Uso de la fase sólida de un purín en la restauración de suelos forestales quemados: efectos a medio plazo (2 años) en la respiración edáfica, en el carbono orgánico y el microbiano.
C. Guerrero, F. Rodríguez, R. Moral, J. Mataix-Solera, I. Gómez, F. García-Orenes
GEA (Grupo de Edafología Ambiental) - Departamento de Agroquímica y Medio Ambiente. Universidad Miguel Hernández de Elche. Avenida de la Universidad s/n. E-03202. Elche (Alicante). E-mail: cesar.guerrero@umh.es
Resumen
En este experimento de campo se muestran los efectos (a medio plazo, 2 años) causados por una enmienda orgánica en parámetros relacionados con la microbiota edáfica. La enmienda fue usada para la restauración de una zona quemada degradada.
Como enmienda orgánica se usó la fase sólida de un purín de cerdo, siendo aplicada en dos diferentes dosis (2 y 4 kg m-2).
Durante la fase experimental, en los suelos quemados no tratados se observó un descenso del carbono orgánico edáfico (Corg), debido a la pobre recolonización vegetal, con valores próximos al 60% de los medidos en suelos no quemados. A pesar del descenso en Corg hay un cierto reestablecimiento del carbono de la biomasa microbiana edáfica (Cmic) y de las tasas de respiración, siendo los valores muy inferiores a los observados en suelos cercanos no afectados por el fuego.
Los incrementos causados por la enmienda en el Corg, en las tasas de respiración, en el Cmic, coeficientes de mineralización y números de hongos y bacterias cultivables aún perduran 2 años después de la aplicación. Estos incrementos son acordes a las dosis de aplicación. Sin embargo, se observó un menor efecto en el carbono soluble y el qCO2, parámetros que descendieron durante la fase experimental, y que sólo en la dosis alta son algo mayores, pudiendo indicar que aún hay presencia de compuestos de fácil degradabilidad.
Este residuo orgánico parece apto para restaurar la microbiota de suelos degradados por incendios forestales.
Palabras clave: suelos quemados, restauración, purín de cerdo, biomasa microbiana.
Abstract
In this field-experiment we show the effects (medium term effects, 2 years) caused by an organic amendment on some soil parameters related to edaphic microbiota. The amendment was destined to restore a burnt degraded area.
The solid phase of pig slurry was used as the organic amendment and was applied at two different rates (2 and 4 kg m-2).
During the experimental period, the organic carbon (Corg) content decreased in the untreated burnt soils as consequence of a poor vegetation recovery. This content was close to 60% of the values measured in unburned soils. Despite of the decrease in Corg, the microbial biomass carbon (Cmic) and the respiration rates had increased, but they were clearly under the values of unburned soils.
Two years after the application, the increments in Corg, respiration rates, Cmic, mineralization coefficients and the numbers of fungal and bacterial propagules caused by the amendment are still present. The amendment caused an increase in Corg, respiration rates, Cmic, mineralization coefficients and the numbers of fungi and bacteria. After two years these effects are still present. These increments are related to the application rate. Nevertheless, a smaller effect was observed on the soluble organic carbon and the qCO2, parameters which had decreased along the experimental period. On both parameters, a slight effect was detected only in soils treated with the higher dose. This could be due to the presence of easy decomposable compounds.
This organic waste looks to be able to restore the microbiota of soil degraded by forest fires.
Key words: Burned soil, restoration, pig slurry, microbial biomass.
Introducción
Los incendios forestales modifican ciertas propiedades edáficas de manera dependiente de la severidad del fuego (Certini, 2005). En condiciones semiáridas, el reestablecimiento de la vegetación es en algunos casos demasiado lento, favoreciéndose procesos de degradación edáfica y erosión. Por ello en determinadas zonas es necesario acelerar la restauración de la cubierta vegetal, y una actuación previa lógica y aconsejable es mejorar el estado de los suelos. El uso de residuos orgánicos en la restauración de suelos degradados es una práctica común y aceptable, siempre que se respeten determinados aspectos relacionados con la contaminación. La mayoría de las mejoras causadas por estas enmiendas se debe al incremento temporal en el contenido en materia orgánica y nutrientes, favoreciendo la recolonización vegetal. Se ha comprobado que la aplicación de diversos residuos orgánicos favorece la rápida re-vegetación en suelos quemados, y mejora propiedades físicas, químicas y microbiológicas (Guerrero et al., 2001; Villar et al., 2004). Sin embargo se tienen pocos datos sobre el estado de los suelos varios años después de la aplicación, especialmente acerca de los microorganismos edáficos y su actividad. El objetivo de este trabajo es estudiar el efecto a medio plazo (más de 2 años) de la adición de una enmienda orgánica a un suelo forestal degradado por un incendio forestal.
Material y Métodos
El experimento fue llevado a cabo en una zona forestal (ubicada en Pinoso, Alicante) que sufrió un incendio de intensidad media-alta el 17 de Junio de 1998, y con evidentes signos de degradación. Se trata de una zona con escasa pendiente (<5%), con exposición N80ºW, cuya temperatura y precipitación media anual es de 15,8ºC y 277 mm, respectivamente. El suelo es un Xerorthent lítico, y la vegetación predominante es un matorral de Quercus coccifera bajo un pinar abierto de Pinus halepensis. A los 984 días después del incendio, el restablecimiento de la cobertura vegetal en la zona quemada era extremadamente bajo (más del 90% de la superficie del suelo estaba desnuda). Bajo otras condiciones climáticas (de precipitación sobre todo), ese periodo post-fuego es suficiente para que la vegetación alcance un alto grado de recuperación. Por ello fue esta zona la elegida para comprobar la eficacia de la fase sólida de un purín de cerdo como enmienda orgánica.
Se establecieron tres tratamientos en el área quemada, basados en la aplicación de la enmienda orgánica: control (suelo quemado sin enmienda), dosis baja (2 kg m-2 de residuo orgánico), y dosis alta (4 kg m-2). Los tratamientos fueron triplicados en micro-parcelas (2 m2) separadas varios metros entre ellas. También se muestran datos de la zona no quemada próxima. La enmienda orgánica aplicada fue la fase sólida de purines de cerdo, cuya composición físico-química se muestra en la Tabla 1. La enmienda fue aplicada superficialmente y no se removió con el suelo.
Tabla 1. Características de la enmienda orgánica usada: fase sólida de purines de cerdo.
Carbono orgánico
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438,6 g kg-1
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g kg-1
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mg kg-1
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mg kg-1
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Nitrógeno
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25,3 g kg-1
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Na
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3,49
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Fe
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4210
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Cr
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31
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Conduct. Eléctrica
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4,9 mS cm-1
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Mg
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6,78
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Zn
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389
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Cd
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3,3
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pH
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6,03
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K
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7,41
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Cu
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282
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Ni
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29
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Fósforo
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24,5 g kg-1
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Ca
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47
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Mn
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424
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Pb
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23
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Los parámetros edáficos analizados en este trabajo son: carbono orgánico (Corg), carbono de la biomasa microbiana (Cmic; medido por fumigación-extracción), carbono orgánico soluble (Csolub), respiración edáfica basal (CO2-C), recuentos en placa de hongos y bacterias (UFCs: unidades formadoras de colonias), y parámetros indirectos como qCO2, coeficiente de mineralización y %Cmic Corg-1. Todas las muestras de suelo fueron tomadas de los 10 primeros centímetros.
En este trabajo mostramos datos de muestreos llevados a cabo inmediatamente antes de la aplicación (inicio; 984 días después del incendio) y después de 770 días de la enmienda (final; 1754 días después del fuego). También se muestran datos de 34 muestras de suelos no quemados muy próximos, con el fin de tener valores de referencia. Éstas fueron tomadas durante todo el periodo experimental.
Resultados y Discusión
Antes de la aplicación de la enmienda orgánica (984 días después del incendio forestal), los contenidos de carbono orgánico (Corg) en los suelos quemados eran cercanos a 41 g kg-1, inferiores a los 50 g kg-1 de los suelos no quemados (Figura 1A). Al final de la fase experimental (770 días de la aplicación = 1754 días después del fuego), los contenidos de Corg en los suelos quemados descendieron a 32 g kg-1, valores muy inferiores a los contenidos de los suelos no quemados, evidenciando la escasa regeneración natural que se daba en esta zona. A los 2 años de la aplicación de la fase sólida de un purín de cerdo, los valores de Corg en los suelos tratados todavía son superiores al control. Aunque cabe destacar que no se alcanzan los valores de los suelos no quemados. Como era de esperar, las concentraciones de Corg son proporcionales a las dosis de residuo aplicado.
La biomasa microbiana edáfica (medida a través del carbono microbiano, Cmic) fue uno de los parámetros más afectados por el fuego. Al final de este periodo experimental, el Cmic de los suelos quemados (controles) logra casi duplicarse, pasando de 441 a 736 mg kg-1, pero en todo caso son valores muy lejanos de los 1200 mg kg-1 (valor medio de 34 suelos) en suelos no quemados de esta zona (Figura 1B). En este caso la enmienda orgánica ha causado un efecto notable, dándose valores de Cmic cercanos, y en algún caso superior, a los de los suelos no quemados. Estos resultados sugieren que el restablecimiento de la biomasa microbiana no sólo depende del contenido en carbono orgánico, existiendo otros factores implicados.
1A) Carbono orgánico (Corg)
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1B) Carbono de la biomasa microbiana (Cmic)
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 1C) Carbono orgánico soluble (Csolub)
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 1D) Respiración edáfica basal
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Figura 1. Resultados antes de la enmienda (en gris; 984 días después del incendio), y al final del periodo experimental (770 días de la aplicación; 1754 días después del incendio). Las barras de error indican intervalos de confianza al 95%. La línea gruesa discontinua indica valor medio (n=34) en suelos no quemados, y las finas discontinuas limitan su intervalo de confianza al 95%.
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El carbono orgánico soluble (Csolub) del suelo generalmente se incrementa inmediatamente después del fuego por la lisis de microorganismos y tejidos vegetales (Prieto-Fernández et al., 1998). Además, la fuerte desecación provoca un incremento de la solubilidad y extractabilidad en la materia orgánica edáfica. Pero ese incremento es efímero, y decrece con más o menos rapidez (dependiendo de condiciones climáticas) al tratarse de un carbono de fácil degradabilidad. Además, hay que tener en cuenta la pobre recolonización vegetal, y con ello el escaso aporte de nuevos detritos orgánicos, favoreciendo que la materia orgánica que queda vaya ganando en recalcitrancia. Por ello podemos entender el continuo descenso en Csolub que se observa en los suelos quemados (no tratados) durante este periodo experimental (Figura 1C). Al cabo de 770 días de la aplicación, el incremento en Csolub por efecto de la enmienda orgánica es notable sólo en la dosis alta, pero los niveles son muy bajos respecto a valores de suelos no quemados. Cabe mencionar que en experimentos de laboratorio este residuo orgánico muestra una escasa capacidad de incrementar el Csolub comparativamente con otros residuos orgánicos (Guerrero, 2003).
2A) qCO2
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2B) % Cmic · Corg-1
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 2C) Coeficientes de mineralización
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 2D) Hongos y bacterias viables
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Figura 2. Resultados antes de la enmienda (en gris; 984 días después del incendio), y al final del periodo experimental (770 días de la aplicación; 1754 días después del incendio). En figuras 2A, 2B y 2C barras de error y líneas discontinuas igual que en Figura 1. En figura 2D, barras grises y línea discontinua es para bacterias (eje izquierda, en millones), y barras blancas y línea continúa es para hongos (eje derecha, en miles).
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En los suelos quemados no tratados, y a pesar de que al cabo de 770 días los valores de Corg y Csolub han decrecido, las tasas de respiración edáfica basal han aumentado ligeramente. Ello se debe al citado aumento de biomasa microbiana (ver Cmic). A pesar de ello, estas tasas de respiración son próximas al 50% de las que se han medido en suelos no afectados por el incendio (Figura 1D). Los aumentos de las tasas de respiración en los suelos tratados son proporcionales a las cantidades de residuo aportadas. En los tratados con la dosis alta los valores de respiración están en el rango de los medidos en suelos no quemados, aunque muestran cierta variabilidad, similar a la observada en los valores de Cmic. Esa variabilidad se reduce cuando hablamos del qCO2, cociente que expresa la respiración por biomasa microbiana (Figura 2A).
A los 770 días (1754 días tras el incendio) observamos un aumento de la relación entre el carbono microbiano y el carbono orgánico (%Cmic Corg-1) (Figura 2B). Ello indica una mejor eficiencia por parte de los microorganismos, hecho que queda reflejado además en el descenso del qCO2. También puede observarse que los coeficientes de mineralización del carbono orgánico son algo mayores (Figura 2C). A pesar de que durante esa fase ha predominado la mineralización, y por ello el efecto neto es de descenso en el Corg (y del Csolub), también durante la última etapa es cuando ha empezado a aparecer algo de vegetación, y con ello la posible presencia de un carbono más lábil. Probablemente se deba a esto junto al incremento en la eficiencia microbiana usando el carbono.
En los suelos tratados con la dosis alta de residuo vemos que la eficiencia es algo menor (valores de qCO2 más altos) debido a que todavía existen compuestos de fácil degradabilidad, y los microorganismos no se ven forzados a incrementar su eficiencia. Los coeficientes de mineralización se han incrementado de manera proporcional a las dosis, pudiéndose deber a tres causas: i) el carbono orgánico aportado (y que aún queda) es más degradable que el edáfico; ii) es posible que se esté dando un ‘priming-effect’, es decir, cuando se incrementa o acelera la mineralización de la materia orgánica edáfica nativa tras un aporte de materia orgánica externa; iii) debido a la presencia de un carbono más lábil procedente de la recolonización vegetal, mucho mayor en las parcelas tratadas.
La respuesta y sensibilidad de los hongos y bacterias al paso de un incendio es diferente, siendo la biomasa fúngica la más perjudicada. Las bacterias suelen recolonizar los suelos quemados con más eficiencia, y tras un incendio suele haber un aumento explosivo de bacterias, que tiende a decrecer hasta que no se produce la recolonización vegetal.
El incremento en los valores de Cmic observado en los suelos quemados (control) en el periodo comprendido entre los 984 y 1754 días después del fuego no se corresponde con los valores de los recuentos microbianos (ufc) de hongos y bacterias (Figura 2D). En general, el número de propágulos fúngicos no se suele correlacionar con la biomasa fúngica. Tras el fuego, la biomasa fúngica decrece drásticamente, pero pueden quedar muchas esporas, ya que ciertos hongos liberan esporas tras el shock térmico (u otras perturbaciones). Todo ello da como resultado muchas unidades formadoras de colonias (ufc; viables en el medio de cultivo), a pesar de una escasa biomasa fúngica en el suelo. A medida que transcurre el periodo post-fuego disminuye el número de esporas, pero la longitud de las hifas de los hongos colonizantes cada vez es mayor, resultando así en mayores valores de biomasa microbiana, ya que es la biomasa fúngica la que más contribuye a la biomasa total microbiana del suelo. Después de 770 días (más de 2 años), el número de propágulos fúngicos y bacterianos en los suelos tratados es mayor que en los suelos quemados no tratados, siendo este aumento acorde a la dosis de aplicación de la enmienda. Cabe decir también que, tras la enmienda, los números de hongos y bacterias viables alcanzan valores similares o mayores que en los suelos no quemados.
Conclusiones
A los 2 años de haber aplicado la enmienda para la restauración de suelos quemados, aún se observan los efectos beneficiosos en parámetros relacionados con la cantidad y actividad de los microorganismos edáficos. La fase sólida de los purines de cerdo se muestra como un residuo orgánico apto para restaurar la microbiota de suelos degradados por incendios.
Bibliografía
Certini, G. (2005). Effects of fire on properties of forest soils: a review. Oecologia, 143: 1-10.
Guerrero, C., Gómez, I., Moral, R., Mataix-Solera, J., Mataix-Beneyto, J. & Hernández, M.T. (2001). Reclamation of a burned forest soil with municipal waste compost: macronutrient dynamic and improved vegetation cover recovery. Biores Technol., 76: 221-227.
Guerrero, C. (2003). Uso de diferentes residuos orgánicos en la restauración de suelos forestales quemados. Tesis Doctoral, Universidad Miguel Hernández de Elche, 651 p.
Prieto-Fernández, A., Acea, M.J. & Carballas, T. (1998). Soil microbial and extractable C and N after wildfire. Biol. Fertil. Soils, 27: 132-142.
Villar, M.C., Petrikova, V., Díaz-Raviña, M. & Carballas, T. (2004). Changes in soil microbial biomass and aggregate stability following burning and soil rehabilitation. Geoderma, 122: 73-82.
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