Análisis del efecto del fuego y de la presencia de contaminantes sobre la actividad y biodiversidad microbiana del suelo

La salud de un suelo se puede definir como la capacidad del mismo para funcionar como un sistema vivo dentro de un ecosistema, sustentar la productividad biológica, promover la calidad ambiental y mantener la salud de plantas, animales y del hombre. El concepto de salud del suelo se relaciona, por tanto, con las características biológicas, químicas y físicas del mismo, que son esenciales para una productividad agrícola sostenible a largo plazo, con un mínimo impacto ambiental. El estudio del papel que desempeña la biodiversidad microbiana en la salud del suelo, la capacidad de los suelos para responder ante condiciones de estrés y la relación existente entre ambos factores, resulta clave para comprender los límites de funcionamiento de los ecosistemas y la capacidad de recuperación de la actividad biológica en ecosistemas perturbados. Los indicadores microbianos de la salud de un suelo más utilizados son la biomasa, la actividad microbiana y la diversidad microbiana, los cuales proporcionan información sobre el papel multifuncional que las comunidades microbianas desempeñan en el ecosistema. Los suelos, como cualquier otro ecosistema, pueden sufrir perturbaciones capaces de alterar su estructura. Las perturbaciones pueden ser naturales (fuego, avalanchas de nieve, fenómenos meteorológicos extremos, inundaciones, etc.) o generadas por el hombre (contaminación, introducción y extinción de especies, etc.). El efecto de las perturbaciones sobre los ecosistemas depende de la magnitud del agente perturbador y de la susceptibilidad del ecosistema. En este trabajo se ha analizado el efecto de dos agentes perturbadores, incendios forestales y presencia de contaminantes, sobre las propiedades físicas, químicas y biológicas (actividad y diversidad microbiana) de distintos suelos. El efecto del fuego se estudió en tres áreas determinadas de nuestro país, dos pertenecientes a la Comunidad de Andalucía (Aznalcóllar y Cazorla) y otra a la Comunidad de Canarias (Tenerife), que sufrieron uno o varios incendios forestales en diferentes años. Por otra parte, se estudió el efecto de la presencia de contaminantes de naturaleza orgánica (hidrocarburos) e inorgánica (metales pesados) en suelos provenientes de dos vertederos de residuos sólidos urbanos (VRSU) situados en la Comunidad de Madrid, concretamente, en las localidades de Torrejón de Ardoz y de Getafe, respectivamente. La caracterización física y química de los suelos quemados, en relación con sus respectivos controles, se llevó a cabo mediante la estimación de los siguientes parámetros: pH, capacidad de retención hídrica, contenido en carbono y materia orgánica y contenido en nitrógeno. Cabe destacar el incremento observado en el contenido en carbono total oxidable y/o nitrógeno total en los suelos quemados, lo cual puede ser atribuido al impacto de los incendios sobre la cubierta vegetal. Para el estudio del efecto del fuego sobre la actividad microbiana se utilizaron los siguientes indicadores biológicos: biomasa, respiración inducida por sustrato (SIR) y actividad de distintas enzimas relacionadas con el ciclo de carbono ([beta]-glucosidasa, [beta]-N-acetil glucosaminidasa e invertasa), nitrógeno (ureasa) y fósforo (fosfatasas ácida y alcalina). De los resultados obtenidos cabe señalar, que en la mayoría de los suelos quemados se detectó un aumento de la biomasa bacteriana y fúngica y de la actividad respiratoria, en relación a los suelos control. En lo que respecta a las actividades enzimáticas analizadas, no se pudo establecer un patrón común de comportamiento en los distintos escenarios estudiados, a no ser en el caso de la actividad fosfatasa, para la que se detectaron mayores niveles en los suelos quemados que en los controles. El estudio del efecto del fuego sobre la diversidad microbiana se llevó a cabo mediante el análisis de los patrones de bandas de ADN, correspondientes a los dominios Bacteria y Archaea, obtenidos por la técnica de electroforesis en gel de gradiente desnaturalizante (DGGE), así como mediante el análisis de las secuencias de los clones obtenidos a partir de la clonación del gen codificante para ARNr 16S del dominio Bacteria. Ambos abordajes necesitaron la puesta a punto de las técnicas moleculares empleadas. A partir de los patrones de bandas obtenidos mediante DGGE, se calculó el índice de Shannon y se realizó un análisis jerárquico de grupos o conglomerados ("cluster analysis"). Los valores de índice de Shannon obtenidos pusieron de manifiesto una mayor diversidad de grupos en el dominio Bacteria que en el dominio Archaea, en todos los suelos analizados. En las muestras de Aznalcóllar, los suelos quemados presentaron índices de diversidad ligeramente superiores al del suelo control, para ambos dominios (Bacteria y Archaea). En los suelos del área de Cazorla, en los que se realizaron tres análisis consecutivos en diferentes años en dos zonas de diferente ubicación, los resultados de índice de Shannon reflejan una mayor o menor diversidad microbiana dependiendo del año de muestreo y del área muestreada. A partir del análisis de conglomerados realizado, se puede deducir que el efecto del fuego fue más significativo sobre las comunidades microbianas del dominio Archaea que sobre las del dominio Bacteria. De los resultados correspondientes al índice de Shannon y al análisis de conglomerados obtenidos en los suelos de Tenerife muestreados antes y después de las lluvias, no se pudo deducir un patrón claro del efecto del fuego sobre la diversidad microbiana. A continuación, a partir del ADN genómico de cada una de las muestras de suelo, se amplificó mediante PCR el gen codificante para el ARN ribosómico 16S y los fragmentos amplificados fueron clonados para realizar su identificación utilizando la base de datos del RDP (Ribosomal Database Project). En total, se lograron identificar 1268 secuencias con más del 95% de similitud a nivel de phyla. Tras realizar las curvas de rarefacción de cada una de las librerías se puso de manifiesto, que en la mayoría de las muestras se hubiera necesitado analizar un mayor número de secuencias para poder estimar de modo concluyente la diversidad microbiana presente en los suelos. No obstante, del estudio realizado se pudo comprobar, que los grupos bacterianos mayoritarios presentes en los suelos analizados se corresponden con los phyla Proteobacteria, Acidobacteria y Actinobacteria. Por otro lado, la identificación a nivel de género no permitió establecer diferencias entre los suelos control y quemados, ya que en la mayor parte de los casos se identificaron los mismos géneros. En la segunda parte del trabajo se llevó a cabo la caracterización física, química y biológica de suelos de dos vertederos de RSU (Torrejón de Ardoz y Getafe) contaminados con hidrocarburos y metales pesados, respectivamente. En el vertedero de Torrejón de Ardoz se detectó una alta concentración de hidrocarburos totales (alifáticos y aromáticos), hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs) y bifenilos policlorados (PCBs), particularmente en las zonas denominadas T2 y T9 del vertedero. Los resultados de la caracterización física, química y biológica de los suelos de este vertedero pusieron de manifiesto la existencia de correlaciones negativas estadísticamente significativas entre la concentración de PAHs y PCBs y la capacidad de campo, número de bacterias y hongos viables, actividad respiratoria y actividad enzimática, lo cual es indicativo del efecto tóxico ejercido por los contaminantes sobre las poblaciones microbianas del suelo. Este mismo efecto se observó también tras la estimación de los índices de Shannon calculados a partir del patrón de bandas de ADN y de las librerías de clones. Así, se observó, que los suelos con menor contaminación (T2B y T8) presentaron mayor diversidad bacteriana que los suelos con mayor concentración de contaminantes (T2 y T9). En estas muestras se lograron identificar 180 secuencias con más del 95% de similitud con las secuencias publicadas en la base de datos RDP. Las curvas de rarefacción mostraron que en tres de las cuatro muestras estudiadas (T2B, T8 y T9), el número de secuencias analizadas fue suficiente para poder determinar los phyla presentes en dichas zonas, habiendo sido detectados como mayoritarios los phyla Proteobacteria, Acidobacteria y Actinobacteria. Por último, en el estudio realizado en el VRSU de Getafe, no se pudo establecer una correlación estadísticamente significativa entre la concentración de metales pesados y ninguno de los parámetros analizados. Este hecho podría justificarse sobre la base de que las comunidades microbianas de estos suelos se hubieran adaptado a la concentración de metales pesados presente en los mismos, o a que dicha concentración no alcance el umbral de toxicidad necesario para causar un efecto detectable sobre los indicadores seleccionados