Estudio de perfiles taxonómicos y funcionales de comunidades microbianas en suelos restaurados en ambientes semiáridos

Resumen

A pesar de la gran importancia social de actividades económicas como la agricultura o la minería, no podemos olvidar que también conllevan efectos negativos sobre los ecosistemas. En concreto, la degradación del suelo disminuye la calidad y reduce la abundancia y diversidad de los microorganismos edáficos afectando a los ciclos biogeoquímicos (C, N y P). Los suelos semiáridos mediterráneos son especialmente vulnerables a estas actividades, sus condiciones climáticas limitantes y su baja fertilidad favorecen los procesos de degradación obstaculizando la recuperación natural de los suelos degradados. También, la producción de residuos derivados de actividades humanas supone un reto social y una oportunidad que debemos aprovechar para cambiar a un modelo de economía circular y alcanzar un Desarrollo Sostenible. En este contexto, una solución potencial para reutilizar residuos y agilizar la restauración de suelos degradados, podría ser el aprovechamiento de restos orgánicos para mejorar las propiedades físicas, químicas y biológicas de suelos semiáridos. Por ello, esta Tesis Doctoral propone el uso de enmiendas orgánicas como estrategia de recuperación de la calidad y la actividad microbiológica de suelos semiáridos degradados por actividades agrícolas y mineras. Con este fin, se aplicaron diferentes enmiendas orgánicas obtenidas a partir de residuos reciclados de distinto origen (restos vegetales, residuos urbanos, lodos de depuradora, vermicompost y estiércoles animales) y composición química en tres zonas experimentales, una agrícola y dos explotaciones mineras. Se realizaron cuatro estudios en diferentes escalas temporales tras la adición de diferentes tipos de enmiendas: i) a corto-medio plazo (inicio, 3 y 12 meses) en suelos agrícolas abandonados; ii) a corto plazo (6 meses) en suelos de cantera caliza; iii) a medio plazo (18 meses) en suelos de cantera caliza; iv) a largo plazo (10 años) en suelos de cantera caliza. En cada muestreo, se analizaron un conjunto de indicadores físico-químicos (pH, contenido en nutrientes, etc.) y biológicos (respiración basal, actividades enzimáticas implicadas en ciclos de C, N y P, etc.) tanto en los suelos restaurados como en suelos control sin enmiendas y en suelos naturales de los alrededores. Además, mediante técnicas metagenómicas de secuenciación de ADN, se estudiaron los cambios en la diversidad y composición de las comunidades microbianas (bacterias y hongos) de todos los suelos. Los resultados de esta Tesis mostraron que todos los suelos restaurados con enmiendas orgánicas mejoraron las propiedades analizadas tanto a corto, como a medio y largo plazo. Además, la heterogénea composición y origen de las enmiendas, con diferentes proporciones de contenidos de C lábil y resiliente influenció diferencialmente sobre las comunidades edáficas desarrolladas en los suelos restaurados de las tres áreas de estudio. En suelos degradados por agricultura, cada enmienda permitió la proliferación de taxones específicos involucrados en los ciclos de C, N y P, además de una sucesión bacteriana a corto-medio plazo debida posiblemente al incremento de nutrientes que favoreció la proliferación de filos copiotróficos pasados 3 meses de la adición de las enmiendas que fueron reemplazados por filos oligotróficos a los 12 meses. Asimismo, la comunidad bacteriana a nivel de género de los suelos enmendados con vermicompost y ambos tipos de estiércoles derivados de restos animales se diferenció en mayor medida de los suelos control y naturales tras 12 meses, mientras que el compost vegetal de invernadero se situó en una posición intermedia. La mejora de la calidad de los suelos restaurados de cantera incrementó la diversidad bacteriana a corto plazo (6 meses) y fúngica a medio plazo (18 meses) en comparación con los suelos no enmendados, aunque sin alcanzar los valores de los suelos naturales de referencia. A corto plazo, se observó el establecimiento de dos patrones de coocurrencia bacterianos, siendo algunos taxones más abundantes o casi exclusivos de suelos restaurados, mientras que otros siguieron estas premisas para los suelos sin tratamiento. Resulta especialmente destacable que incluso 18 meses después de la restauración de suelos de cantera, los suelos control seguían sin presentar comunidades fúngicas, mientras que la aplicación de enmiendas benefició su proliferación en los suelos restaurados. Tras 10 años de la restauración de suelos de cantera, las propiedades químicas, diversidad y composición bacteriana de los suelos tratados con residuos urbanos se asemejaron más a los suelos naturales de referencia. En cambio, el tratamiento de lodos de depuradora situó los suelos en una posición intermedia entre los suelos control y los suelos naturales. También, se encontraron dos patrones de coocurrencia en las comunidades bacterianas, uno que compartieron los suelos naturales y los tratados con residuos urbanos y, un segundo patrón en los suelos control. Los estudios de la presente Tesis destacan que la restauración con enmiendas orgánicas mejora a corto, medio y largo plazo la calidad físico-química y microbiológica de suelos degradados por agricultura y minería en condiciones semiáridas. Sin embargo, la naturaleza orgánica de las enmiendas aplicadas desarrolló estadios de recuperación diferentes en cada suelo destacando la importancia de seleccionar un tratamiento adecuado que favorezca la recuperación natural de los suelos además de, poner de manifiesto, que el estudio de las comunidades microbianas es clave para entender la evolución de la restauración. No obstante, es necesario ampliar estos conocimientos mediante estudios basados en la diversidad funcional de las comunidades microbianas así como estudios a más largo plazo para comprender la respuesta del ecosistema tras restauraciones con enmiendas orgánicas bajo clima semiárido.