Asistencia a la 12ª Conferencia Internacional de Cierre de Minas

El pasado mes de septiembre se celebró la 12ª Conferencia Internacional de Cierre de Minas en Leipzig (Alemania). Este congreso, organizado por la Technical University Bergakademie Freiberg, es uno de los referentes a nivel mundial entre los profesionales que desarrollan su actividad en el sector de cierre de minas. Los principales temas que se trataron y que preocupan en el sector son: establecer  planes integrados de vida en la minería, diseñar usos del suelo sostenibles desde el punto de vista social y ambiental, aumentar el valor del escenario post-minería, y establecer ecosistemas estables y autorregenerativos, entre otros.

Debido a la urgente  necesidad de mejorar la recuperación de zonas mineras ya abandonadas y en proceso de cierre, investigadores del IRNAS-CSIC, la Universidad de Sevilla, la Universidad de Reading y la Haute École Condorcet han colaborado para presentar un artículo y una comunicación oral en esta conferencia.

Gil-Martínez M, Domínguez MT, Navarro-Fernández CM, Crompot H, Tibbett M , Marañón T (2018). Long-term effects of trace elements contamination on soil microbial biomass and enzyme activities, in C Drebenstedt, F von Bismarck, A Fourie & M Tibbett (eds), Proceedings of the 12th International Conference on Mine Closure, Technical University Bergakademie Freiberg, Germany, pp. 633-644.

Se han presentado los resultados de la aplicación de una estrategia de fitoestabilización en zonas mineras contaminadas por metales pesados. En la zona de estudio del Corrredor Verde del Guadiamar, donde la fitoestabilización lleva sucediendo durante 19 años, se ha descubierto cómo la forestación mejora la fertilidad y biomasa microbiana del suelo, lo que indica una mejor calidad de este. Además se ha visto cómo diferentes especies arbóreas tienen un efecto diferente en el suelo y sus comunidades microbianas. El álamo blanco es una especie que ayuda a neutralizar el suelo y recuperar niveles adecuados de nutrientes en el suelo. En cambio, el pino piñonero acidifica el suelo, aumentando la disponibilidad de metales pesados y reduciendo las comunidades microbianas. Por lo tanto, en la forestación es recomendable adecuar las especies a las condiciones específicas de la zona minera a recuperar.

Durante esta conferencia, Marta Gil-Martínez investigadora predoctoral del IRNAS-CSIC, pudo visitar el Proyecto de Remediación de Relaves de las Minas de Uranio de Wismut, el cual comenzó en 1991 y en la actualidad siguen los trabajos de limpieza, de perfilado y de establecimiento de cubiertas. La última cubierta consiste en diferentes tipos de vegetación para establecer zonas de bosque y zonas abiertas de herbáceas, para maximizar la biodiversidad.

Contaminación y colonización por hongos ectomicorrícicos asociados a la encina

El desastre ambiental ocasionado por la rotura de la balsa de decantación de la mina de Aznalcóllar, Sevilla (en 1998), dejó tras de sí hectáreas de tierras contaminadas. Las tareas de descontaminación y restauración del ecosistema dieron lugar al establecimiento de una zona verde y protegida ambientalmente, el Corredor Verde del Guadiamar. La restauración fue llevada a cabo a través de plantaciones de vegetación autóctona, sin embargo, no se incluyó la restauración de la flora microbiana del suelo, un componente crucial para el funcionamiento de los ecosistemas terrestres.

Un equipo de investigación del IRNAS, CSIC, en colaboración con la EEZ, CSIC, la Universidad de Sevilla y la Universidad de Copenhague (Dinamarca) han evaluado el estado de la comunidad de hongos ectomicorrícicos (ECM) asociados a las raíces de la encina (Quercus ilex) en los suelos contaminados y recuperados del Guadiamar. Los hongos ectomicorrícicos forman asociaciones simbióticas principalmente con árboles. Estos hongos desarrollan una envoltura de hifas alrededor de las puntas de las raíces de los árboles donde se desarrolla el intercambio de nutrientes (carbohidratos por nitrógeno principalmente) inherente de este tipo de simbiosis. Un sólo árbol puede estar colonizado a la vez por varias especies de hongos. Sin embargo, dentro del grupo de especies de hongos capaces de desarrollar este tipo de simbiosis hay diferencias funcionales, tanto a nivel de toma de nutrientes e intercambio con la planta, como a la protección frente a elementos traza que confieren a la planta. Estas diferencias pueden inferirse, en parte, de la morfología de estos hongos, pero pocos estudios se han basado en la caracterización de puntas de raíz micorrizadas individuales para inferir los efectos de un impacto ambiental sobre las comunidades de hongos ectomicorrícicos.

La caracterización molecular y morfológica de los hongos ectomicorrícicos asociados a encinas en un gradiente de contaminación en el Corredor Verde del Guadiamar permitió descubrir que la contaminación está afectando de hecho a la composición funcional de la comunidad ECM. En las zonas más contaminadas se apreció una reducción en la abundancia de hongos capaces de explorar el sustrato a larga y media distancia, pudiendo, en consecuencia, afectar al estatus nutricional de los árboles de sitios contaminados.

El estudio ha sido publicado en la revista Soil Biology and Biochemistry:

López-García, Á., Gil-Martínez, M., Navarro-Fernández, C. M., Kjøller, R., Azcón-Aguilar, C., Domínguez, M. T., Marañón, T. (2018). Functional diversity of ectomycorrhizal fungal communities is reduced by trace element contamination. Soil Biology and Biochemistry, 121: 202-211.

https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2018.03.021

Medidas para recuperar suelos contaminados: estudio de caso del Guadiamar

La contaminación del suelo es una de las principales preocupaciones ambientales a escala global. En el proyecto europeo RECARE se abordan distintas amenazas de degradación del suelo y se proponen medidas y soluciones para la recuperación de suelos degradados.

Un equipo de investigación del IRNAS, CSIC participa en el proyecto RECARE y ha contribuido con la evaluación de medidas de recuperación de suelos contaminados en el estudio de caso del Corredor Verde del Guadiamar (Sevilla). Se ha propuesto la implementación de un proceso de fitorrecuperación en tres fases: adición de enmiendas, plantación de árboles y monitorización continua del sistema.

1) En primer lugar, se presentaron los resultados de un estudio de larga duración (desde el año 2002 a 2016) en el que se aplicaron dos tipos de enmiendas (espuma de azucarera y compost biosólido) al suelo contaminado. La efectividad del tratamiento se evaluó midiendo la biomasa de las plantas y  las concentraciones de elementos traza (ET) en las mismas, así como la transferencia de estos elementos del suelo a la planta. Las enmiendas inorgánicas ricas en cal fueron muy efectivas para aumentar el pH del suelo y reducir la disponibilidad (movilidad) de TE; mientras que las enmiendas orgánicas fueron efectivas para compensar la pérdida de materia orgánica del suelo.

2) En segundo lugar, se presentaron los efectos sobre la recuperación del suelo de siete especies de árboles (Populus alba, Celtis australis, Fraxinus angustifolia, Quercus ilex, Olea europaea, Ceratonia siliqua y Pinus pinea), plantados en suelos recuperados. Se midió la concentración de ET en hojas y raíces de los árboles, así como en el suelo subyacente, en 2014 (árboles de unos 15 años). Se evaluó la capacidad de fitoestabilización de ET por las diferentes especies, en base a la retención por las raíces y la baja translocación a las hojas.

3) En este proceso de fitorrecuperación de suelos contaminados es necesario el seguimiento y la monitorización a largo plazo de la disponibilidad de ET en los suelos y su concentración en los distintos organismos (flora y fauna) que forman la red trófica. La evaluación continua de los resultados modificará la aplicación de las medidas de recuperación en un ciclo de gestión adaptativo.

El trabajo ha sido publicado en el número especial de la revista Catena titulado “Testando la Conservación de Suelos”, que recopila los resultados de los diferentes estudios de caso del proyecto RECARE.

Madejón P., Domínguez M.T., Gil-Martínez M., Navarro-Fernández C.M., Montiel-Rozas M.M., Madejón E., Murillo J.M., Cabrera F., Marañón T.  Evaluation of amendment addition and tree planting as measures to remediate contaminated soils: The Guadiamar case study (SW Spain). 2018. Catena 166: 34-43.

Veinte años de estudios ambientales en el Guadiamar

El accidente de la mina de Aznalcóllar (sur de España), en abril de 1998, fue una catástrofe ecológica y socioeconómica a gran escala. Desde entonces, el grupo de investigación SOIL-PLANT del IRNAS, CSIC ha estado trabajando en el área afectada por el vertido minero (actualmente Corredor Verde del Guadiamar).

Con ocasión del 20 aniversario de esta catástrofe ambiental, se ha preparado una revisión de todos los estudios realizados sobre las relaciones entre suelos y plantas, en la zona contaminada y recuperada del Corredor Verde del Guadiamar. Esta revisión es una contribución de los proyectos RECARE y RESTECO.

En el artículo se revisa en profundidad la información publicada sobre la caracterización de los lodos y los suelos contaminados, así como la monitorización de los elementos traza y su dinámica en el sistema suelo-planta. Se revisan los efectos de diferentes tipos de enmiendas para recuperar los suelos, a diferentes escalas espaciales y su efectividad con el tiempo. Se muestran los niveles de elementos traza en el suelo y su transferencia a las plantas (cultivos, hierbas, arbustos y árboles) para evaluar los posibles efectos de toxicidad en la red trófica. Se examina la utilidad de algunas plantas (acumuladoras) para su posible uso como biomionitores de la contaminación por elementos traza en el medio ambiente. Finalmente se discute la experiencia adquirida durante estos 20 años de estudios ambientales en el Corredor Verde del Guadiamar, considerado internacionalmente como una experiencia relevante de fitorrecuperación de suelos contaminados a gran escala.

El trabajo de revisión  será publicado en el número de junio 2018 de la revista Science of the Total Environment.

Madejón P., Domínguez M.T., Madejón E., Cabrera F., Marañón T., Murillo J.M. 2018. Soil-plant relationships and contamination by trace elements: A review of twenty years of experimentation and monitoring after the Aznalcóllar (SW Spain) mine accident. Science of the Total Environment 625: 50–63.

Rasgos funcionales de las raíces en bosques y matorrales mediterráneos

Las raíces juegan un papel fundamental en las funciones de la planta (absorción y almacenamiento de agua y nutrientes), así como para el funcionamiento del ecosistema (productividad primaria). La actividad de las raíces está en muchos casos relacionada con rasgos estructurales, como el diámetro de la raíz, su densidad y superficie específica. Sin embargo, hay pocos estudios sobre los rasgos funcionales de la raíz y su importancia en ambientes mediterráneos.

Investigadores del proyecto RESTECO y de la Universidad de Córdoba han explorado la variación de rasgos estructurales de la raíz de 80 especies leñosas mediterráneas (matorrales y árboles) a lo largo de un amplio gradiente regional de condiciones ambientales en el sur de España; cubriendo desde 200 hasta 2.000 mm de precipitación anual.

En general, se encontraron relaciones fuertes entre la mayoría de los rasgos estructurales de la raíz. Por ejemplo, aquellas especies con una superficie específica de la raíz elevada tenían raíces más finas y con baja densidad del tejido. La tendencia principal de variación se interpretó como el «espectro de la economía de la raíz». Sin embargo, el diámetro de la raíz no estaba completamente alineado a lo largo de este eje principal. Es necesario estudiar otros rasgos y explorar la existencia de un espectro multidimensional de rasgos de raíz, como sugieren algunos autores.

La disponibilidad de agua y de nutrientes en el suelo fue el principal impulsor de la variación de los rasgos de la raíz. Así, las comunidades de plantas que crecían en ambientes más productivos (con mayor disponibilidad de agua, nitrógeno y materia orgánica en el suelo) estaban dominadas por especies con rasgos de raíz asociados con una adquisición rápida de recursos. Una disminución de la disponibilidad de agua causada por el cambio climático limitará el elenco de especies de distintas comunidades vegetales y modificará profundamente su funcionamiento.

Este estudio ha sido publicado en la revista Plant and Soil (en línea desde 23 octubre 2017) y forma parte de un número monográfico sobre rasgos funcionales de raíces.

de la Riva, E.G., Marañón, T., Pérez-Ramos, I.M., Navarro-Fernández, C.M., Olmo, M., Villar, R. (2017). Root traits across environmental gradients in Mediterranean woody communities: are they aligned along the root economics spectrum? Plant and Soil doi.org/10.1007/s11104-017-3433-4

En portada de la revista Journal of Ecology

El último número de la revista Journal of Ecology (vol. 105, issue 5, septiembre 2017) dedica su portada al trabajo sobre variabilidad climática y rasgos funcionales del matorral de Doñana.

Como se indica en el blog de la revista, la imagen muestra a Carmen Padilla (estudiante de doctorado) recogiendo hojas para el estudio de rasgos funcionales; la foto fue tomada en Doñana por Ignacio Pérez Ramos.

Este artículo ya fue reseñado en el blog del proyecto RESTECO cuando apareció publicado en línea en 28 febrero 2017:

http://www.resteco.es/es/diversidad-funcional-y-estabilidad-frente-al-cambio-climatico

El artículo completo se puede descargar en la web de la revista:

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1365-2745.12747/full

La foto de portada también se puede ver en Pinterest:

https://www.pinterest.com/pin/562316703465731615/

Potencial del eucalipto para recuperar suelos contaminados

El uso de árboles para inmovilizar contaminantes (técnica llamada fitoestabilización) es un método efectivo y de bajo coste para recuperar suelos contaminados.

Investigadores del IRNAS, CSIC y de Nueva Zelanda han evaluado el potencial del eucalipto rojo (Eucalyptus camaldulensis) como fitoestabilizador de suelos contaminados por elementos traza (ET). Dentro del proyecto RESTECO, se ha estudiado la concentración de ET en el suelo, y en las hojas y flores de eucaliptos, en 7 sitios distribuidos a lo largo de la cuenca del río Guadiamar. En general, la concentración de elementos como As, Cd, Cu, Pb y Zn en hojas y flores fue relativamente baja e inferior a los niveles tóxicos.

El eucalipto es un árbol de crecimiento rápido y raíces profundas; debido a su tolerancia a la contaminación por elementos traza y la baja transferencia de metales hacia los órganos aéreos se le puede considerar como adecuado para fitorrecuperar suelos contaminados.

Por otra parte, se encontró una correlación significativa entre la concentración de Cd, Mn y Zn (pero no de Cu ni Pb) en sus hojas y en la rizosfera. Por tanto, las hojas de eucaliptos pueden servir como bioindicador del nivel de contaminación en el suelo de Cd, Mn y Zn.

El trabajo ha sido publicado el 30 de junio 2017 en la revista de libre acceso PLOSONE.

Madejón P, Marañón T, Navarro-Fernández CM, Domínguez MT, Alegre JM, Robinson B, Murillo JM (2017) Potential of Eucalyptus camaldulensis for phytostabilization and biomonitoring of trace-element contaminated soils. PLoS ONE 12(6): e0180240.

Diversidad funcional y estabilidad frente al cambio climático

La diversidad funcional de una comunidad es clave para su estabilidad frente al cambio climático.

Investigadores del proyecto RESTECO, en colaboración con la Universidad de Córdoba, Universidad Autónoma de Barcelona y la EBD-CSIC, han estudiado el papel de la diversidad funcional y las condiciones del suelo como los principales motores de la estabilidad de la comunidad de plantas leñosas en Doñana (sur de España).

La estabilidad de la comunidad ha sido cuantificada como los cambios en cobertura, composición y diversidad de especies en 19 parcelas experimentales, durante nueve años. Las medidas de diversidad funcional se han basado en el análisis de ocho rasgos (de hojas, tallos y raíces) para las 16 especies que componen las diferentes comunidades.

Se ha comprobado que las comunidades de matorral fueron muy sensibles a la variabilidad climática. En los períodos más secos y fríos se produjo una reducción en la cobertura vegetal, aunque aumentó la diversidad funcional; posiblemente por la expansión de especies funcionalmente diferentes en los nuevos espacios abiertos.

Las comunidades con mayor diversidad funcional, y establecidas en condiciones más limitantes en recursos, fueron las más estables en el tiempo. Este resultado podría explicarse porque dichas comunidades están compuestas principalmente por una gran diversidad de especies tolerantes al estrés, que están potencialmente mejor adaptadas a las condiciones climáticas adversas.

Se puede inferir que el aumento en la frecuencia de los eventos climáticos extremos (que predicen los modelos) cambiará la estructura funcional de las comunidades de matorral y tendrá repercusiones en el funcionamiento del ecosistema.

El estudio ha sido publicado en la revista Journal of Ecology (en línea desde 28 febrero 2017).

Pérez‐Ramos, I. M., Díaz‐Delgado, R., de la Riva, E. G., Villar, R., Lloret, F., Marañón, T. (2017). Climate variability and community stability in Mediterranean shrublands: the role of functional diversity and soil environment. Journal of Ecology doi: 10.1111/1365-2745.12747

Los datos se pueden consultar en el repositorio de libre acceso DRYAD.

 

Papel del suelo en el efecto facilitador de la retama

foto_retamasEn ecosistemas áridos y semi-áridos, los suelos bajo matorral presentan mayor fertilidad y actividad biológica que los suelos desprovistos de vegetación. Este hecho se relaciona frecuentemente con un aumento en el reclutamiento de otras especies leñosas bajo la cubierta del matorral en estos sistemas, lo cual se conoce como efecto facilitador. El uso del efecto facilitador de matorrales como la retama (Retama sphaerocarpa (L.) Boiss.)  puede ser especialmente útil para la revegetación de zonas intensamente degradadas.

Un equipo del IRNAS-CSIC, liderado por MT Domínguez, ha estudiado la utilidad del efecto facilitador para la revegetación de zonas mediterráneas contaminadas por elementos traza. En particular, han evaluado si este efecto facilitador está relacionado con un aumento de la fertilidad y las actividades enzimáticas extracelulares del suelo, usando la asociación retama-encina como sistema de estudio. El estudio fue realizado en el Corredor Verde del Guadiamar, zona contaminada por un vertido minero, donde se estudió el contenido en nutrientes, materia orgánica y la actividad microbiana a lo largo de un gradiente de contaminación, distinguiendo entre micrositios con diferente vegetación (suelo desnudo, suelo bajo retama, suelo bajo encina, y suelo bajo la asociación retama-encina).

Trece años después de la revegetación de la zona contaminada el contenido en nutrientes y materia orgánica de los suelos estuvo aun escasamente influenciado por el desarrollo de la vegetación, siendo similar entre los distintos tipos de micrositios. Del mismo modo, los niveles de actividad enzimática del suelo estuvieron más influenciados por factores como el pH, el nivel de materia orgánica (con valores contrastados entre sitios, debido a las tareas previas de remediación de los suelos) que por el desarrollo de la vegetación. En los suelos bajo la asociación retama-encina se observó una fuerte acidificación del suelo (pH < 4) en el sitio más contaminado, que resultó en una alta solubilidad de elementos traza, potencialmente tóxicos, y una inhibición de la mayoría de actividades enzimáticas.

Los resultados confirman evidencias anteriores de que en este sistema el efecto facilitador de los matorrales de retama está más relacionado con la mejora en las condiciones abióticas (luz, temperaturas extremas) bajo la cubierta del matorral que con aumentos de la fertilidad o actividad biológica del suelo. También sugieren que las condiciones edáficas de partida en la reforestación de una zona degradada, modificables mediante la adición de enmiendas, son fundamentales para la recuperación de la actividad biológica del suelo a largo plazo.

El estudio ha sido publicado en la revista Ecological Engineering (disponible online desde el 18 de octubre de 2016).

 

Referencia:

Domínguez, M.T., Madejón E., López-Garrido, R., Marañón, T., Murillo, J.M. 2016. Shrubs for the remediation of contaminated Mediterranean areas: is the nurse effect mediated by increases in soil enzyme activities? Ecological Engineering, 97: 577-581.

Patrones de micorrización en un gradiente ambiental

figura_micorrizasLa simbiosis micorrícica es una asociación mutualista entre plantas y determinados hongos que puede ser clave bajo condiciones ambientales de estrés, como ocurre en los bosques mediterráneos con escasez de agua y otros recursos.

Investigadores del IRNAS-CSIC y la Universidad de Córdoba han estudiado las relaciones existentes entre el grado de colonización radicular por hongos formadores de ectomicorrizas (ECM) y de micorrizas arbusculares (AM), con otros rasgos de la raíz y de la hoja, en comunidades de plantas leñosas de Sierra Morena (Córdoba) distribuidas a lo largo de un gradiente de recursos del suelo.

El grado de ectomicorrización estuvo relacionado positivamente con la abundancia de especies perennifolias y con el contenido de materia seca en hojas y raíces, pero negativamente con la longitud específica de la raíz y el área específica de la hoja. El factor abiótico más influyente sobre la ectomicorrización fue la humedad del suelo, observándose un mayor grado de colonización por ECM en sitios más secos.

Sin embargo, no se encontraron vínculos entre la colonización por hongos AM y los rasgos de la planta estudiados, aunque se halló una fuerte relación positiva con el contenido de cobre y otras características fisicoquímicas del suelo.

Los cambios en el grado de ectomicorrización entre comunidades parecen estar debidos principalmente a la tasa de recambio de especies, sin embargo en el caso de la micorrización AM fue importante la variabilidad intraespecífica.

La aproximación basada en los rasgos micorrícicos a nivel de comunidad es novedosa y útil para entender mejor el funcionamiento de los bosques y matorrales mediterráneos.

El estudio ha sido publicado (en línea desde el 29 de agosto 2016) en la revista Journal of Vegetation Science.

Navarro-Fernández CM, Pérez-Ramos IM, de la Riva EG, Vera JR, Roumet C, Villar R, Marañón T (2016). Functional responses of Mediterranean plant communities to soil resource heterogeneity: a mycorrhizal trait-based approach. Journal of Vegetation Science, DOI: 10.1111/jvs.12446.