 100% for settleable solids, 19% for total dissolved solids, 90% for biochemical oxygen demand, 91% for chemical oxygen demand, 97% for total phosphorus, 96% for copper, 92% for zinc, 89% for total nitrogen, 87% for ammoniacal nitrogen, 91% for organic nitrogen, 21% for nitrate, 37% for bromide, 4% for sulphate, 42% for calcium, 9% for aerobic mesophiles, 78% for total coliforms, 70% for fecal coliforms, 75% fecal streptococcus and 100% for Salmonella, Shigella and Escherichia coli. In addition it was observed an increase of redox potential (36%) and different increases for chloride, sodium, potassium and magnesium. It was found that mechanical treatments removed mainly solids, biochemical oxygen demand, chemical oxygen demand, phosphorus, copper and zinc. Constructed wetlands removed mainly solids, biochemical oxygen demand, chemical oxygen demand, phosphorus, copper, zinc, total nitrogen, ammoniacal nitrogen, organic nitrogen and pathogenic microorganisms. Bioremediation treatment by microalgae, one of them identified as Scenedesmus sp, mainly removed copper, zinc, total nitrogen, ammoniacal nitrogen, organic nitrogen and nitrate. It was found that constructed wetlands with one only calcareous gravel layer and constructed wetlands with the highest density of plants showed the highest pollutants removal efficiencies. Moreover, it was more efficient to work with hydraulic retention times between 1 week and 1 month because it achieved a higher nitrogen removal, being the most restrictive parameter for irrigation purposes according to regulation. In spring the highest removal efficiencies of most analyzed parameters in pig slurry were observed. And finally, these constructed wetlands still worked properly after 5 years of operation without clogging problems, showing high removal efficiencies in most analyzed physicochemical and microbiological parameters., Universidad Politécnica de Cartagena

[SPA] La presente Tesis Doctoral plantea un modelo de indicadores y una metodología cuyo objetivo es permitir cuantificar el Grado de Sostenibilidad de diferentes situaciones urbanas y la utilización de dicho parámetro en los procesos habituales de diseño de transformaciones urbanas. Para ello, seguiremos un proceso que combinará dos acercamientos: Por una parte, nos basaremos en la Teoría Matemática de la Sostenibilidad y el Desarrollo Sostenible [Alvira, 2014a], que nos provee las siguientes cuestiones: • Principios generales para la descomposición lógica de la sostenibilidad/estructuración jerárquica del modelo. • Metodología de diseño / formulación matemática de los indicadores de sostenibilidad. • Fórmulas matemáticas para la agregación de los indicadores. • Principios generales para el diseño del modelo orientado a su utilización operativa. Por otra parte, revisaremos las recomendaciones generales más aceptadas para la elaboración de modelos de indicadores, incluyendo las recomendaciones de organismos/entidades más reconocidas. Aunque algunas de estas recomendaciones las aplicaremos durante el proceso de redacción, no siempre lo explicitaremos, considerando que el cumplimiento de las principales recomendaciones para la elaboración de modelos de indicadores no es tanto un requerimiento para la formulación del modelo como una serie de ‘orientaciones’ que nos proveen un marco para su validación a posteriori, lo que detallaremos en las conclusiones y anexos. Combinando ambos acercamientos diseñaremos el modelo operativo, que se complementará con una metodología que permite su utilización en los procesos habituales de conformación de ciudad. La validación de la propuesta la realizaremos en dos niveles: • revisaremos su aplicabilidad, utilizándolo para el diseño de una intervención sobre un ámbito urbano existente: el barrio de palos de Moguer en Madrid. • contrastaremos los valores obtenidos para la dimensión E con la evaluación de la sostenibilidad económica de los países de la UE 28 en el periodo 2005‐2014. Por último, en las conclusiones detallamos las principales diferencias/aportaciones respecto a modelos existentes, así como cuestiones pendientes que avanzamos para su posible desarrollo posterior [ENG] The present Doctoral Thesis proposes an indicators’ model and a methodology whose objective is enabling the quantitative characterization of different urban situations’ Sustainability Degree and the later use of this parameter in usual urban transformations’ design processes. In order to do so, we follow a procedure that combines two approaches: On the one hand, we build on A mathematical theory of Sustainability and Sustainable Development [Alvira, 2014a], which provides us the following matters: • General principles for Sustainability logical decomposition / hierarchical structuring of the model. • Design methodology / mathematical formulation of sustainability indicators. • Mathematical formulas for indicators aggregation. • General principles for the design of an operational model. On the other hand, we review most accepted general recommendations for indicators’ models formulation, including recommendations by more acknowledged organizations / entities. Although some of these recommendations are actually applied during the drafting process we herein undertake, we do not always explicit it, considering that compliance with main recommendations for the development of indicator models is not a requirement for the formulation of the model but 'guidelines' which provide us a framework for its posterior validation, which we detail in the Conclusions and Annexes. Combining both approaches we design an operational model, which is complemented by a methodology that allows its use in the usual processes of city conformation. Later, we validate the proposal in two levels: • We review its applicability, by using the model to confront the design of a hypothetical transformation of existing urban area: the Palos de Moguer neighborhood in Madrid. • We contrast obtained results for the E dimension with the economic evolution of the EU 28 countries during the period 2005‐2014, finding a high similarity with reality. Finally, in the conclusions we detail the main differences / contributions regarding existing models, as well as pending issues that we advance for possible further development. Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad Politécnica de Cartagena Universidad Politécnica de Cartagena Programa de Doctorado en Tecnología y Modelización en Ingeniería Civil, Minera y Ambiental por la Universidad Politécnica de Cartagena

[SPA] El grado de saturación tiene una influencia significativa sobre la estabilidad geotécnica de las presas de relaves. En estas estructuras, la saturación de agua permanece elevada todo el año —incluso en zonas semiáridas— debido a la densidad, la granulometría y las propiedades hidrogeológicas de los materiales que controlan la altura capilar, la cual varía entre 1 y 20 m. Dichos relaves, dependiendo de su contenido en agua, muestran un comportamiento no newtoniano, caracterizado por tener una respuesta adelgazante, tensión de cedencia y tixotropía. Esta tesis explica el patrón reológico de las suspensiones preparadas a partir de los materiales procedentes de las presas de relaves de Pb-Zn que sufrieron licuefacción estática y deslizamiento (El Descargador, Peña del Águila) o procesos de licuefacción menores (La Peraleja) en la Sierra de Cartagena – La Unión (SE de España). La investigación también contiene una comparación del comportamiento de flujo de materiales recogidos en estratos originales con aquellos previamente licuefactados formando diques de arena. Además, el estudio incluye la influencia de otros parámetros fisicoquímicos de los residuos de post-flotación —distribución del tamaño de las partículas, densidad, forma de las partículas, composición elemental y mineralogía— en sus propiedades viscoelásticas como suspensiones minerales. Los tres depósitos examinados son instalaciones en ladera, con una construcción progresiva siguiendo el método de aguas arriba. Las emisiones al aire, agua y suelo convierten a estas estructuras en un riesgo permanente para el medio ambiente. La mayoría de las muestras se recogieron en la presa de lodos de El Descargador (9 estratos originales de una calicata y 13 muestras de una línea de diques de arena en una superficie de falla que se deslizó el 14/10/1963). La muestra recogida en la Peña del Águila se tamizó en el laboratorio para realizar la mayoría de los ensayos reométricos sobre la fracción menor de 50 μm. Por otra parte, la muestra de La Peraleja era un sedimento licuefactado resultante de procesos de elutriación a través del lecho de lodos. El estudio reométrico se puede resumir en cinco categorías: 121 ensayos previos, 278 operaciones de ajuste o calibración, 939 ensayos de flujo, 105 ensayos transitorios y 85 ensayos dinámicos. Los ensayos previos constituyen la experimentación inicial, no sistemática, donde las pruebas fallidas superaron a las acertadas, sobre todo dedicadas a comparar los sensores disponibles. La calibración del reómetro incluye los procedimientos cotidianos —calibración de inercia y fricción, mapeo rotacional y ensayos de verificación— ejecutados antes de cada secuencia experimental. Los ensayos de flujo, con un promedio del 81 % de experimentos útiles, fueron el grueso del trabajo, ya que estimaban parámetros clave, como la tensión de rebasamiento o la tensión de cedencia. Además, el 53 % de los ensayos transitorios fallaron y la totalidad de los ensayos dinámicos tuvieron éxito. En total se prepararon 309 suspensiones a lo largo del estudio. Los resultados confirmaron que la geometría de paletas es el mejor accesorio para los ensayos de flujo, y que la geometría de platos paralelos es una alternativa a considerar en ciertos ensayos transitorios y dinámicos. El sensor de paletas pequeñas permitió registrar buenos reogramas de suspensiones con una finura de las partículas de hasta 750 μm. El modelo de Herschel-Bulkley fue el que mejor se ajustó a la curva tensión-velocidad de los lodos. Se pudo registrar el espectro viscoelástico de las dispersiones en el rango 102–10–3 Hz. Las curvas exponenciales de tensión de cedencia frente a concentración revelaron la facilidad para fluir de los materiales de los diques de arena, incluso a mayores concentraciones que los estratos originales. Asimismo, presentaban mayor tixotropía y respuesta adelgazante. Los resultados también revelaron que un incremento de pH y CE favorecería la estabilidad de los relaves. Los fenómenos de campo, como las licuefacciones estática y dinámica, se pueden acometer mediante ensayos de flujo y dinámicos, respectivamente. De hecho, un modelo de deslizamiento que utilizaba resultados reológicos como entrada, predijo valores coherentes de máxima velocidad y distancia recorrida para la falla de flujo de El Descargador. Finalmente, la tensión crítica de cedencia del lodo se puede asimilar al concepto de tensión de cizalla residual en mecánica de suelos, lo que abre una puerta para usar estos estudios como complemento a los ensayos triaxiales en la resolución de problemas de estabilidad. [ENG] The degree of saturation has a significant influence on the geotechnical stability of tailings dams. In these structures, water saturation remains high throughout the year—even in semiarid areas—due to the density, particle size, and hydrogeological properties of the materials controlling capillary rise, which ranges 1–20 m. Such tailings, depending on its dewatering state, exhibit non-Newtonian behaviour, characterized by a shear thinning, yield stress, and thixotropic response. This thesis explains the rheological pattern of the Pb-Zn mine slurries prepared from the materials sampled in the tailings dams, which underwent static liquefaction and flow failure (El Descargador, Peña del Águila) or minor liquefaction processes (La Peraleja) in the Sierra de Cartagena – La Unión (SE Spain). The research also contains a flow behaviour comparison of materials collected in original strata with those previously liquefacted forming sand dykes. Additionally, the study includes the influence of other physicochemical characteristics of the post-flotation mine wastes—particle size distribution, density, particle shape, elemental and mineralogical composition—on its viscoelastic properties as mineral suspensions. The three tailings dams under review are off-valley facilities, with a progressive construction following the upstream method. Emissions to air, water, and land make these structures a sturdy hazard to the environment. Most of the specimens were collected in El Descargador tailings dam (9 original strata sampled from an existing trial pit, and 13 samples along a line of sand dykes from a failure surface occurred on 14/10/1963). Sample collected in Peña del Águila deposit was sieved in the laboratory to aim most of the rheometric tests over the fraction lower than 50 μm. Conversely, the sample from La Peraleja tailings dam was a liquefied sediment resulted from an elutriation process across the bedded tailings. Rheometric research can be summarized in five categories: 121 previous tests, 278 tunning or calibration operations, 939 flow tests, 105 transient tests, and 85 dynamic tests. Previous tests refer to the initial, non-systematic experimentation, where tentative tests exceeded the successful ones, mainly dedicated to compare the available sensors. Rheometer calibration includes the daily procedures—inertia and friction calibration, rotational mapping, and verification tests—executed before each sequence of experiments. Flow tests, with an average of 81% successful experiments, were the bulk of the work, because they produced important parameters, such as overshoot stress or yield stress. Furthermore, 53% of the transient tests failed, and 100% of the dynamic tests were successfully accomplished. An overall of 309 slurries were prepared along the study. The results confirmed that vane geometry was the best fixture for flow tests, and parallelplate geometry was a plausible alternative for certain transient and dynamic tests. A widegap vane sensor allowed to record smooth rheograms of slurries with particle finesses of up to 750 μm. Herschel-Bulkley model was the best approach to fit the stress-rate response of the slurries. A viscoelastic sprectrum of the dispersion could be generated in the range 102–10–3 Hz. Exponential curves of yield-stress versus concentration revealed the easiness to yield of materials from the sand dykes, even at higher concentrations than the original strata. They also presented longer time-effects and shear-thinning behaviour. The results disclosed that an increase in pH and EC favours the stability of the tailings. Field phenomena, such as static and dynamic liquefaction, can be addressed by flow and dynamic tests, respectively. In fact, a flow-slide model that used rheological results as input data, predicted coherent values of maximum velocity and maximum run-out distance for El Descargador flow failure. Finally, the critical yield stress of the slurry can be assimilated to the concept of residual shear stress in soil mechanics, what opens the door to use these studies to complement triaxial testing in the solution of stability problems. The development of this thesis is a result of a collaborative initiative with the Geological and Mining Institute of Spain, involving the research-funding source of the Spanish Ministry of Industry, Commerce and Tourism (2013–2015), and a management entrustment with the Spanish Ministry of Agriculture, Food and Environment (2012–2013). The author gratefully acknowledges the infrastructural support of the Assistance Service for Technological Research (Servicio de Apoyo a la Investigación Tecnológica, SAIT) of the Universidad Politécnica de Cartagena (Spain), where all the experimental analyses were performed. Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad Politécnica de Cartagena Universidad Politécnica de Cartagena Programa Oficial de Doctorado en Medio Ambiente y Minería Sostenible

[SPA] En esta Tesis Doctoral se aplican análisis de componentes principales (ACP) y agrupamientos jerárquicos (HCA) como herramientas estadísticas al conjunto de datos en un período de tres años de una planta de tratamiento de aguas residuales (EDAR) urbana ubicada en Cartagena (sureste España), una zona con características especiales relacionadas con la composición geoquímica del agua y un importante uso de fertilizantes. Se extrajeron cuatro factores principales en asociación con los nutrientes, el componente iónico, la carga orgánica y la eficacia de todo el proceso. El HCA permitió distinguir entre afluente y los parámetros de efluente, aunque un examen más profundo dio lugar a un dendrograma con agrupaciones similares a los obtenidos para el ACP. Por otro lado, la optimización en la eficiencia de explotación de una EDAR urbana precisa una correcta gestión de sus fangos, como la de dar el máximo tiempo de uso a sus digestores anaerobios. Se ha empleado la técnica de hidrociclonado (planta piloto), recuperando la capacidad útil del digestor tras años de funcionamiento en continuo y como alternativa a su vaciado para la limpieza. La fracción gruesa recuperada previo al uso del hidrociclón contenía aún materia potencialmente biodegradable, que podría ser utilizada como enmienda del suelo, con bajas concentraciones de metales pesados. El sistema mostró capacidad de separación en función del tiempo para todos los tipos de sólidos, con factores de concentración más altos para los sólidos fijos que para los totales o los volátiles, siendo siempre más altos en las estaciones más cálidas. El análisis por difracción de rayos X mostró la presencia de cuarzo en los finos, que indicaba su posible uso como material de construcción o en cerámica. Además, se observó que la formación de estruvita aumentaba con el fósforo y magnesio en las distintas fracciones, así como una concentración en los niveles de cromo en todo el proceso respecto al influente al hidrociclón, siempre debajo de los valores admitidos por la UE. El proceso implicaría un coste adicional de unos 6000€ en 10 años, cuantía baja considerando que el sistema evita algunas desventajas operativas y riesgos de otros métodos de limpieza clásicos. [ENG] The control of the processes and the operation of wastewater treatment plants (WWTP) are carried out to ensure compliance with the legislative requirements imposed by the European Union. Because a large number of variables are daily measured, a coherent and structured approach to such a system is required to understand its inherent behaviour and performance efficiency. For this purpose, the physicochemical parameters are widely used as a reliable evaluation procedure that allows us to check the quality of the tributary and effluent to the plant. However, due to the large amount of data available on a daily basis, the great variability of the processes that occur in the WWTP and seasonal variations, it is difficult to evaluate the overall performance with univariate simple statistical methods. In this sense, both principal component analysis (PCA) and hierarchical clusters analysis (HCA) are multivariate techniques that have been extensively applied to extract and structure information for different purposes. In this PhD, both statistical tools are applied to the dataset over a three-year period of an urban WWTP located in Cartagena (Southeast of Spain), an area with special characteristics related to the geochemical composition of the water and an important use of fertilizers. Four main factors were extracted in association with the nutrients, the ionic component, the organic load of the WWTP and the efficiency of the whole process. The analysis of hierarchical groupings (HCA) allowed us to distinguish between influent and effluent parameters, although a deeper analysis gave rise to a dendrogram with groupings similar to those obtained for the analysis of main components. On the other hand, the optimization of the exploitation efficiency of an urban WWTP requires a correct management of its sludge, maximizing the time of use of its anaerobic digesters, among other factors. In this sense, this PhD presents the use of the hydrocyclone technique in the sludge line, recovering the useful capacity of the anaerobic digester after years of continuous operation and as an alternative to emptying it for maintenance and cleaning. The coarse fraction recovered prior the use of the hydrocyclone plant was observed to contain still potentially biodegradable matter, which could be used as soil amendment, with low concentrations of heavy metals. The hydrocyclone system showed a separation capacity over time for all types of solids, with higher concentration factors for fixed solids than for total or volatile solids, always being higher in the warmer seasons. X-ray diffraction analysis showed the presence of quartz in the fines fraction, which indicated its possible use as a building material or ceramic. In addition, it was observed that the formation of struvite increased with the increase of phosphorus and magnesium in the different fractions, as well as a concentration in the levels of chromium in the whole process with respect to the influent to the hydrocyclone, although always below the values admitted by the European Union. The economic quantification of the entire process would imply an additional cost of around € 5,500 over 10 years, a low amount considering that the system avoids some operational disadvantages and risks compared to other classic cleaning methods. Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad Politécnica de Cartagena Universidad Politécnica de Cartagena Programa Oficial de Doctorado en Medio Ambiente y Minería Sostenible

El objetivo de este proyecto ha sido determinar qué efectos pueden ocasionar en el uso agrícola el cultivo de las leguminosas de grano en rotación como una opción para reducir el uso de fertilizantes nitrogenados sintéticos dados los problemas que ocasiona la fertilización nitrogenada, ya que el aporte de excesivas cantidades de nitrógeno a los suelos y a las aguas tiene muchas consecuencias nocivas para el medio ambiente. Para ello, se han seleccionado dos especies de leguminosas, Vicia Faba L. y Vigna unguiculata L. Walp., y se pretende con ello compararla capacidad de suministrar nutrientes al suelo en rotación con especies no leguminosas. Las prácticas de manejo se han realizado tanto en forma convencional como en orgánica. Se han seleccionado dos genotipos de cada especie para el estudio de la influencia de la variabilidad genética en la fertilidad y calidad del suelo. Se determinaron parámetros en los suelos como carbono secuestrado en la materia orgánica y en forma de carbonatos y nitrógeno total. Se estimó la productividad de los suelos cultivados para cultivo convencional y orgánico y su capacidad de mineralizar nitrógeno durante el ciclo de este cultivo. No se detectaron efectos significativos del cultivo sobre el pH ni problemas de acidificación. El nitrógeno total no mostró tendencias semejantes al carbono orgánico, siendo la relación C/N afectada por el uso del suelo como cabría esperar. La concepción del término fertilidad ha ido modificándose con el tiempo y en la actualidad más se acerca al concepto de productividad que a otra cosa. O sea, lo que ofrece potencialidad nutricional a un suelo no es sólo su contenido de nutrientes, sino todos aquellos factores tanto químicos como físicos y biológicos que influyen sobre la disponibilidad y accesibilidad de los nutrientes por la planta. Escuela Técnica superior de Ingeniería Agronómica Universidad Politécnica de Cartagena

[SPA]Los objetivos de este estudio fueron determinar y explicar la influencia del biocarbón y residuos de mármol en dinámica de la materia orgánica y la agregación en una balsa de residuos en el distrito minero de Cartagena-La Unión (SE España). Tres tipos de biocarbón se obtuvieron a partir de estiércol de cerdo, residuos de depuradora municipal y residuos de cosecha hortícola a 500ªC durante 2 h. Ocho tipos de tratamientos fueron utilizados, que incluían: un suelo control (CT) sin la aplicación de enmienda, tres tratamientos con diferentes tipos de biocarbón, un tratamiento con los residuos de mármol y tres tratamientos con diferentes biocarbón más residuo de mármol. Se determinaron pH, conductividad eléctrica, agregados estables, carbono orgánico total, carbono inorgánico, carbono recalcitrante, carbono lábil, carbono soluble, nitrógeno total, nitrógeno recalcitrante, nitrógeno lábil, carbono de la biomasa microbiana, β-glucosidasa y actividad arilesterasa, hidrofobicidad, carbohidratos y emisiones de gases de efecto invernadero. Los resultados sugieren que el biocarbón, producido por diversas fuentes es una estrategia eficaz para secuestrar el carbono en el suelo y mejorar la estructura del mismo. Sin embargo, para recuperar de forma efectiva los residuos de mina sería necesario agregar una fuente lábil de materia orgánica con el fin de promover el desarrollo de las poblaciones microbianas.[ENG]The objectives of this study were to determine and explain the influence of biochar and marble waste on soil organic matter dynamics and aggregation in tailings pond at the Mining District of Cartagena-La Union (SE Spain). Three types of biochars were obtained from pig manure, municipal soil waste andcrop residueat 500ªC during 2h. Eight types of treatmentswere used, which included: onesoil control (CT)without application of amendment, three treatments with different types of biochars, one treatment with marble waste and three treatments with different biocharsplus marble waste. pH, electrical conductivity, aggregation stability, total organic carbon, inorganic carbon, recalcitrant carbon, labile carbon, soluble carbon, total nitrogen, recalcitrant nitrogen, labile nitrogen, microbial biomass carbon, β-glucosidase and arilesterase activity, hidrofobicity, carbohidrates and greenhouse gas emissionswere determined. The results suggest that biochar, produced by diverse sources, is an effective strategy to sequester carbon in soil and improve soil structure. However, to effectively reclaim mine residues would be necessary to add a labile source of organic matter to promote the development of microbial populations. Escuela de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos y de Ingeniería de Minas Universidad Politécnica de Cartagena

Historical land use systems as shifting cultivation and plaggen agriculture on nutrient poor sandy soils caused serious degradation of soil and vegetation, resulting in Late Holocene sand drifting. Locally the coversand landscape was transformed into a driftsand landscape. On sheltered deposition sites polycyclic driftsand profiles developed. They are valuable geo-ecological records of alternating instable (sand drifting) and stable (soil formation) phases in landscape development. Previous research has been done on the reconstruction of the landscape genesis, based on pollen analysis and radiocarbon dating of polycyclic driftsand deposits. Recently, the application of Optically Stimulated Luminescence (OSL) dating improved the geochronology. The principles of pollen transport and deposition does not allow to select the plant species from pollen spectra, responsible for the on-site production of soil organic matter during soil formation in stable periods. A possible proxy for this, that could add information, is the application of straight-chain lipids analysis. In this pilot study we introduced the biomarker method to separate local and regional species, found in pollen spectra. Different species often have their own specific patterns of alcohols and alkanes of different carbon chainlengths. Therefore, comparing the straight-chain lipid patterns of both (expected) vegetation species and selected soil samples is a means to assess the landscape history. In order to do this the recently developed VERHIB model was used in combination with a cluster analysis. The results obtained from VERHIB and the cluster analysis suggest a dynamic sequence of dominant vegetation species, which in majority support the existing theories about the landscape history of polycyclic deposits in the Netherlands. Some results (e.g. the distribution of Pinus throughout the profile) are much harder to link to earlier research and are likely to be incorrect. Although a couple of problems arose during the analytical process, the application of straight-chain lipids is found to be certainly a very promising technique. Nevertheless, a lot more research has to be carried out to draw more solid conclusions on the strength of the biomarker technique in sandy environments and its impact on the ideas about the cultural-ecological history of polycyclic soils in the Netherlands. Escuela Técnica superior de Ingeniería Agronómica Universidad Politécnica de Cartagena

Los objetivos de este Trabajo son: 1.1. Mejorar las aptitudes agronómicas del compost y de los lodos de depuradora. 1.2. Establecer la proporción óptima de mezcla de compost y de lodos de depuradora de cara a una mejora de la calidad agronómica del suelo 1.3. Realizar un seguimiento de la evolución de las propiedades del suelo y de su degradación. 1.4. Rehabilitar los suelos degradados mediante enmiendas orgánicas combinadas de compost y lodos de depuradora. 1.5. Difundir y transferir la experiencia y el conocimiento generado a nivel regional, nacional y europeo, adaptado a las diferentes partes implicadas. Escuela Técnica superior de Ingeniería Agronómica Universidad Politécnica de Cartagena

[ESP] Se ha desarrollado una estrategia de recuperación de depósitos mineros con fines ambientales y culturales. El primer objetivo fue caracterizar especies útiles para la fitoestabilización, con la finalidad de poder crear una nueva cubierta vegetal de especies nativas capaces de inmovilizar y retener metales, así como de reducir la erosión. Con este fin, cuatro plantas nativas se identificaron cerca de los depósitos mineros, en la Rambla del Avenque, Osyris lanceolata, Lavandula dentata, Pistacea lentiscus y Chamaerops humilis y se estudió la acumulación de metales pesados en la raíz, tallo y brotes. La concentración de metales fue muy variable. En general, en O. lanceolata y C. humilis los niveles de metales fueron mayores en las raíces, mientras que en L. dentata y P. lentiscus los mayores niveles se detectaron en los brotes. De esta forma, el uso de O. lanceolata y C. humilis para la fitoestabilización puede contribuir a la inmovilización de metales y a prevenir que estén disponibles para la biota. Así mismo se llevó a cabo un ensayo experimental para evaluar el uso potencial de seis especies de plantas nativas para la fitoestabilización de suelos ácidos mineros, Nerium oleander L., Cistus albidus L., Pistacia lentiscus L., Lavandula dentata L., Rosmarinus officinalis L. y Thymus vulgaris L. Las plantas seleccionadas se cultivaron en tres tipos diferentes de sustrato: suelos mineros sin enmiendas (TS); suelos mineros modificados con carbonato de calcio y el estiércol de cerdo (ATS); y en sustrato no contaminado de referencia para el control (CT). Durante el ensayo se midió el crecimiento de las plantas, se caracterizaron las raíces, y se midieron los contenidos de metales del suelo y su acumulación en las diferentes partes de las plantas. Los resultados indicaron que la aplicación de enmiendas reducen las fracciones intercambiables y extraíbles de los metales pesados en el suelo en ATS en comparación con TS, principalmente para As, Cd y Pb. Así mismo, las especies estudiadas contribuyen a la inmovilización de los metales pesados en el suelo y aunque estas plantas acumulan metales, los niveles estaban por debajo de los límites de toxicidad, por lo tanto, estas especies cumplen los criterios para su utilización con fines fitoestabilizadores, ayudados por la aplicación de enmiendas. El segundo objetivo fue reducir los riesgos relacionados con la movilidad de metales pesados y aumentar la fertilidad. Para ello se aplicaron los residuos de mármol y purines de cerdo en la superficie de un depósito minero. Como resultado, el pH aumentó hasta la neutralidad, y la fracción de metales biodisponibles se redujo significativamente, aumentando los niveles de nutrientes y materia orgánica. El tercer objetivo fue dar al depósito minero un nuevo uso recreativo y educativo. Para ello se creó una red de itinerarios paisajísticos, miradores, zonas de acceso y una zona museística que permita al visitante observar la rehabilitación de un espacio minero degradado. En este contexto, se establecieron las directrices para la actuación y una metodología que se pueda emplear para la regeneración de espacios mineros con características similares, definiéndose un modelo de ayuda a la toma de decisión. El modelo se ha validado posteriormente en la rehabilitación de dos depósitos mineros situados en el Distrito Minero Cartagena-La Unión (MU, España). [ENG] A reclamation and a cultural strategy were developed in abandoned tailing ponds. The first objective was to identify species for phytostabilization purposes in order to create a new native vegetation cover able to immobilize and retain metals and reduce erosion. For these reasons four native plants were identified near the tailing ponds in the Avenque stream, Osyris lanceolata, Lavandula dentata, Pistacea lentiscus and Chamaerops humilis and accumulation of trace elements in root, stem or shoot were investigated. Metal concentrations were very variable. In general, in O. lanceolata and C. humilis, metal levels were highest in the roots, whereas in L. dentata and P. lentiscus, highest metal levels were in shoots. Therefore, the use of O. lanceolata and C. humilis in phytostabilization can contribute to metal-immobilization and prevent them from becoming available for biota. Besides, a greenhouse pot experiment was conducted to evaluate the potential use of six native species Nerium oleander L., Cistus albidus L., Pistacia lentiscus L., Lavandula dentata L., Rosmarinus officinalis L. and Thymus vulgaris L. for phytostabilization of acidic mine soils. The selected plants were grown in mine tailing soil, unamended (TS) and amended with calcium carbonate and pig manure (ATS), and in a reference unpolluted substrate for control (CT); plant growth, root characterization, soil trace elements contents, and their accumulation in plants were measured. Results indicate the application of amendment reduced the soil exchangeable and extractable fraction concentrations of trace elements in ATS compared with TS, mainly for As, Cd and Pb. The tested species directly contributed to the immobilization of trace elements in the soil. Although, all the species accumulate metals, levels were below toxicity thresholds. Thus, these species fulfil the criteria to be used for phytostabilization purposes, aided by application of amendments. Once tested, the selected native vegetation with potential phytostabilization ability was planted in one of the tailing ponds. The second objective was to reduce risks related to heavy metal mobility and increase fertility. Thus, marble waste and pig slurry were applied to the surface of the tailing pond. As a result, pH increased until neutrality, and the bioavailable metal fraction significantly reduced, increasing the levels of nutrients and organic matter. The third objective was to give the tailing pond a new recreational and educational use. For this purpose a network of itineraries, viewpoints, access areas and a museum area were created to allow the visitor to observe the reclamation of a degraded mining area. In this context, guidelines for action, and a methodology that can be employed for the regeneration of any area with similar characteristics were established. For this reason the landscaping project of the two abandoned tailing ponds is accompanied by a Decision Aid Model which will serve as a benchmark for future mine rehabilitation projects., Universidad Politécnica de Cartagena

Este proyecto se enmarca dentro del proyecto europeo LIFE+ Post-mined polluted landscapes reclamation by means of valorization of different residues (Mipolare), cuyo objetivo principal es evaluar, demostrar y difundir una alternativa sostenible para rehabilitar depósitos mineros de la Región de Murcia mediante la aplicación de la fitoestabilización asistida con residuos industriales y ganaderos. Concretamente, el objetivo general de este proyecto fin de carrera es estudiar la evolución de la calidad del suelo, la disponibilidad de metales pesados y metaloides y el desarrollo de la vegetación en el depósito de lodos de flotación de la mina Santa Antonieta (Distrito Minero de Cartagena-La Unión), rehabilitado mediante la aplicación de enmiendas en el año 2011 y plantación/siembra de especies autóctonas con potencial fitoestabilizador en primavera de 2012. Esto se ha llevado a cabo mediante el análisis de determinadas propiedades físicas, químicas y bioquímicas del suelo, incluyendo las fracciones solubles y biodisponibles de diferentes metales pesados y metaloides, así como la cobertura y acumulación de metales y metaloides por parte de la vegetación introducida. Además, se pretende conocer la eficiencia fitoestabilizadora de las especies empleadas, para evaluar si existe riesgo de entrada de metales pesados en la cadena trófica. Escuela Técnica superior de Ingeniería Agronómica Universidad Politécnica de Cartagena

[SPA] Debido a los graves impactos ambientales que provoca la actividad minera en el paisaje, es fundamental encontrar soluciones sostenibles para la recuperación de aquellos espacios que han sufrido o están sufriendo dichos impactos, y cuyos efectos se pueden observar alrededor del mundo. De especial relevancia son las actividades mineras desarrolladas antiguamente, las cuales, debido a la falta de legislación al respecto, han dejado gran cantidad de zonas degradadas sin ningún valor socioeconómico ni cultural, afectando gravemente a los ecosistemas. No obstante, en las últimas décadas la sensibilidad por los problemas ambientales ha aumentado considerablemente, y se ha visto la necesidad de reducir las consecuencias negativas causadas por estas actividades y la importancia de devolver a aquellas zonas degradadas un uso útil y sostenible. El Distrito Minero de Cartagena-La Unión, debido a su larga historia minera y la gran cantidad de impactos presentes, se ha convertido en un gran desafío ambiental tanto para las comunidades locales como para la administración nacional. En base a esta problemática, y para contribuir a la recuperación del paisaje de las zonas mineras y con el fin de desarrollar nuevas funciones de uso, se procedió a desarrollar esta tesis doctoral. [ENG] It is crucial to find sustainable solutions for healing the landscape wounds of post-mining activities all over the world. Early mining operations left degraded lands not in accord with regional ecosystems and lacking socio-economic and cultural values. Increasing awareness of environmental sensitivity identified the minimization need of the environmental consequences of post-mining activities and the importance of returning the degraded land to a beneficial use. Cartagena-La Unión Mining District, depending upon its long time mining history, has become the subject of these challenges and pending questions for local communities and administrations in Spain. Based on this problematic, to contribute to the landscape reclamation of post-mining areas and to develop new land use functions in those., Universidad Politécnica de Cartagena

[ESP] Las consecuencias del N se están propagando y afectando a la salud de agroecosistemas y ciclos biogeoquímicos. Las perspectivas de futuro son interesantes tanto a nivel regional como global. Considerando que el N desempeña un papel fundamental para la producción de alimentos, son pocas cosas las que se pueden hacer para disminuir la cantidad del N antropogénico creado. Desde un punto de vista científico, los esfuerzos deben enfocarse en entender el destino y las consecuencias del N introducido y donde sea posible, aumentar la eficiencia del uso del N producido. En países como España y comunidades autónomas como la Región de Murcia que presentan una alta producción de subproductos ganaderos, el consumo de fertilizantes debería de reducirse a la vez que se valorizan estos subproductos como abono organo-mineral. La valorización agronómica de purines de ganado porcino es una práctica tradicional que resulta crucial estudiarla tanto técnica como medioambientalmente en condiciones de clima semiárido y desde el punto de vista tanto de la legislación europea, como de los ámbitos nacional y autonómico, que son de aplicación. Por este motivo resultó interesante que en esta tesis doctoral se aplicaran diferentes dosis de purines en suelo: 170 (legislada por la Unión Europea, Directiva 91/676/EEC y RD 261/1996), 340, 510 y 1700 kg de N por ha y año y se estudiasen las diferentes propiedades y características del sistema suelo-agua-planta, especialmente las relacionadas con el ciclo de N. También se evaluaron otros aspectos fundamentales como la influencia de la fertilidad del suelo, el rendimiento de cultivos de cereal, el potencial de lixiviación de compuestos de N como NO3-, NH4+ y N total soluble y los efectos medioambientales que podría causar la aplicación de dosis no recomendadas o vertidos de purines en suelos agrícolas. Los resultados destacan un aumento del rendimiento de biomasa de cebada en la zona de estudio de Doña Inés para las dosis de aplicación de 170 kg N (9543 kg ha-1) y 340 kg N (13 420 kg ha-1) frente al tratamiento control (7990 kg ha-1) en la cosecha del año 2010. Para suelos incubados con purines de cerdo los procesos de nitrificación se incrementaron con el tiempo de incubación hasta 39-45 mg kg-1 para los tratamientos Control y dosis de 170 kg N ha-1 y hasta 54-285 mg kg-1 para la dosis de 1700 kg N ha-1. Con respecto los resultados correspondientes a los lixiviados, estos variaron durante las 12 semanas de experimentación con valores en la CE de 0,23-1,51 dS m-1, en el pH de 7,0-8,3 y en el N-NH4+ los valores fueron iguales o inferiores a 1 mg L-1. Del estudio se concluye que el uso de dosis recomendadas a largo plazo es muy útil para reducir costes en fertilizantes químicos y mantener los niveles de nutrientes en suelos, con tasas de nitrificación y mineralización compatibles con la temporalidad de los cultivos. Por otra parte, los efectos a largo plazo de dosis no recomendadas o sobredosis de purines de hasta 10 veces la dosis aconsejada implicarían potentes consecuencias medioambientales como emisión de gases de N y lixiviación de compuestos de N como NO3- y N orgánico hasta los 100 días posteriores a la aplicación. En estas condiciones la dinámica de N llega a estar muy influenciada por las propiedades del suelo tales como el contenido en sales y en carbonatos. [ENG] The consequences of N are spreading and affecting the health of agroecosystems and biogeochemical cycles. Future prospects are interesting in both regionally and globally. Whereas N plays a key role in food production, there are few things that can be done to decrease the amount of the anthropogenic N created. From a scientific point of view, efforts should focus on understanding the fate and consequences of the N introduced and increasing the N use efficiency produced where is possible. In countries like Spain and regions such as Murcia which have a high production of livestock waste, fertilizer consumption should be reduced and be exploited as fertilizer and nutrient supply. The agronomic recycling of pig slurry is a traditional practice that is crucial both technically and environmentally study in semiarid climate conditions and applies European and Spanish legislation. For this reason it was interesting in this thesis applied different doses of manure in soils: 170 (legislated by the European Union Directive 91/676/EEC and RD 261/1996), 340, 510 and 1700 kg N per ha and year and study different properties and characteristics of the soil-water-plant system, especially those matters related to N. Other fundamental issues such as the influence of soil fertility , the cereal crop yields, the potential for leaching from N as NO3-, NH4+ and total soluble N and the environmental effects that might arise from the pig slurry application of not recommended doses or discharges of manure in agricultural soils were also evaluated. The results highlight an increase of biomass yield of barley in the study area of Doña Inés for application rates of 170 kg N ha-1 ( 9543 kg ha-1) and 340 kg N ha-1 (13 420 kg ha-1) compared to the control treatment (7990 kg ha-1) in the harvest of 2010. The incubation of amended soils showed that nitrification increased with the incubation time up to 39-45 mg kg-1 for treatments 170 kg N ha-1 and Control and up to 54-285 mg kg-1 for dose 1700 kg N ha-1. Regarding the leachate results, these varied during the 12 weeks of experimentation with values from 0,23 to 1,51 dS m-1 for EC, pH of 7,0 to 8,3 and the NH4+-N values were equal to or less than 1 mg L-1. The study concludes that long term experiments with recommended doses are very useful to reduce costs of chemical fertilizers and to maintain the nutrient levels in soils, with nitrification and mineralization rates consistent with the temporary crops. However, long-term effects of non-recommended doses or overdoses of slurry up to 10 times the recommended dose involve significant environment impacts such as N emissions and N leaching of NO3--N and organic soluble N until 100 days after application. Under these conditions the N dynamic becomes very influenced by soil properties such as the salts content and carbonates., Universidad Politécnica de Cartagena