Resumen de Calidad hidrofísica del suelo en relación con la materia orgánica en los ecosistemas mediterráneos del centro de España
El hombre se ha interesado por la calidad del suelo desde el origen de la Agricultura, sin embargo, el concepto moderno de calidad, que implica una aproximación científica a la capacidad o aptitud del suelo para desempeñar funciones específicas como componente clave del ecosistema, es relativamente reciente. A partir de la segunda mitad del Siglo XX se observa una creciente preocupación por la degradación de este recurso, motivada fundamentalmente por los problemas de erosión asociados a su sobreexplotación o uso inadecuado. De esta forma, la necesidad de definir y evaluar la calidad del suelo ha favorecido el desarrollo coordinado de un número cada vez mayor de investigaciones. Por su parte, en los países mediterráneos, la concurrencia de factores locales de tipo climático, biogeográfico y geomorfológico, combinados con una larga historia de usos agrícolas, determina un escenario especialmente proclive para la erosión hídrica, por lo que la atención se ha centrado en los problemas de degradación física. El territorio español, en concreto, ha sido reconocido como el área mediterránea con mayores tasas de pérdida de suelo por erosión, situándose a la cabeza de los países europeos con respecto al riesgo de desertificación.
Como consecuencia, la evaluación de la calidad física de los suelos ha ido ganando importancia en los últimos años, por cuanto supone el punto de partida para la identificación de los suelos más vulnerables, así como para la monitorización de su respuesta frente a técnicas de gestión específicas. El problema que ha surgido a este respecto es, sin embargo, la dificultad de definir protocolos objetivos para evaluar la calidad del suelo, que resulta, en sí misma, un concepto bastante abstracto. Frecuentemente, este aspecto ha sido abordado mediante la identificación de las funciones específicas que desarrolla el suelo, aplicando para cada función una serie de indicadores independientes. Diversos autores han propuesto diferentes indicadores globales de calidad, pero esta aproximación continúa siendo deficiente, ya que conduce, frecuentemente, a una evaluación de las propiedades del suelo de forma aislada, sin analizar las interacciones entre los componentes del medio edáfico y limitándose a comparar los datos con valores genéricos de referencia.
Esta situación concurre en el caso de la materia orgánica. Existe numerosa bibliografía en la que se demuestra su papel clave sobre la calidad del suelo, ya que se trata de un componente que interviene en la mayoría de los procesos físicos, químicos y biológicos. Sin embargo, la mayor parte de los estudios se limita a aceptar que la calidad de los suelos aumenta con la concentración de materia orgánica, sin tener en cuenta las diferentes fracciones de carbono orgánico presentes en el suelo y el modo en que cada una de ellas interviene en los distintos procesos edáficos. En el caso de los suelos mediterráneos, este factor es especialmente importante, toda vez que el contenido total de carbono orgánico suele ser bajo, por lo que el estudio de su estabilidad en el ecosistema, su grado de interacción con los otros constituyentes edáficos y su accesibilidad para los organismos y las enzimas del suelo, pueden resultar incluso de mayor importancia que la determinación de su concentración total.
ii Teniendo en cuenta estas consideraciones, la presente Tesis Doctoral ha abordado el estudio de las interacciones existentes entre diferentes propiedades habitualmente propuestas como indicadores de calidad del suelo, centrándose de forma específica en los ecosistemas mediterráneos del centro de España. Entre los objetivos perseguidos, se incluye, por una parte, la aportación de conocimiento empírico para el establecimiento de los principales descriptores biogeoquímicos que deben ser empleados en la evaluación de la respuesta hidrofísica de los suelos. Por otra, la evaluación de la importancia de la materia orgánica como elemento clave del sistema edáfico que, independientemente de su concentración, interacciona con los diferentes constituyentes del suelo, desde los niveles macroscópicos de organización del sistema (el perfil del suelo) hasta la escala molecular (constituyentes estructurales de la materia orgánica). La discusión conjunta de los resultados correspondientes a los dos objetivos permitiría proponer e interpretar nuevos descriptores de la calidad del medio edáfico, sugerir las causas por las que unos suelos presentan mayor calidad que otros, y ampliar las líneas de investigación en la Física de Suelos con el conocimiento aportado por la caracterización analítica de la materia orgánica.
El área de estudio seleccionada comprende diversos ecosistemas mediterráneos característicos del centro de España, estando distribuidos los puntos de muestreo entre las provincias de Madrid, Toledo y Ciudad Real. En total, han sido estudiados doce perfiles de suelo, desarrollados bajo diferentes factores formadores. El clima de la región en estudio es de tipo mediterráneo, pero pueden distinguirse diferentes subtipos climáticos en función de los regímenes de humedad y temperatura (templado¿fresco, templado y continental). En todos los casos, se trata de un clima con marcados contrastes térmicos a lo largo del año y una pronunciada sequía estival, por lo que la disponibilidad hídrica representa uno de los factores más limitantes para los ecosistemas de estas regiones. Además, las precipitaciones presentan frecuentemente un carácter torrencial, asociándose con una elevada erosividad.
Por otra parte, los suelos se desarrollan en diferentes formas de relieve, pudiendo distinguirse tres unidades geomorfológicas principales: la Sierra, la Rampa o Piedemonte y la Fosa o Depresión. Desde el punto de vista geológico, en la Sierra predominan los sustratos ácidos (granitos, gneises y esquistos), en el Piedemonte lo hacen los materiales detríticos sedimentarios (fundamentalmente arcosas) y en la Fosa o Depresión, que actúa como cuenca de recepción de materiales de erosión tanto de la Sierra como de la Rampa, los suelos se desarrollan fundamentalmente sobre materiales básicos (caliza, dolomita, yeso, etc.). En cuanto a las comunidades vegetales, se encuentran fuertemente condicionadas por los usos del suelo de cada una de las regiones en estudio, de forma que es posible distinguir entre formaciones de bosque mediterráneo más o menos perturbadas por la actividad humana, explotaciones agrosilvopastorales de tipo dehesa¿en las que el bosque original se combina con las explotaciones ganaderas¿antiguas tierras de cultivo o terrenos abandonados¿ invadidos por vegetación herbácea y matorrales¿y, por último, suelos cultivados de larga tradición agrícola.
iii La etapa exploratoria del trabajo o aproximación descriptiva previa ha consistido en el análisis, tanto en el campo como en el laboratorio, de los aspectos físico¿químicos básicos de los horizontes superficiales de los perfiles estudiados, permitiendo su clasificación como Leptosoles, Cambisoles, Luvisoles, Vertisoles, Calcisoles o Kastanozems. Posteriormente, se han identificado y cuantificado una serie de propiedades que pueden ser utilizadas como indicadores de la calidad hidrofísica de los suelos (densidad aparente, porosidad total, estabilidad estructural, agua útil, conductividad hidráulica saturada, tasa de infiltración hídrica, etc.) y sus valores han sido comparados con los límites genéricos establecidos en la bibliografía como "adecuados" para el correcto cumplimiento de las principales funciones hidrofísicas de los suelos: soporte físico, intercambio gaseoso, suministro de agua y transmisión hídrica. Con esta información, han podido identificarse los suelos que acusan en mayor medida los procesos de degradación habituales en estas áreas, existiendo suelos más proclives a la inestabilidad estructural, otros a la falta de aireación y/o disponibilidad hídrica, y otros a la baja capacidad de infiltración del agua de las precipitaciones. En términos generales, se han identificado algunos problemas de degradación asociados a determinados usos del suelo. Así por ejemplo, se ha observado que los suelos bajo uso agrícola son especialmente vulnerables a la degradación de la estructura o a la falta de aireación, por lo que, en estos casos, los problemas de degradación pueden estar más relacionados con el encostramiento o el sellado superficial del suelo. Por otra parte, los suelos bajo dehesa muestran una mayor tendencia a la saturación hídrica del perfil por lo que, durante los episodios de precipitación torrencial, podrían resultar muy vulnerables a la erosión hídrica debido a la escorrentía superficial y el arrastre de los horizontes orgánicos del suelo.
Tras caracterizar el estado hidrofísico de los suelos en la región de estudio, se ha llevado a cabo un análisis detallado de la materia orgánica desde un punto de vista cuantitativo y cualitativo. El fraccionamiento de las muestras de suelo ha permitido conocer la concentración total de carbono orgánico y su distribución entre las diferentes fracciones, definidas en términos de solubilidad y grado de interacción con la matriz mineral (lípidos libres, materia orgánica libre, ácidos fúlvicos, ácidos húmicos y humina). Aunque la concentración total de carbono en los suelos es escasa, los resultados del fraccionamiento han revelado que se trata fundamentalmente de carbono almacenado en formas estables, independientemente de los factores formadores del suelo, por lo que las principales diferencias se observan en la proporción de materia orgánica libre, especialmente escasa en los ecosistemas cultivados. La espectroscopía de resonancia magnética nuclear de 13C en estado sólido, por su parte, ha sido aplicada a muestras de suelo completo, permitiendo la cuantificación de diferentes estructuras químicas presentes en la materia orgánica. Todos los espectros han mostrado un patrón característico de materia orgánica humificada y un elevado contenido en carbono alquílico, si bien se han observado importantes diferencias en el caso de los suelos cultivados, con una mayor contribución de carbono aromático y menor de carbono O¿alquílico, lo que ha podido relacionarse con el efecto inducido por las prácticas de manejo sobre la degradación preferente del carbono lábil frente a otras fracciones de la materia orgánica.
