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Informe final Proyecto I+D y T
Título : Investigación del suelo en parcela degradada de Júndiz. Investigación de la calidad del suelo mediante el empleo de indicadores microbianos Cliente : Ayuntamiento de Vitoria-Gasteiz Contacto NEIKER: Contacto Cliente: Carlos Garbisu [email protected]
Juan Vilela Lozano [email protected]
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1. Equipo participante de NEIKER
+ Jefe de Proyecto: Dr. Carlos Garbisu + Otros participantes: Dr. Lur Epelde, Dr. Fernando Blanco, Mikel Anza, Arrate Lacalle, Dr. Iker Martín
INFORME 2015 – EFECTO A CORTO PLAZO
La degradación del suelo, como consecuencia de una serie de amenazas
asociadas a la actividad humana (léase, contaminación, salinización, pérdida
de materia orgánica y nutrientes, compactación, erosión hídrica y eólica,
sellado, pérdida de biodiversidad, etc.), es una realidad incuestionable que está
actualmente poniendo en peligro los servicios ecosistémicos que nos
suministra este recurso natural. Ciertamente, el suelo es un recurso
multifuncional, no renovable a nuestra escala temporal, que proporciona una
gama de bienes y servicios ecosistémicos (i.e., los múltiples beneficios que
proporcionan los ecosistemas a los seres humanos) esenciales para la
supervivencia y el bienestar de nuestra sociedad. Así, los diversos servicios
ecosistémicos relacionados con el suelo se pueden agrupar en varias
categorías: reciclaje de materia orgánica y fertilidad, regulación del flujo del
carbono y control del clima, regulación del ciclo del agua, descontaminación y
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biorremediación, control de plagas, y salud humana. Aunque existe una
elevada incertidumbre asociada al cálculo del valor económico de estos
servicios ecosistémicos, se ha estimado que las consecuencias de la mala
gestión del suelo suponen más de un trillón de dólares al año a nivel mundial.
En este contexto, es necesario enfatizar que las comunidades microbianas
edáficas juegan un papel clave en los procesos del suelo y, por ende, en la
prestación de muchos de los servicios ecosistémicos proporcionados por el
ecosistema edáfico. Por otra parte, en los últimos años, las propiedades
microbianas del suelo están siendo cada vez más utilizadas como
bioindicadores (un bioindicador se define como “un organismo, o parte de un
organismo, o una comunidad de organismos, utilizados para obtener
información sobre la calidad del medio ambiente”) de la salud del suelo gracias
a su rápida respuesta, alta sensibilidad, relevancia ecológica y, sobre todo,
capacidad para proporcionar información que integra muchos factores
ambientales a diferencia de los parámetros físico-químicos. Aquellas
propiedades microbianas del suelo que proporcionan información sobre la
biomasa (abundancia), actividad y biodiversidad de las comunidades
microbianas edáficas presentan un gran potencial como herramientas
bioindicadoras de la salud del suelo, amén de suministrar datos cuantitativos de
gran interés para la investigación sobre la estructura y funcionamiento de este
vital recurso.
Por desgracia, como se ha mencionado anteriormente, la degradación
ambiental del ecosistema edáfico es un hecho más que notable en nuestros
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días. Además de la degradación local propiamente dicha, el conjunto de
transformaciones que se están produciendo en el medio ambiente a escala
planetaria como consecuencia de la actividad antrópica (i.e., cambio global)
están causando un impacto ambiental extremadamente preocupante en
relación con la alteración de los ciclos biogeoquímicos y, en general, del
funcionamiento de los ecosistemas (incluido el suelo) de los que depende la
infraestructura ecológica de nuestro planeta.
Una estrategia muy eficaz y frecuentemente utilizada para reactivar el
funcionamiento de un suelo degradado es la adición de una enmienda
orgánica, como se deriva del hecho que muchos suelos degradados presentan
niveles bajos de materia orgánica y, de forma concomitante, nutrientes
primordiales para el normal desarrollo de la biota edáfica y las plantas.
Frecuentemente, como enmiendas orgánicas, se utilizan sub-productos de
diversas actividades humanas (purines, compost, lodos de depuradora, etc.), lo
cual conlleva el beneficio añadido de su valorización. La adición de estas
enmiendas orgánicas suele conducir a una estimulación de la biomasa y
actividad microbiana, propiedades esenciales para la sostenibilidad funcional
de este recurso. Por otra parte, la diversidad microbiana aporta estabilidad
funcional (en su doble componente de resistencia y resiliencia) al ecosistema
edáfico frente a fuentes de estrés ambiental naturales o inducidas por la
actividad humana.
En consecuencia, en este estudio, se añadió material bioestabilizado (a dos
dosis: 50 y 100 t/ha) a un suelo degradado situado en Júndiz (Álava). A
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continuación, se presentan unos datos preliminares (evolución a corto plazo) de
la evolución de las propiedades microbianas edáficas (indicadores biológicos
de biomasa, actividad y biodiversidad microbiana) en las parcelas
pertenecientes a los tres tratamientos objeto de estudio: (1) suelo de referencia
no enmendado, (2) suelo con 50 t/ha de material bioestabilizado, y (3) suelo
con 100 t/ha de material bioestabilizado), los cuales fueron aplicados por
triplicado (n = 3). Asimismo, se ha incluido un suelo adyacente (también por
triplicado) como suelo control adicional al objeto de establecer comparaciones
con un suelo en mejor estado ecológico.
Inicialmente, en la tabla siguiente, se muestran las principales propiedades
físico-químicas de cada una de las tres parcelas control no enmendadas, a
modo de referencia inicial del suelo degradado que se pretende mejorar como
consecuencia de la adición del material bioestabilizado:
Suelo pH 1:2.5 MO, % MO total, % N, % C/N P, ppm Carbonatos, % C aliza, % Ca, meq/100g Mg, meq/100g K, ppm
No enmendado 8,36 2,60 4,85 0,15 10,08 11,69 55,31 18,52 10,05 0,80 135No enmendado 8,53 1,66 4,32 0,13 7,42 3,98 51,38 16,30 9,11 1,02 206No enmendado 7,82 2,00 4,74 0,15 7,75 32,00 54,64 17,83 32,82 0,69 124
Como se puede ver, el pH del suelo es alcalino (entre 7,82 y 8,53) y los valores
de MO son relativamente bajos (entre 1,66 y 2,60%), pero ciertamente
compatibles con la actividad microbiana. En el año 2016, se volverán a tomar
muestras de los suelos objeto de estudio (en este caso, de los tres
tratamientos: no enmendado, 50 y 100 t/ha), al objeto de poder evaluar la
mejora en la calidad del suelo, en base a los valores de las propiedades físico-
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químicas mostradas en la tabla anterior, como consecuencia de la aplicación
del material bioestabilizado.
Análogamente, en la siguiente tabla, se muestran las medias aritméticas de las
propiedades microbianas con potencial bioindicador de la salud del suelo; en
este caso, se han analizado las 12 muestras (no enmendado, 50 t/ha, 100 t/ha,
y adyacente; por triplicado), al objeto de tener una primera estimación a corto
plazo del efecto de los tratamientos sobre la citada salud (nota: los parámetros
microbianos responden muy rápidamente al efecto de las perturbaciones
ambientales sobre la biomasa, actividad y diversidad de las comunidades
microbianas y, por ende, sobre la salud del suelo).
Como se puede observar en la tabla, apenas se han observado diferencias
significativas entre los parámetros estudiados: (i) actividad β-glucosidasa:
actividad celulasa que proporciona información sobre el ciclo de carbono; (ii)
respiración basal: indicador de actividad biológica total; (iii) RIS-respiración
inducida por sustrato: indicador de biomasa viable capaz de responder en un
breve periodo de tiempo a la adición de glucosa, sulfato de amonio y fosfato
potásico (de hecho, la respiración inducida por sustrato es una medida de
actividad respiratoria potencial, directamente relacionada con la biomasa
microbiana); (iv) CBM-carbono de la biomasa microbiana, indicador de biomasa
microbiana total; (v) NPM-nitrógeno potencialmente mineralizable, indicador de
la mineralización de nitrógeno orgánico asociada a la descomposición de la
materia orgánica; (vi) AWCD-desarrollo de color medio en las Biolog Ecoplates,
indicador de capacidad catabólica total; (vii) NUS-número de sustratos
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utilizados en las Biolog Ecoplates, indicador de riqueza funcional de las
comunidades bacterianas cultivables y de crecimiento rápido (estrategas r); y
(viii) índice Shannon, indicador de diversidad funcional de las citadas
comunidades bacterianas cultivables.
Glucosidasa Respiración basal RIS CBM NPM AWCD NUS Shannon
(mg NP/kg.h) (mg C/kg ss) (mgN-NH4+/kg ss)
No enmienda 187 ± 75a 0.9 ± 0.1a 5.7 ± 0.3a 298 ± 73a 17 ± 3a 1.0 ± 0.3a 26 ± 4a 4.5 ± 0.2a50 t/ha 238 ± 38a 1.7 ± 0.5b 6.7 ± 0.6a 355 ± 65a 22 ± 10a 0.9 ± 0.2a 22 ± 4a 4.2 ± 0.3a100 t/ha 196 ± 26a 1.9 ± 0.6b 6.8 ± 0.8a 317 ± 46a 23 ± 7a 0.8 ± 0.2a 21 ± 2a 4.1 ± 0.2aSuelo adyacente 243 ± 132a 1.3 ± 0.3ab 6.1 ± 1.3a 348 ± 65a 26 ± 20a 1.1 ± 0.2a 26 ± 2a 4.4 ± 0.1a* Letras: Diferencias significativas entre tratamientos según ANOVA y test post-hoc de Fisher (p<0.1)
(mg C/kg.h)
De estos parámetros microbianos con potencial bioindicador de la salud del
suelo, sólo la respiración basal ha mostrado valores significativamente más
altos en los suelos tratados con el material bioestabilizado (a las dos dosis) que
en el suelo no enmendado. Unos valores más altos de respiración basal
reflejan una mayor actividad biológica total en los suelos enmendados; este
efecto estimulador de la actividad respiratoria es el primer efecto beneficioso, a
corto plazo, de la adición de la enmienda orgánica.
Mencionar que la ausencia de diferencias significativas entre tratamientos
observadas con los otros parámetros microbianos es, muy probablemente,
debida a la heterogeneidad entre las réplicas, la cual no es sorprendente
teniendo en cuenta la casuística de este emplazamiento. No obstante, el
crecimiento de la colza y el efecto de los tratamientos es muy posible que
causen un descenso en la citada heterogeneidad, permitiendo así detectar
diferencias estadísticamente significativas entre tratamientos.
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Finalmente, en los siguientes diagramas ameba, se puede apreciar de forma
gráfica el efecto de los tratamientos con enmienda orgánica sobre el conjunto
de los parámetros microbianos con potencial bioindicador de la salud del suelo:
en el primer diagrama ameba, se ha utilizado como suelo de referencia el suelo
adyacente; por el contrario, en el segundo diagrama ameba, se ha utilizado
como referencia el suelo control no enmendado. Como se puede observar en
estos diagramas, el efecto más relevante producido por la adición del material
bioestabilizado es el incremento en la actividad respiratoria (i.e., la actividad
biológica) arriba mencionado.
0
50
100
150
Glucosidasa
Respiración
basal
RIS
CBM
NPM
AWCD
NUS
Shannon
No enmienda
50 t/ha
100 t/ha
Suelo adyacente
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0
50
100
150
200
250
Glucosidasa
Respiración basal
RIS
CBM
NPM
AWCD
NUS
Shannon
No enmienda
50 t/ha
100 t/ha
INFORME 2016: EFECTO A LARGO PLAZO
En este segundo muestreo (largo plazo), realizado en julio de 2016, se
procedió a evaluar de nuevo la salud-calidad del suelo como consecuencia de
la adición del material bioestabilizado. A modo de recordatorio, mencionar que,
en este proyecto, en 2015 se enmendó un suelo degradado de Júndiz (Álava)
con dos dosis (50 y 100 t/ha) de material bioestabilizado; asimismo, se
incluyeron dos tratamientos control: suelo de referencia no enmendado (0 t/ha)
y suelo adyacente no degradado. Estos cuatro tratamientos (adyacente, 0, 50 y
100 t/ha) se aplicaron por triplicado.
Antes de añadir las enmiendas, se llevó a cabo una caracterización físico-
química del suelo objeto de estudio (ver primer informe = corto plazo). A partir
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de esta caracterización, concluimos que el suelo de Júndiz era alcalino y con
un contenido bajo de materia orgánica.
Por otra parte, se cuantificó el efecto a corto plazo de la adición de las citadas
enmiendas sobre la salud-calidad del suelo, estimada ésta a partir de diversos
parámetros microbianos con potencial bioindicador de la calidad y salud del
suelo. En concreto, se determinaron los siguientes parámetros:
• Actividad enzimática β-glucosidasa: actividad celulasa que proporciona
información sobre el ciclo de carbono.
• Respiración basal: indicador de actividad biológica total.
• RIS-respiración inducida por sustrato: indicador de biomasa viable capaz
de responder en un breve periodo de tiempo a la adición de glucosa,
sulfato de amonio y fosfato potásico (de hecho, la respiración inducida
por sustrato es una medida de actividad respiratoria potencial,
directamente relacionada con la biomasa microbiana).
• CBM-carbono de la biomasa microbiana: indicador de biomasa
microbiana total.
• NPM-nitrógeno potencialmente mineralizable: indicador de la
mineralización de nitrógeno orgánico asociada a la descomposición de la
materia orgánica.
• AWCD-desarrollo de color medio en las Biolog Ecoplates: indicador de
capacidad catabólica total.
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• NUS-número de sustratos utilizados en las Biolog Ecoplates: indicador
de riqueza funcional de las comunidades bacterianas cultivables y de
crecimiento rápido (estrategas r).
• Índice Shannon (H’): indicador de diversidad funcional de las citadas
comunidades bacterianas cultivables.
En lo concerniente a estas propiedades microbianas, en el primer muestreo
(ver primer informe = corto plazo), la respiración basal (bioindicador de
actividad microbiana total) fue el único parámetro que mostró valores
significativamente más altos en los suelos tratados con el material
bioestabilizado que en el suelo no enmendado. Por otra parte, se concluyó que
la ausencia de diferencias significativas entre tratamientos observadas con los
otros parámetros microbianos era, muy posiblemente, consecuencia de la
elevada heterogeneidad entre las réplicas.
En la tabla siguiente, se presentan los resultados del muestreo realizado en
julio de 2016 (largo plazo), en relación con los indicadores microbianos de la
calidad-salud del suelo:
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β-
GLUCOSIDASA RESPIRACIÓN
BASAL CBM NPM AWCD NUS Shannon
(mg NP/kg.h) (mg C/kg.h.ss) (mg C/kg
ss) (mg N-NH 4
+/kg ss)
No enmienda 175 ± 43b 1.6 ± 0.3b 337 ± 73a 29 ± 10b 0.78 ± 0.2a 19 ± 2.0a 3.9 ± 0.3a
50 t/ha 271 ± 59a 2.7 ± 0.5a 417 ± 57a 79 ± 18a 0.77 ± 0.0a 20 ± 2.1a 4.0 ± 0.2a
100 t/ha 233 ± 30ab 3.0 ± 0.6a 621 ± 455a 74 ± 28a 0.99 ± 0.2a 21 ± 2.0a 4.2 ± 0.2a Suelo adyacente 203 ± 49ab 2.7 ± 0.8a 362 ± 112a 53 ± 19ab 0.97 ± 0.2a 20 ± 1.0a 4.2 ± 0.1a * Letras: Diferencias significativas entre tratamientos según ANOVA y test post-hoc de Fisher (p<0.1).
Como se puede observar, el suelo degradado no enmendado (0 t/ha) sigue
presentando valores inferiores de actividad biológica total (i.e., valores de
respiración basal) que el suelo enmendado a las dos dosis empleadas;
análogamente, los valores de actividad biológica total son también inferiores en
el suelo degradado no tratado frente al suelo de referencia adyacente.
Por otra parte, a diferencia del primer muestreo a corto plazo, a largo plazo se
observa que la adición de material estabilizado ha conducido a un incremento
de los valores de nitrógeno potencialmente mineralizable (NPM) frente al suelo
no enmendado (0 t/ha), lo cual a priori sugiere un aumento de la fertilidad de
los suelos enmendados como consecuencia de la mineralización del nitrógeno
orgánico, aportado por el material bioestabilizado, a formas inorgánicas de
nitrógeno (i.e., amonio) fácilmente disponibles para las plantas.
Sin embargo, no se observaron diferencias significativas en relación con (1) el
carbono de la biomasa microbiana y (2) los tres parámetros procedentes de los
perfiles fisiológico-catabólicos a nivel de comunidad bacteriana (i.e., AWCD,
NUS, H’, obtenidos con las placas Biolog Ecoplates) que reflejan la capacidad
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de las poblaciones bacterianas cultivables heterótrofas de utilizar diferentes
fuentes de carbono. No obstante, sí se observa una tendencia hacia el
incremento de estos parámetros en los suelos enmendados con material
bioestabilizado, frente al suelo no tratado, pero las diferencias observadas no
fueron estadísticamente significativas, muy probablemente debido a la alta
heterogeneidad entre las parcelas-réplicas.
En este muestreo a largo plazo, se observaron valores más altos de actividad
β-glucosidasa en el suelo enmendado con 50 t/ha de material bioestabilizado
que en el suelo no enmendado (0 t/ha). Esta actividad está implicada en el ciclo
del carbono, y en concreto, en la conversión de celobiosa a glucosa. A su vez,
la glucosa formada actúa como fuente de carbono fácilmente degradable para
las comunidades heterótrofas del suelo.
Mencionar que en este segundo muestreo los valores de respiración inducida
por substrato fueron muy bajos, cercanos al límite de resolución de la técnica
empleada para cuantificar este parámetro (datos no mostrados).
Todo lo anteriormente aquí expuesto, indica una act ivación a largo plazo
de las comunidades microbianas edáficas (indicadore s microbianos de la
calidad y salud del suelo) como consecuencia de la adición del material
bioestabilizado.
Finamente, al igual que en el informe previo, se presentan a continuación dos
diagramas ameba que resumen de forma gráfica el efecto bioestimulador arriba
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mencionado de los tratamientos con material bioestabilizado sobre la
calidad/salud del suelo (estimada a partir de los parámetros microbianos con
potencial bioindicador), y que han sido elaborados teniendo como suelo de
referencia (100%) tanto el suelo adyacente no degradado como el suelo
degradado no enmendado:
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