Recuperación de suelos contaminados por elementos traza mediante fitotecnologías de estabilización

Resumen

La contaminación de suelos por elementos traza debida a la actividad minera generalmente conlleva la degradación y modificación de su capacidad para desarrollar plenamente y de manera sostenible sus funciones ecológicas potenciales, pudiendo además afectar a los ecosistemas adyacentes. Ante esta problemática surge la necesidad de desarrollar técnicas que puedan reducir la toxicidad de los elementos traza tratándolos y estabilizándolos in situ, y que a su vez fomenten los procesos naturales que tienen lugar en el suelo con objeto de recuperar su funcionalidad (salud). En este marco se planteó la presente investigación, cuyo objetivo principal fue estudiar en suelos mineros contaminados por elementos traza el efecto de la aplicación de técnicas de fitoestabilización, basadas en el uso de enmiendas orgánicas y plantas autóctonas, sobre las propiedades fisicoquímicas y biológicas que determinan la salud del suelo. Todo ello con el fin de establecer las bases para evaluar su eficacia y optimizar su aplicación, y a su vez, potenciar los beneficios ambientales y socioeconómicos relacionados con la utilización de residuos orgánicos con gran problemática de gestión como enmiendas del suelo con objeto de mejorar su fertilidad. Así, en esta Tesis se describen los principales resultados de diversos ensayos realizados bajo tres escalas o niveles de experimentación: de laboratorio, cámara de cultivo y campo, utilizando tres suelos procedentes de la Sierra Minera de La Unión-Cartagena (Murcia) con diferentes características fisicoquímicas y grado de contaminación en cuanto a la concentración de elementos traza (moderado, alto y extremo). Como enmiendas orgánicas se utilizaron dos materiales con diferente grado de estabilidad microbiológica: compost de alperujo y purín de cerdo. El primero procede de la transformación mediante compostaje del principal residuo de la industria olivarera (alperujo), y el segundo el principal residuo de la ganadería porcina, dos de los sectores agropecuarios más importantes de España. Adicionalmente se utilizaron cal hidratada y un fertilizante inorgánico NPK como enmiendas inorgánicas. En cuanto a las especies vegetales seleccionadas, se utilizó Lolium perenne L. en el ensayo realizado en cámara de cultivo para actuar como indicador de la disponibilidad y fitotoxicidad de los elementos traza, y Atriplex halimus L. y Bituminaria bituminosa (L.) C.H. Stirton en los ensayos en campo por ser especies tolerantes a los elementos traza y autóctonas de la zona de estudio, estando así adaptadas a las condiciones edafoclimáticas de la misma. El estudio de los distintos tratamientos aplicados bajo las tres perspectivas experimentales, se planteó como una estrategia apropiada para evaluar su influencia sobre las propiedades fisicoquímicas y biológicas del suelo que definen la salud del mismo. De este modo, los experimentos permitieron estudiar a corto, medio y largo plazo, bajo condiciones controladas y naturales, los efectos de las enmiendas orgánicas e inorgánicas sobre la movilidad, disponibilidad y toxicidad de los elementos traza, y su influencia en el desarrollo vegetal y microbiano, distinguiendo entre el efecto de la propia materia orgánica aportada y la modificación de las características fisicoquímicas producida tras su adición. Asimismo, permitieron evaluar la adecuación de las especies vegetales y estudiar la importante interrelación existente entre las plantas y las comunidades microbianas del suelo. En los distintos ensayos se observó que la solubilidad y movilidad de los elementos traza en los suelos estudiados dependió principalmente del pH y el potencial redox, por lo que el efecto de las enmiendas sobre su disponibilidad estuvo asociado fundamentalmente a la modificación de estos parámetros, no siendo tan importante la naturaleza de la materia orgánica aportada. De este modo, el efecto de las enmiendas sobre los elementos traza en los suelos con pH cercanos a la neutralidad fue escaso, destacando únicamente una leve solubilización de As y Mn, y cierta inmovilización de Pb y Zn. Sin embargo, el uso de las enmiendas orgánicas en el suelo con mayor acidez implicó una importante inmovilización de todos los elementos traza estudiados, lo cual supuso la disminución de la toxicidad del mismo. Pero la adición de los materiales orgánicos supuso una importante fuente de C orgánico y nutrientes esenciales, cuya disponibilidad y persistencia en el tiempo en todos los suelos dependió de la complejidad de la materia orgánica aportada. El compost, debido a la estabilidad de su materia orgánica y su lenta mineralización, significó una reserva de nutrientes a largo plazo, mientras que la naturaleza lábil del purín implicó la disponibilidad a corto plazo de los mismos. Este aporte de nutrientes esenciales por parte del compost y del purín, pese a su diferente persistencia y a la importante toxicidad observada en los suelos, mejoró el crecimiento vegetal tanto de las especies seleccionadas (especialmente de A. halimus en el suelo de contaminación alta y elevada salinidad) como de especies espontáneas, fomentando así el establecimiento de una cubierta vegetal bien desarrollada, permanente y autosostenible en el suelo. Esto significó una fuente extra de nutrientes como consecuencia de la degradación del material vegetal incorporado al suelo durante el ciclo de vida de las plantas, pudiendo suplir la menor persistencia de dichos elementos en el tratamiento con purín. Todo ello estimuló el desarrollo microbiano en los distintos suelos al reducir las condiciones de estrés, aumentando a corto y largo plazo su crecimiento, actividad y complejidad funcional, lo cual implicó la reactivación de procesos esenciales que se encontraban inhibidos, como la nitrificación, y la mejora del crecimiento vegetal. La integración de todos los resultados indica que la adición de los materiales orgánicos implicó la mejora de la función hábitat del ecosistema edáfico, la reactivación de los ciclos biogeoquímicos de los principales elementos y la reducción de la dispersión de los elementos traza a los ecosistemas adyacentes, mejorando por tanto, la salud y funcionalidad de los suelos, y lo más importante, todo ello pudo ser verificado en campo bajo condiciones reales. Sin embargo, en todos los ensayos se observó que la adición de cal hidratada o de fertilizante inorgánico no logró estimular significativamente el desarrollo vegetal y microbiano, a pesar de incrementar el pH del suelo y aportar nutrientes fácilmente asimilables, respectivamente, reflejando la necesidad de la materia orgánica y su persistencia en el suelo, y por tanto, la idoneidad de la utilización de materiales orgánicos como enmiendas en procesos de recuperación de suelos contaminados por elementos traza. Por tanto, la utilización tanto de compost de alperujo como de purín de cerdo, y especialmente en combinación con A. halimus, puede ser una estrategia eficaz para la recuperación de los suelos pobres con elevados niveles de elementos traza propios de la Sierra Minera de La Unión, siendo esta fitotecnología potencialmente aplicable a gran escala y extrapolable a suelos de zonas climáticas semiáridas con similares características.