The importance of edaphic niches and spontaneous vegetation for the phytomanagement of mine tailings under semiarid climate
[SPA] Las balsas de lodos de flotación o balsas mineras son consideradas las causantes de los principales problemas ambientales asociados a la actividad minera, debido a la dispersión de partículas con alto contenido en metales y metaloides que se produce desde sus superficies desnudas a causa de la erosión hídrica y eólica. Este hecho es especialmente importante cuando las balsas mineras están situadas en las proximidades de zonas naturales protegidas o áreas urbanas, agrícolas o recreativas. El fitomanejo en términos de fitoestabilización (uso de plantas para inmovilizar metal(oid)es en la rizosfera) puede ser una opción apropiada y de bajo coste para la restauración de las balsas mineras. Sin embargo, el éxito de su aplicación aún necesita una mejor comprensión de los factores edáficos, ecológicos y fisiológicos relacionados con el establecimiento de la vegetación sobre estas balsas. La presente Tesis Doctoral se centró en el estudio de los factores edáficos y ecofisiológicos relacionados con la colonización espontánea de las balsas mineras, con el fin de proponer recomendaciones para el fitomanejo, en el contexto de clima semiárido del Distrito Minero de Cartagena‐La Unión (sureste de España). Los objetivos específicos fueron: 1. Describir los gradientes edáficos y la vegetación espontánea asociados a ellos, e identificar los nichos edáficos potencialmente favorables, en balsas mineras abandonadas del Distrito Minero de Cartagena‐La Unión. 2. Evaluar la idoneidad de las especies vegetales espontáneas para la restauración/estabilización de balsas mineras, de acuerdo al papel de la rizosfera en la mejora de las condiciones edáficas, al estudio de diferentes formas de vida y a las respuestas ecofisiológicas de las plantas a las condiciones de las balsas mineras. 3. Evaluar el comportamiento de especies arbóreas en las balsas mineras, para estimar sus posibilidades como candidatas para la fitoestabilización y su papel potencial en la restauración de tales ambientes. 4. Evaluar la respuesta de una especie herbácea comúnmente encontrada en las balsas (Piptatherum miliaceum) a la adición de una enmienda orgánica a los residuos mineros, empleando medidas de isótopos estables en planta y considerando las interacciones intraespecíficas. Para alcanzar estos objetivos, se diseñaron dos fases: una fase de trabajo de campo y una fase experimental. El primer estudio de campo estuvo centrado en la descripción de los gradientes edáficos y ecológicos a lo largo de un transecto desde una zona no contaminada o “control” hasta las balsas mineras. La distribución en parches edáficos pareció ser determinante en el establecimiento selectivo de la vegetación espontánea que crecía en las balsas. La salinidad del suelo fue el principal factor relacionado con los cambios en el inventario de especies y con la disminución de la diversidad y riqueza ecológica desde la zona no contaminada hasta la meseta de las balsas, mientras que los metal(oid)es jugaron un papel secundario. La colonización de las balsas mineras por especies autóctonas típicas de la zona control estuvo relacionada con un gradiente de fertilidad, generado por la mejora de las condiciones edáficas debido al desarrollo previo de la vegetación pionera. Este proceso natural ha dado lugar a la creación de parches de vegetación densa, aquí llamados “islas de fertilidad”, que contienen especies clímax de la zona. La utilidad de las especies espontáneas para el fitomanejo de balsas mineras fue evaluado en primer lugar mediante un trabajo de campo enfocado en la caracterización de las rizosferas y la ecofisiología de distintas especies vegetales (herbáceas, arbustos y árboles). La rizosfera de herbáceas y arbustos espontáneos (P. miliaceum, Helichrysum decumbens) mostró una mejora significativa de la microbiología del suelo, comparada con el suelo desnudo. Además, la similitud entre la rizosfera de árboles individuales (Tetraclinis articulata, y sobre todo, Pinus halepensis) y la de las “islas de fertilidad” llevaron a sugerir que los árboles son la clave para el desarrollo de estas áreas de vegetación densa. En relación a herbáceas y arbustos, se realizó un trabajo de campo para evaluar el diferente comportamiento de halófitas y no halófitas espontáneas, y evaluar si las halófitas podrían ser más adecuadas para sitios salinos específicos en las balsas mineras. En el caso de especies arbóreas, se llevaron a cabo tres estudios específicos sobre P. halepensis con el fin de conocer mejor la habilidad de los pinos para soportar las condiciones edáficas de las balsas mineras. El primero de ellos estuvo centrado en la acumulación de metal(oid)es en pinos a lo largo de un gradiente de contaminación. El segundo y el tercer trabajo trataron sobre el estado ecofisiológico, la composición foliar elemental e isotópica, y la retranslocación interna de nutrientes y metal(oid)es en poblaciones espontáneas de P. halepensis en balsas mineras. Los pinos mostraron una buena tolerancia a las pobres condiciones edáficas de las balsas. A pesar de una deficiencia foliar de fósforo severa, los pinos mostraron una sustancial retranslocación de macronutrientes desde las hojas senescentes, lo que puede ayudarles a tolerar algunas deficiencias nutricionales, especialmente en relación a potasio, magnesio y fósforo. El análisis de la composición isotópica foliar reveló que los pinos que crecían sobre las balsas mineras estaban menos estresados hídricamente que aquellos de la zona control, y que la asociación micorrícica podría ser crítica para el desarrollo de estos pinos sobre las balsas mineras. Además, los pinos mostraron una relativamente baja absorción de metal(oid)es y algunos mecanismos para tolerarlos, como la inmovilización en tejidos menos activos biológicamente (como Cd, Cu, Pb y Sb en las ramas) o la acumulación en órganos desechables (como As, Cd, Sb, Pb y Zn en la hojarasca). Finalmente, se realizó un experimento en macetas usando una gramínea comúnmente encontrada en balsas mineras (P. miliaceum) y un residuo minero enmendado con un residuo sólido municipal obtenido del reciclado de envases metálicos. P. miliaceum fue capaz de crecer en el residuo minero tanto con la enmienda como sin ella. La adición del residuo sólido municipal mejoró algunos indicadores de fertilidad del suelo, aunque el principal efecto se observó sobre el crecimiento y desarrollo de la planta. Las concentraciones de metal(oid)es en las hojas estuvieron por debajo de los límites tóxicos para forraje en todos los tratamientos. El crecimiento de la planta también se vio influenciado por la competencia intraespecífica, la cual provocó un descenso de la biomasa de la planta en los tratamientos con y sin enmienda. Por lo tanto, las conclusiones de la Tesis fueron: 1) La identificación de los nichos más favorables o apropiados para el crecimiento de la vegetación deben ser tenidos en cuenta cuando se lleven a cabo trabajos de fitoestabilización en balsas mineras. El laboreo superficial o la adición de determinadas enmiendas que podrían elevar la salinidad del suelo deben ser detenidamente evaluados para no destruir aquellos nichos favorables. 2) El uso de combinaciones de especies vegetales con diferentes formas de vida y estrategias de uso de agua y nutrientes complementarias puede resultar en un empleo más eficiente de los recursos edáficos. Esto puede favorecer la creación de una comunidad vegetal estable a largo plazo y puede proporcionar mayor resistencia a cambios ambientales como los largos períodos de sequía propios del clima semiárido. 3) El empleo de especies halófitas (Limonium cossonianum, Atriplex halimus, Zygophyllum fabago) puede ser una opción adecuada para revegetar y mejorar los nichos edáficos más salinos de las balsas mineras, debido a su mejor adaptación a la salinidad y a la mejora de las propiedades del suelo. 4) La especie arbórea P. halepensis puede ser una candidata adecuada para la fitoestabilización de balsas mineras debido a su adaptación a las condiciones de clima semiárido y a su papel potencial en la formación de las “islas de fertilidad”. Sin embargo, sería recomendable la adición de fertilizantes fosfóricos para aliviar la fuerte deficiencia en este elemento. 5) La gramínea P. miliaceum puede ser considerada para la fitoestabilización de las balsas mineras, aunque para obtener un rápido y crecimiento y desarrollo, se deben aportar enmiendas orgánicas.
Conservación de suelos, Química de suelos, Microbiología de los suelos, Bioquímica de suelos
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