Tecnosuelos realizados con residuos y su aplicación para la mejora de los servicios ambientales

Abstract

La esperada tendencia de crecimiento de la población y de los asentamientos urbanos a lo largo de todo el mundo, implica un aumento de la tasa de ocupación del suelo, que principalmente afecta a los suelos con mayor potencial agrícola. Actualmente, la situación de los suelos en Europa no es halagüeña, debido a que los suelos son un recurso no renovable y a que entre el 60 y 70 % de los suelos europeos están degradados. Esto conlleva un detrimento en la provisión de servicios ambientales de los suelos, afectando a su capacidad de producir alimentos y a la disponibilidad de nutrientes para los cultivos, entre otros, implicando la aparición de deficiencias en la ingesta de micronutrientes en la población mundial, debido a que los alimentos contienen menor concentración de nutrientes. Asimismo, el aumento de la población mundial implicará un incremento de la demanda de alimentos, comprometiendo la seguridad alimentaria. Para atender esta creciente necesidad de alimentos, se espera un aumento en la producción vegetal, acarreando también, un incremento en las tasas de generación de residuos agrícolas. Ante estos retos, la Unión Europea ha lanzado una sería de estrategias enmarcadas dentro del European Green Deal, entre las que es prioritaria la preservación de los ecosistemas y sus servicios asociados, la recuperación de los suelos degradados, el aprovechamiento de los residuos de forma circular y la reducción de la pérdida de nutrientes en los suelos. Sin embargo, para cumplir con dichos objetivos, se requiere disponer de suelos con alta calidad agrícola. Las referencias bibliográficas consideran que la formulación de suelos técnicos a la carta (tecnosuelos o technosols) a partir de residuos agrícolas puede ser una opción válida que contribuya a atender todas estas necesidades. Por lo tanto, el propósito de esta tesis es ampliar el conocimiento sobre las propiedades de los residuos agrícolas que puedan contribuir al aporte de nutrientes y a su mineralización efectiva, así como a identificar los riesgos asociados a la presencia de dichos nutrientes, principalmente los también considerados como pertenecientes al grupo de los metales pesados y elementos traza. De este modo, se facilitará la elección de los residuos más adecuados para la formulación de tecnosuelos que puedan potenciar el uso sostenible de los recursos, para auspiciar la implantación de las estrategias que emanan del European Green Deal, para acrecentar la provisión de servicios ambientales, y, por ende, para asegurar la salud de los ecosistemas y las personas. El aporte del trabajo de investigación se sustenta en la hoja de ruta trazada con los siguientes objetivos específicos: (i) conocer el estado del arte sobre los tecnosuelos; de tal forma que permita el estudio del conocimiento acumulado del concepto tecnosuelos (technosols), sobre el interés que suscita entre la comunidad científica, sobre los ámbitos de aplicación, así como los posibles beneficios ambientales (ecosistémicos) que pueden reportar su uso; (ii) exponer la viabilidad de recuperar y reconvertir suelos sellados en suelos funcionales para la producción agrícola, dilucidando el papel que pueden desempeñar los tecnosuelos en esta transformación; (iii) evaluar las propiedades físicas y químicas, la composición elemental y la solubilidad de los nutrientes disponibles en los residuos de poda y recolección seleccionados, para conocer su potencial para elaborar tecnosuelos como sustrato agrícola, sobre la base del suministro de nutrientes y la capacidad de mineralización del nitrógeno; (iv) identificar la composición elemental y el contenido de elementos traza en los residuos orgánicos, para determinar si existe un riesgo ambiental para su uso como sustrato agrícola; (v) valorar la aplicación de soluciones basadas en la naturaleza, utilizando residuos como material adsorbente y de intercambio en biorreactores, para comprobar el potencial de mejora de las propiedades fisicoquímicas de las aguas marginales y de baja calidad que se usan para riego y los efectos en la concentración de nitrógeno, como medida para prevenir los procesos de eutrofización. Para ello realizamos una revisión bibliográfica sobre los tecnosuelos, y analizamos las propiedades fisicoquímicas, la composición elemental, y el contenido de nutrientes solubles (Na, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, Cd, Cr, Ni y Pb) de los siguientes residuos de poda y recolección: poda de almendro, turba comercial, paja de heno, restos de poda de olivo, corteza (piel) de granada, acículas de pino, hoja de palmera, compost de lodo de depuradora y restos de poda de vid (Capítulo 3). Además, determinamos la concentración de nitrógeno orgánico y amoniacal (N) de los residuos y su relación C/N. Las referencias previas consultadas indican que los suelos técnicos elaborados con residuos, podrían ser incluidos y clasificados como Technosols utilizando la base mundial de referencia del recurso suelo, World Reference Base for soil resource WRB (Capítulo 4). La elaboración de tecnosuelos está siendo estudiada con mayor interés, especialmente a partir del año 2013, principalmente en el ámbito de la restauración de espacios mineros y urbanos. Sin embargo, debido a su gran potencial para proveer servicios ambientales y su capacidad para funcionar como un suelo natural, son un firme candidato para atender la necesidad de suelos agrícolas fértiles que requiere la implantación de las estrategias del European Green Deal y el incremento de la productividad agrícola. Los suelos que se encuentran degradados, ya sea por la presencia de una capa sellante (suelos sellados), por procesos de compactación o de contaminación, no son funcionales para la provisión de servicios ecosistémicos tan importantes como la producción de alimentos, e incluso pueden llegar a generar servicios negativos. De tal forma, los resultados obtenidos en el Capítulo 5, muestran que los tecnosuelos pueden facilitar la recuperación de los espacios degradados, evitando incorporar suelo fértil extraído de otras zonas. Tras eliminar la capa sellante, remediar la contaminación y la compactación, los suelos pueden recuperar su funcionalidad ecosistémica y el aporte de residuos puede facilitar la transformación hacia su utilidad agrícola. Los resultados alcanzados en el Capítulo 6 indican que los residuos de poda y recolección analizados presentan propiedades fisicoquímicas adecuadas (p. ej. un alto porcentaje de materia orgánica) y un elevado contenido de nutrientes en su composición elemental (Na, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu y Zn), lo que sugiere que pueden ser interesantes para potenciar la producción agrícola tras su utilización en la formulación de tecnosuelos. Además, estos residuos orgánicos son, de los estudiados, los que muestran mayores concentraciones de nutrientes rápidamente solubles con altos índices de solubilidad. Por el contrario (Capítulo 7), obtienen concentraciones de nitrógeno soluble reducidas, asociado a una alta relación C/N, por lo que para que se produzca la mineralización de la materia orgánica, las bacterias requerirán disponer de fuentes de nitrógeno adicionales, bien del suelo o de fertilizantes. De tal forma, consideramos que, para la mineralización efectiva de los residuos de poda, se requiere combinar su aplicación en el suelo con fertilizantes. Con los datos obtenidos, podremos seleccionar el plan de fertilización más adecuado, el residuo que más nos interesa aportar al suelo sobre la base de su contenido en nutrientes y su relación C/N. Abordando los riesgos asociados a la incorporación de residuos de poda al suelo (Capítulo 8), todos los residuos estudiados cumplen con los límites estipulados por la normativa reguladora de los sustratos de cultivo, enmiendas y fertilizantes. Además, en cuanto a la normativa que regula los límites de metales pesados en los suelos agrícolas, cabría prestar atención al compost de lodo de depuradora si se aplica sobre suelos ácidos, no así para los residuos de poda y recolección. Por lo tanto, hay residuos cuya aplicación no presenta restricciones en cuanto a los límites establecidos, sin embargo, para otros residuos conviene ser cauteloso. Con la intención de estudiar el potencial de los residuos para la provisión de servicios ambientales, tan importantes como la depuración de aguas de excedentes de riego, se construyeron plantas piloto de biorreactores anaerobios (Capítulo 9). Se combinaron dos tipos de diseño (flujo de agua horizontal y vertical) y dos tipos de residuos (orgánico e inorgánico). Los resultados de los análisis del agua de riego tratada indicaron que estos tratamientos son efectivos para la reducción de la mayoría de los parámetros fisicoquímicos estudiados, principalmente en el caso de la concentración de N. Se alcanzó la reducción del 100% de N, posiblemente gracias a la relación C/N del residuo orgánico. Por lo que estos tratamientos podrían contribuir a la prevención de los procesos de eutrofización de las aguas. Se requiere seguir investigando en el futuro sobre la formulación de tecnosuelos a partir de residuos orgánicos, dado la amplia variedad de residuos, factores y condiciones, sobre todo en el ámbito de la experimentación en campo, para potenciar la provisión de servicios ecosistémicos.