Hierarchical bioglass scaffolds: Introducing the "milky way" for templated bioceramics

Free standing hierarchical bioglass scaffolds were prepared by the ISISA (ice-segregation-induced self-assembly) method. Commercial low-cost precursors such as Ludox® HS-40 and cow milk were employed as the source of SiO2 and biominerals (Ca(ii), P(v), Na(i) and K(i)), respectively. Then, in a single macroscopic piece, three levels of porosity coexist due to the simultaneous templating effect of ice (macropores), milk (50-200 nm mesopores) and the voids left between preformed Ludox® nano building blocks (2-5 nm mesopores). These low cost and green biological nanotemplates, coupled with the ISISA texturing method, allows the preparation of free standing bioglass monoliths, with hierarchical porosity. The effect of the main preparative variables on the final texture is explored; in vitro biomineralization revealed a well-distributed hydroxyapatite-like nanoparticulated layer within 24 h of exposure to a simulated body fluid.Fil: Onna, Diego Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Minaberry, Yanina Susana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Jobbagy, Matias. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentin

Co-encapsulation of Daphnia magna and microalgae in silica matrices, a stepping stone toward a portable microcosm

We report on the first silica encapsulation of a metazoan (Daphnia magna), with a high initial viability (96% of the population remained active 48 h after encapsulation). Moreover, the co-encapsulation of this crustacean and microalgae (Pseudokirchneriella subcapitata) was achieved, creating inside a silica monolith, the smallest microcosm developed to present. This artificial ecosystem in a greatly diminished scale isolated inside a silica nanoporous matrix could have applications in environmental monitoring, allowing ecotoxicity studies to be carried out in portable devices for on-line and in situ pollution level assessment.Fil: Perullini, Ana Mercedes. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Orias, Frédéric. Université Claude Bernard Lyon 1; FranciaFil: Durrieu, Claude. Université Claude Bernard Lyon 1; FranciaFil: Jobbagy, Matias. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Aldabe, Sara Alfonsina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentin

Seasonal water storage and delayed evapotranspiration across continents: patterns and drivers

Non peer reviewedPublisher PD

Long-lasting floods buffer the thermal regime of the Pampas

This work was funded by grants from the National Research Council of Argentina (CONICET), the International Research Development Centre [IDRC-Canada, Project 106601-001], ANPCyT [PRH 27 [PICT 2013-2973; PICT 2014-2790], and the Inter-American Institute for Global Change Research [IAI, CRN II 2031], which is supported by the US National Science Foundation[Grant number 448 GEO-0452325]. We thank Dr. Horacio Zagarese from INTECH for the lagoon temperature dataset provided. We thank the anonymous reviewers for their careful reading of our manuscript and their many insightful comments and suggestions.Peer reviewedPostprin

Groundwater and soil chemistry changes under phreatophytic tree plantations

The onset of groundwater consumption by plants can initiate a pathway of chemical inputs from aquifers to ecosystems, typically absent in groundwater recharge areas. We explored this biogeochemical transfer and its influence on soils in phreatophytic eucalypt plantations and native grasslands of the Pampas (Argentina). Groundwater and soil chemical observations at three grassland/plantation pairs were complemented with more detailed analyses along a 400-m-long grassland-plantation transect. Although tree plantations showed a widespread and homogeneous salinization of groundwater and soils at all study sites, chemical contrasts between the plantation edge and core were evident along the study transect. Nonsalty, slightly acidic, bicarbonate-dominated waters in the grassland changed sharply within the plantation, with dissolved chloride, sulfate, calcium, and magnesium peaking at the plantation core (200 m away from the grassland) and dissolved sodium, carbonate, bicarbonate, and pH peaking toward the edge (0–50 m away from the grassland) and declining toward the core. In agreement with these differences, soil alkalinization was the strongest at the plantation edge but absent in the core. Groundwater flow simulations using FLOWNET suggested trajectories of increasing length and depth and older groundwater ages (confirmed by tritium analyses) toward the plantation core, explaining the hydrochemical contrasts within the plantation. Flow simulations and chloride mass balances suggested discharges of 250–500 mm yr−1 to the plantations. In our sites phreatophytic discharge controlled solute transfers from groundwater through (1) altered flow within the aquifer, affecting solute transport to the rooting zone, and (2) water uptake plus solute exclusion, concentrating solutes in the rooting zone. While the first mechanism may be restricted to the core of large phreatophytic areas, the second is likely to occur more generally in phreatophytic ecosystems.Fil: Jobbagy Gampel, Esteban Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis "Prof. Ezio Marchi". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico, Matemáticas y Naturales. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis "Prof. Ezio Marchi"; ArgentinaFil: Jackson, Robert B.. University of Duke; Estados Unido

Plantaciones Forestales: sus servicios e impactos hidrológicos

Si bien una buena parte de la sociedad identifica al árbol como un elemento que es inherentemente amigable para el ambiente, el establecimiento de forestaciones puede en algunos casos alterar profundamente los servicios ambientales que provee el ecosistema que las hospeda. Dentro de estos se encuentran los servicios hídricos, los cuales incluyen la provisión de agua (cantidad, calidad y estabilidad) para uso doméstico, energético, industrial o agrícola; y la regulación hidrológica, la cual incluye el control de inundaciones y de la erosión y el mantenimiento de humedales. Cuando las plantaciones forestales se establecen en áreas originalmente carentes de vegetación arbórea pueden generar importantes alteraciones en la forma en que el agua circula en el ecosistema, alterando estos servicios hídricos. Por otro lado, cuando las forestaciones se establecen en áreas en las cuales estaban originalmente dominadas por bosques pero que actualmente se encuentran degradadas por la actividad agrícola pueden contribuir a restablecer el funcionamiento hidrológico original. En este artículo revisamos los mecanismos, impactos y desafíos asociados al establecimiento de forestaciones sobre el balance hídrico y los servicios asociados al mismo.Fil: Nosetto, Marcelo Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico San Luis. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis; Argentina. Universidad Nacional de San Luis; ArgentinaFil: Jobbagy Gampel, Esteban Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico San Luis. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis; Argentina. Universidad Nacional de San Luis; Argentin

A global meta-analysis of soil exchangeable cations, pH, carbon, and nitrogen with afforestation

Afforestation, the conversion of non-forested lands to forest plantations, can sequester atmospheric carbon dioxide, but the rapid growth and harvesting of biomass may deplete nutrients and degrade soils if managed improperly. The goal of this study is to evaluate how afforestation affects mineral soil quality, including pH, sodium, exchangeable cations, organic carbon, and nitrogen, and to examine the magnitude of these changes regionally where afforestation rates are high. We also examine potential mechanisms to reduce the impacts of afforestation on soils and to maintain long-term productivity. Across diverse plantation types (153 sites) to a depth of 30 cm of mineral soil, we observed significant decreases in nutrient cations (Ca, K, Mg), increases in sodium (Na), or both with afforestation. Across the data set, afforestation reduced soil concentrations of the macronutrient Ca by 29% on average (P \u3c 0.05). Afforestation by Pinus alone decreased soil K by 23% (P \u3c 0.05). Overall, plantations of all genera also led to a mean 71% increase of soil Na (P \u3c 0.05). Mean pH decreased 0.3 units (P \u3c 0.05) with afforestation. Afforestation caused a 6.7% and 15% (P \u3c 0.05) decrease in soil C and N content respectively, though the effect was driven principally by Pinus plantations (15% and 20% decrease, P \u3c 0.05). Carbon to nitrogen ratios in soils under plantations were 5.7–11.6% higher (P \u3c 0.05). In several regions with high rates of afforestation, cumulative losses of N, Ca, and Mg are likely in the range of tens of millions of metric tons. The decreases indicate that trees take up considerable amounts of nutrients from soils; harvesting this biomass repeatedly could impair long-term soil fertility and productivity in some locations. Based on this study and a review of other literature, we suggest that proper site preparation and sustainable harvest practices, such as avoiding the removal or burning of harvest residue, could minimize the impact of afforestation on soils. These sustainable practices would in turn slow soil compaction, erosion, and organic matter loss, maintaining soil fertility to the greatest extent possible

Water yield in primary watersheds under grasslands and pine plantations in the hills of Córdoba (Argentina)

Los cambios en la cobertura vegetal pueden tener importantes efectos sobre el ciclo hidrológico, afectando la magnitud y distribución temporal del caudal de ríos y arroyos. Estos efectos cobran una relevancia especial en áreas montañosas de regiones secas dado su papel importante en la provisión de agua. Este es el caso de las laderas orientales de las sierras de Córdoba, en donde se establecieron ~35000 ha de plantaciones de pinos en reemplazo de pastizales naturales. Exploramos cómo esta transformación ha afectado el rendimiento hídrico de pequeñas cuencas serranas. Para ello seleccionamos cuatro pares de cuencas primarias ocupadas por pastizales naturales y plantaciones de Pinus ellioti (superficie: 27 a 143 ha; elevación: 1100 a 1750 m.s.n.m.). En todos estos pares de cuencas determinamos el caudal base de arroyos por dilución de un trazador salino con frecuencia estacional entre mayo de 2004 y enero de 2007, y en dos de ellos realizamos un seguimiento continuo del caudal con sensores automáticos durante la transición entre la estación seca y húmeda de 2006-2007. En promedio, el rendimiento hídrico de las cuencas forestadas fue 48% inferior al de las cuencas de pastizal (112 vs. 204 mm/año o 24 vs. 13% de la precipitación recibida, P<0.05). Las mediciones continuas mostraron caudales base mayores y poca respuesta al tipo de vegetación en cuencas elevadas y de alta pendiente y caudales base menores y muy sensibles al establecimiento de plantaciones en cuencas de menor elevación y pendiente intermedia. La caracterización satelital de todas las cuencas a partir del índice verde normalizado (NDVI) satelital del sensor MODIS sugirió una productividad primaria y evapotranspiración mayor y más estable bajo plantaciones respecto a los pastizales, con contrastes máximos entre estos tipos de vegetación observados en invierno. En la actualidad, los impactos de las plantaciones serranas sobre la provisión de agua pueden manifestarse únicamente en cuencas primarias dado que las de mayor orden se encuentran forestadas sólo de manera parcial. A nivel regional, es importante contemplar estos efectos al proyectar cuánto, dónde y cómo se forestará, en especial en áreas que aportan agua a los principales focos de consumo energético y urbano.Vegetation changes can have a strong imprint on the hydrological cycle, affecting the magnitude and temporal distribution of stream and river flow. These effects gain special relevance in the mountain ranges of dry regions, which play a key role in water provision. This is the case of the eastern front of the Córdoba hills, where ~35.000 ha of pine plantations have replaced natural grasslands. We explored how this transformation has affected water yield in small watersheds. For this purpose we selected four pairs of neighboring watersheds occupied by natural grasslands and Pinus ellioti plantations (area: 27 to 143 ha; elevation: 1100 to 1750 m.a.s.l.). For all pairs, basal streamflow was measured through the tracer dilution method with seasonal frequency between May 2004 and January 2007, and in two of these pairs we performed a continuous monitoring using automatic level sensors during the transition between the dry and humid season of 2006-2007. On average, water yield in afforested watersheds was 48% less than in grassland watersheds (112 vs. 204 mm/year or 24 vs. 13% of precipitation inputs during the study period, P<0.05). Continuous measurements revealed higher base flows and little response to vegetation in high elevation and slope watersheds, and lower and more vegetationsensitive base flows in low elevation and intermediate slope watersheds. The remote sensing characterization of watersheds based on a green index (NDVI) from MODIS suggested higher and more stable primary productivity and evapotranspiration under plantations compared to grasslands, with maximum contrasts taking place in winter. Currently the impact of plantations in the hills on water provision can be intense only at the level of primary watersheds, since those of larger order are only partially afforested. At the regional level is important to contemplate these effects to project how much, where and how will be planted, particularly in areas that supply water to the largest foci of hydroenergy and urban demand.Fil: Jobbagy Gampel, Esteban Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico San Luis. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis; Argentina. Universidad Nacional de San Luis; ArgentinaFil: Acosta, Ana Mariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico San Luis. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis; ArgentinaFil: Nosetto, Marcelo Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico San Luis. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis; Argentina. Universidad Nacional de San Luis; Argentina. Universidad Nacional de Entre Ríos. Facultad de Ciencias Agropecuarias; Argentin

Land‐use change and water losses: the case of grassland afforestation across a soil textural gradient in central Argentina

Vegetation changes, particularly those involving transitions between tree- and grass-dominated covers, often modify evaporative water losses as a result of plant-mediated shifts in moisture access and demand. Massive afforestation of native grasslands, particularly important in the Southern Hemisphere, may have strong yet poorly quantified effects on the hydrological cycle. We explored water use patterns in Eucalyptus grandis plantations and the native humid grasslands that they replace in Central Argentina. In order to uncover the interactive effects that land cover type, soil texture and climate variability may have on evaporative water losses and water use efficiency, we estimated daily evapotranspiration (ET) in 117 tree plantations and grasslands plots across a soil textural gradient (clay-textured Vertisols to sandy-textured Entisols) using radiometric information from seven Landsat scenes, existing timber productions records, and 13C measurements in tree stems. Tree plantations had cooler surface temperatures (-5°C on average) and evaporated more water (+80% on average) than grasslands at all times and across all sites. Absolute ET differences between grasslands and plantations ranged from 0.6 to 2 mm day-1 and annual up-scaling suggested values of 630 and 1150 mm yr-1 for each vegetation type, respectively. The temporal variability of ET was significantly lower in plantations compared with grasslands (coefficient of variation 36% vs. 49%). Daily ET increased as the water balance became more positive (accumulated balance for previous 18 days) with a saturation response in grassland vs. a continuous linear increase in plantations, suggesting lower ecophysiological limits to water loss in tree canopies compared with the native vegetation. Plantation ET was more strongly affected by soil texture than grassland ET and peaked in coarse textured sites followed by medium and fine textured sites. Timber productivity as well as 13C concentration in stems peaked in medium textured sites, indicating lower water use efficiency on extreme textures and suggesting that water limitation was not responsible for productivity declines towards finer and coarser soils. Our study highlighted the key role that vegetation type plays on evapotranspiration and, therefore, in the hydrological cycle. Considering that tree plantations may continue their expansion over grasslands, problematic changes in water management and, perhaps, in local climate can develop from the higher evaporative water losses of tree plantations.Fil: Nosetto, Marcelo Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis "Prof. Ezio Marchi". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico, Matemáticas y Naturales. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis "Prof. Ezio Marchi"; ArgentinaFil: Jobbagy Gampel, Esteban Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis "Prof. Ezio Marchi". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico, Matemáticas y Naturales. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis "Prof. Ezio Marchi"; ArgentinaFil: Paruelo, José. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura; Argentin

Producción y ambiente: beneficios mutuos

La conexión y los posibles conflictos que existen entre producir y proteger el ambiente no son una novedad para los productores agropecuarios. Reducir la erosión, sostener los niveles de materia orgánica del suelo o mantener especies valiosas del pastizal son metas presentes desde hace décadas y que han obligado a resolver dilemas entre rentabilidad inmediata y ambiente; disyuntivas que cuando se materializan en nuestro lote agregan el enorme incentivo de proteger un recurso propio. Pero la relación producción-ambiente se torna compleja y polémica cuando miramos más allá y comprendemos el papel que desempeña la porción de territorio que manejamos sobre la generación de productos y de valores ambientales que reclama la sociedad.Fil: Jobbagy Gampel, Esteban Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis "Prof. Ezio Marchi". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico, Matemáticas y Naturales. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis ; ArgentinaFil: Mercau, Jorge L.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis "Prof. Ezio Marchi". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico, Matemáticas y Naturales. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis ; ArgentinaFil: Baldi, Germán. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis "Prof. Ezio Marchi". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico, Matemáticas y Naturales. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis ; Argentin