Estudio de los cambios, durante el proceso de restauración, en la materia orgánica, la biomasa microbiana y la actividad biológica de suelos degradados enmendados con lodos de EDAR sometidos a diferentes pos-tratamientos

Abstract

En España, la legislación minera obliga, desde el año 1982, a que todas las actividades mineras realicen trabajos de restauración con el fin de devolver al entorno aquellos terrenos afectados por las actividades extractivas. En la presente tesis doctoral se ha comprobado la aplicabilidad de lodos de depuradora que han sido sometidos a secado térmico o a compostaje, como fuente de materia orgánica (MO) y nutrientes para sustratos minerales de restauración (residuos de extracción y de trituración) de áreas dedicadas a actividades extractivas de piedra caliza a cielo abierto. El contenido de de Carbono orgánico (C), C-biomasa microbiana (CBM), carbohidratos totales (CHT), carbohidratos extractables (CHE), respiración basal (RB) y actividades β-glucosidasa (GLU) y β-galactosidasa (GAL) fueron utilizados como índices de calidad del suelo o indicadores del éxito de la restauración. Suelos naturales no alterados por acción antrópica fueron utilizados como referencia para los indicadores establecidos. Se evaluó el efecto del pre-tratamiento de los suelos (secado al aire o secado al aire y rehumedecimiento) sobre los parámetros bioquímicos con el objeto de dilucidar su validez para las determinaciones analíticas que debían realizarse. El rango de los valores de los parámetros bioquímicos en los suelos naturales se mantuvieron generalmente dentro del rango de valores previamente publicados para suelos nativos bajo condiciones mediterráneas. Las variables C, CHT, CHE, CBM y GLU (directamente relacionadas con el contenido de MO o de biomasa microbiana y de su actividad) fueron apropiadas para caracterizar los diez suelos estudiados. 
 Se evaluó el efecto de la adición de tres lodos sometidos a secado térmico sobre los parámetros bioquímicos seleccionados y sobre las características fisicoquímicas de dos tipos de suelos residuales (de extracción y de trituración), y se comparó con la que proporcionaron tres lodos compostados. El ensayo se realizó en lisímetros que fueron llenados con las mezclas de lodo-suelo residual y con los controles, y los muestreos se realizaron inmediatamente después de la preparación de las mezclas y luego de dejarlos en el campo 13 meses. La adición del lodo mejoró claramente las propiedades fisicoquímicas y biológicas de los suelos residuales y el efecto del tipo de lodo fue mayor que el del tipo de suelo. El efecto de lodo fue generalmente más duradero sobre el suelo de trituración. Según los cambios observados en CBM y RB, no hay pruebas de que los lodos tuvieran efectos tóxicos importantes. La pérdida MO luego de 13 meses de agregada la enmienda fue menor en las mezclas que contenían lodos compostados. El efecto de los lodos disminuyó más en el tiempo en los parámetros asociados a la MO fácilmente degradable (RB, COE, CBM y CHE). El tipo de suelo residual empleado como substrato sólo tuvo efecto sobre los parámetros que caracterizan la composición de la MO del suelo (COE, CHT y CHE), sin embargo no afectó los valores de CBM, RB y de las actividades enzimáticas. Los exudados radiculares y los restos vegetales contribuyeron al incremento de los valores de GLU y GAL. El efecto de los lodos difirió con su post tratamiento: el secado térmico hizo la MO más fácilmente degradable. 
 El secado al aire de las muestras de suelo puede considerarse un pre-tratamiento válido en las evaluaciones de CBM, GLU y GAL tanto en los suelos naturales como en los suelos restaurados estudiados. En contraste, los valores de las actividades GLU y GAL en muestras de suelo secas aire y rehumedecimiento no fueron representativos de los valores a humedad de campo. Los indicadores biológicos evaluados nos permitieron asimilar los suelos restaurados a los suelos naturales con características climáticas y litológicas similares, es decir suelos carbonatados con un contenido de MO menor al 3%, y con pH superiores a 8 correspondientes a la zona más árida. Since 1982 Spanish legislation obliges all companies engaged in mining to carry out restoration work with the view to environmentally recuperate those lands affected by their activities. The present thesis has shown the applicability of sewage sludges that had been subjected to thermal drying or composting, as a source of organic matter (OM) and nutrients to restore mineral substrates (extraction and trituration residues) of areas dedicated to limestone quarrying activities in the open. 
 In our work we used chemical and biochemical parameters (organic carbon: C; extractable oorganic carbon: EOC, microbial biomass carbon: MBC; total carbohydrates: TCH; water soluble carbohydrates: ECH; basal respiration; BR; ß-glucosidase activity: GLU, and ß-galactosidase activity: GAL) as soil quality indices or indicators of restoration success. The values obtained in these indicators were compared with those of Catalan soils with minimal anthropogenic disturbance. To facilitate the routine procedures of soil analysis, the effect of pre-treatment of the soil (air drying or air drying and rewetting) on biochemical parameters was evaluated.
 The studied properties were highly variable among soils but generally remained within the range of values published before for native soils under Mediterranean conditions. C, TCH, ECH, MBC and GLU were found to be suitable for reflecting the main differences among soil type and location. 
 We evaluated the effects of three thermally dried sewage sludges on the before mentioned biological properties and on some physicochemical characteristics when these sludges were added to two types of debris (extraction soil and trituration soil) from a limestone quarry; the effects were compared with those of three composted sewage sludges. Lysimeters previously filled with debris-sludge mixtures and control soils were sampled immediately after preparation and after being left in the open for 13 months. 
 Adding sewage sludge clearly improved the physicochemical and biological properties of the residual soils and the effect of the type of sludge was greater than that of the type of soil. The sludge effect was generally more durable over the trituration soil. Results observed in BMC and MR suggests the sludge did not cause major toxic effects on residual soils. Losses in organic matter after 13 months were lesser in soils amended with composted sludge. The sludge effect decreased the most in BR and EOC followed by MBC and ECH. The soil type effect was significant only in EOC, TCH and ECH. Root exudates and plant debris contributed to ß-glucosidase and ß-galactosidase activities in the treated soils. The sludge effect differed with the pre and post treatments of the sludges: thermal drying made the sludge organic matter more easily decomposable.
 The values of MBC and of ß-glucosidase and ß-galactosidase activities in air-dried soils had the same ranking as in field-moist soils, whereas air-drying plus rewetting led to a change in the ranking of both enzyme activities compared with field-moist samples.
 The evaluated biological indicators allowed us to assimilate restored soils to natural soils with similar climatic and lithological characteristics, namely carbonate soils with organic content of less than 3%, and pH above 8, which correspond to the most arid zone.