[en] Agriculture is the human activity most severely affected by climate change, and, at present, it is heavily impacted in the Mediterranean Basin. However, carbon sequestration and storage in woody biomass and crop soils could become important tools in the fight against climate change in the Mediterranean. The main objective of this thesis is to generate empirical knowledge that will serve as a baseline to test land use and agricultural management as strategies for adaptation and mitigation of climate change. A reliable evaluation of carbon stock in agriculture would be a useful baseline to quantify its spatial and temporal variability and gain a better understanding of the carbon cycle. Furthermore, assessing how climate is expected to affect crops is extremely useful for stakeholders, who can act at the local/regional scale to make agriculture more resilient and enhance food security. The specific objectives of this thesis are: i) to assess carbon stocks of Mediterranean woody crop biomass through crop- and site-specific models at the regional level; ii) to estimate soil organic carbon (SOC) stocks in agriculture, assessing the importance of their drivers and seeking to understand their spatial distribution; and iii) to diagnose climate change impacts on net hydric needs (NHN) and phenology of crops and other agroclimatic parameters at the basin and the sub-basin scale. The results of Chapter 2 offer spatial estimates of total biomass carbon stock on woody cropland in Catalonia (NE Spain) of 5.48 Tg C, with an average value of 16.44 ± 0.18 Mg C/ha. During the 2010s, although in general the area covered by woody crops showed an annual decrease of 2.8%, carbon stocks in biomass of woody crops increased (+0.17 Tg C/year) due to growth of remaining woody cropland. Chapter 3 generated spatial estimates of total SOC stocks under agriculture in Catalonia at the topsoil level (0-30 cm) of 47.9 Tg C, with an average value of 48.8 ± 8.9 Mg C/ha. While topsoil variation of SOC stocks depended mainly on climate, soil texture and agricultural variables, subsoil SOC stock were principally dependent on soil attributes (soil texture, clay content, soil type or depth to bedrock). Modeling revealed that the relationship between SOC stocks and drivers varied spatially. According to the results of Chapter 4, NHN are expected to increase from 0.1% to 6.7% in the three basins of Catalonia studied, although dynamics will be different for each basin and, in general, trends vary from crop to crop. Moreover, phenological changes could represent a greater constraint for crop productivity. The number of frost days will decrease (from −0.1 days in March to −8.7 days in April) in the three basins, while extremely hot days will increase (from +0.3 days in July to +3.8 days in August). Growth cycles will begin earlier (from −1 days to −12 days for crops with a base temperature of 10 °C) and will be shorter (from −8 days to −27 days). Therefore, the impacts assessed in this study, together with the forecasted depletion of water sources in the study area, could result in significant limitations for crops if adaptive strategies beyond irrigation and growing cycle issues are not applied. In summary, this thesis provides spatial estimates of carbon stocks of agriculture in Catalonia and a diagnosis of the main climate change impacts on major crops in three representative basins of the Northwestern Mediterranean. All the empirical knowledge obtained can make a significant contribution to the tasks of evaluating the carbon consequences of agricultural practices and management and assessing adaptation of crops to climate change at the landscape level for different land and agricultural management scenarios, assisting stakeholders and policy makers.

[es] La agricultura es la actividad humana más afectada por el cambio climático, y, actualmente, es impactada fuertemente en la cuenca del Mediterráneo. Sin embargo, el secuestro y almacenaje de carbono en la biomasa de cultivos leñosos y los suelos agrícolas podría ser considerable a la hora de combatir el cambio climático en el Mediterráneo. El principal objetivo de esta tesis es generar conocimiento empírico que sirva de base para simular estrategias de gestión de usos de suelo y prácticas agrícolas para la adaptación y mitigación del cambio climático. Una evaluación fiable de las existencias de carbono agrícolas supone una línea de base muy útil para cuantificar su variabilidad espacial y temporal a fin de comprender mejor el ciclo del carbono y apoyar las políticas de adaptación y mitigación a escala local y regional. Por otro lado, evaluar cómo se espera que el clima afecte a los cultivos es extremadamente útil para otros actores del territorio, quienes pueden proponer y ejecutar estrategias de adaptación y mitigación a escala local i/o regional para hacer posible una agricultura más resiliente a los cambios y mejorar la seguridad alimentaria. Los objetivos específicos de esta tesis, correspondientes a los capítulos 2, 3 y 4, son: i) evaluar los stocks de carbono de la biomasa de los cultivos leñosos Mediterráneos a partir de modelos específicos del cultivo y la zona a escala regional, ii) estimar los stocks de carbono orgánico en suelos (COS) agrícolas, evaluar la importancia de sus variables explicativas y entender la distribución espacial de los stocks de COS y iii) hacer una diagnosis de los impactos del cambio climático en las necesidades hídricas netas (NHN) y fenología de los cultivos y otros parámetros agroclimáticos a escala de cuenca y subcuenca. El Capítulo 2 ofrece estimaciones espaciales del total del stock de carbono en la biomasa de cultivos leñosos en Cataluña (NE de España) de unos 5.48 Tg C. Para la década de los 2010, y a pesar de que en general el área ocupada por cultivos leñosos decreció anualmente un 2.8%, los stocks de carbono en la biomasa de cultivos leñosos aumentaron debido al crecimiento de los cultivos leñosos de aquellas áreas que no presentaron cambios de uso de suelo. El Capítulo 3 generó una estimación espacial de los stocks de COS superficiales en los suelos agrícolas de Cataluña de unos 47.9 Tg C. Además, mientras que la variación de stocks de COS en la parte superficial del suelo dependió principalmente del clima, la textura del suelo y variables agrícolas, los stocks de COS de la capa subterránea dependieron principalmente de los atributos del suelo. El Capítulo 4 destaca el aumento generalizado de las NHN del 0.1% al 6.7% que se produciría en las tres cuencas de Cataluña estudiadas, aun siendo las dinámicas diferentes para las tres cuencas y, en general, estas tendencias variarían entre cultivos. Además, los cambios fenológicos podrían representar una gran restricción para producción agrícola. El número de días de heladas decrecerá en las tres cuencas, mientras que los días extremadamente cálidos podría incrementarse. El ciclo de crecimiento de los cultivos podría empezar antes y acortarse. De este modo, los impactos evaluados en este trabajo, junto con el agotamiento de los recursos hídricos predicho para la zona de estudio, podrían resultar en limitaciones significantes para los cultivos. En general, esta tesis aporta estimaciones espaciales de los stocks de carbono de la agricultura en Cataluña y una diagnosis de los principales impactos del cambio climático en los cultivos mayoritarios de tres cuencas representativas del nordeste Mediterráneo. Todo el conocimiento empírico obtenido en esta tesis puede contribuir significativamente a evaluar las consecuencias en términos de carbono de las prácticas y la gestión agrícola y a evaluar la adaptación de los cultivos al cambio climático a escala de paisaje para diferentes escenarios de gestión agrícola y territorial, ofreciendo asistencia a responsables políticos y actores del territorio.