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

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

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

Soil C and N Changes with Afforestation of Grasslands Across Gradients of Precipitation and Plantation Age

Afforestation, the conversion of unforested lands to forests, is a tool for sequestering anthropogenic carbon dioxide into plant biomass. However, in addition to altering biomass, afforestation can have substantial effects on soil organic carbon (SOC) pools, some of which have much longer turnover times than plant biomass. An increasing body of evidence suggests that the effect of afforestation on SOC may depend on mean annual precipitation (MAP). The goal of this study was to test how labile and bulk pools of SOC and total soil nitrogen (TN) change with afforestation across a rainfall gradient of 600–1500 mm in the Rio de la Plata grasslands of Argentina and Uruguay. The sites were all former grasslands planted with Eucalyptus spp. Overall, we found that afforestation increased (up to 1012 kg C·ha−1·yr−1) or decreased (as much as 1294 kg C·ha−1·yr−1) SOC pools in this region and that these changes were significantly related to MAP. Drier sites gained, and wetter sites lost, SOC and TN (r2 = 0.59, P = 0.003; and r2 = 0.57, P = 0.004, respectively). Labile C and N in microbial biomass and extractable soil pools followed similar patterns to bulk SOC and TN. Interestingly, drier sites gained more SOC and TN as plantations aged, while losses reversed as plantations aged in wet sites, suggesting that plantation age in addition to precipitation is a critical driver of changes in soil organic matter with afforestation. This new evidence implies that longer intervals between harvests for plantations could improve SOC storage, ameliorating the negative trends found in humid sites. Our results suggest that the value of afforestation as a carbon sequestration tool should be considered in the context of precipitation and age of the forest stand

Human appropriation of primary production in the Dry Chaco

El Chaco Seco experimenta altas tasas de deforestación y transformación productiva. Estimamos la magnitud de la apropiación humana de la productividad primaria neta (PPN) aérea de esta región por vías directas (producción ganadera, forestal y agrícola) e indirectas (fuego), su distribución regional, su relación con variables climáticas y socioeconómicas y sus contrastes entre vegetación natural, pasturas y cultivos. Para 69 departamentos se utilizaron datos censales, climáticos y satelitales (período 2002-2006) a partir de los que se estimó la PPN aérea con modelos climáticos, la apropiación de forraje por ganadería con datos de stock animal y modelos metabólicos, la apropiación de productos agrícolas y forestales con estadísticas nacionales y apropiación indirecta de biomasa por fuego a partir sensores remotos. La ganadería, desarrollada bajo vegetación natural y pasturas (90.9% del área), involucró una apropiación de 248 kgMS.ha-1.año-1, y aumentó en departamentos con mayor fracción de pasturas, ganado agrupado en rodeos más grandes y menores niveles de pobreza. La apropiación forestal, desarrollada bajo vegetación natural (88.7%), alcanzó 64 kgMS.ha-1.año-1 representados predominantemente por carbón vegetal y leña, y fue mayor en departamentos de clima más húmedo. En la fracción agrícola del territorio (6.3%), la apropiación directa trepó a 2293 kgMS.ha-1.año-1, representada principalmente por grano de soja y maíz. La apropiación indirecta por fuego promedió 746 kgMS.ha-1.año-1 para todo el territorio. Este flujo estuvo positivamente asociado a la tasa de desmonte, ascendiendo de ~450 a >2000 kgMS.ha-1.año-1 al pasar de departamentos con mínimo a máximo desmonte. En la actualidad, la baja apropiación de la PPN de la vegetación natural del Chaco Seco constituye un incentivo para su reemplazo por pasturas y cultivos anuales. Una actividad ganadera y/o forestal más eficiente en los bosques representa un desafío tecnológico y político prioritario capaz de reconciliar la producción y la conservación en esta región.The Dry Chaco undergoes high rates of deforestation and productive transformation. Here we estimate human appropriation of net aboveground primary productivity (NPP) for this region, both through direct (livestock, logging, and agricultural production) and indirect pathways (burning), and present their regional distributions and their association with climatic and socioeconomic variables and their contrast between natural vegetation, pastures and crops. For all the 69 counties encompassed by the region we collected productive and climatic statistics and remote sensing data (2002-2006 period). We estimated aboveground NPP based on existing climatic models, forage appropriation based on livestock statistics and metabolic models, forest and agricultural product appropriation using national statistics, and indirect appropriation or consumption by fires based on remote sensing information. Livestock production, based on natural vegetation and pastures (90.9% of the area) appropriated 248 kgDM.ha-1.yr- 1 , increasing in counties with larger pasture proportion, cattle grouped in large herds, and lower poverty levels. The appropriation of forest products, restricted natural vegetation (88.7% of the area), reached 64 kgDM.ha-1.yr-1, represented predominantly by charcoal and firewood, increasing in more humid counties. In the agricultural fraction of the territory (6.3% of the area), direct appropriation reached 2293 kgDM.ha-1.yr-1, represented mainly by soy and corn grain. The indirect appropriation of NPP through fires averaged 746 kgDM.ha-1.yr-1 for the whole territory. This flux was positively associated to the rate of deforestation, climbing from ~450 to >2000 kgDM.ha-1.yr-1 from counties with minimum to maximum deforestation rates. Currently, the low direct appropriation of NPP under natural vegetation in the Dry Chaco involves a strong incentive for its replacement with pastures and annual crops. More efficient livestock and forestry activities in these forest ecosystems represent a technological challenge and a policy making priority capable of reconciling production and conservation in the region.Fil: Rueda, Carla Vanezza. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico San Luis. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis; Argentina. Universidad Nacional de Santiago del Estero. Facultad de Ciencias Forestales; ArgentinaFil: Baldi, Germán. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico San Luis. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis; ArgentinaFil: Verón, Santiago Ramón. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Nacional de Investigaciones Agropecuarias. Centro de Investigaciones de Recursos Naturales. Instituto de Clima y Agua; ArgentinaFil: Jobbagy Gampel, Esteban Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico San Luis. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis; Argentin