Repercusión de vermicomposts agroindustriales en la biota del suelo y en la biodisponibilidad de plaguicidas
- Autores: Jean Manuel Castillo Díaz
- Directores de la Tesis: Esperanza Romero Taboada (dir. tes.), Rogelio Nogales Vargas-Machuca (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Granada ( España ) en 2016
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Concepción Calvo (presid.), Emilia Fernández Ondoño (secret.), Pieter van Dillewijn (voc.), Concepción Paredes Gil (voc.), Lucía Cox Meana (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: DIGIBUG
- Resumen
Esta memoria de Tesis doctoral se caracteriza por su carácter multidisciplinar, abordando diversos estudios a nivel físico-químico, bioquímico y microbiológico con el objetivo de estudiar el proceso de vermicompostaje de residuos agroindustriales provenientes de la producción de aceite de oliva y del vino, para posteriormente evaluar la repercusión del uso de estos nuevos vermicomposts como enmienda orgánica en la microbiota del suelo y en la biodisponibilidad de plaguicidas. Se cuantificaron varias actividades enzimáticas como son las involucradas en el ciclo del carbono (ß-glucosidasa), nitrógeno (ureasa) y fósforo (fosfatasa ácida) y aquella que funciona como indicador de la actividad microbiana (deshidrogenasa). Se emplearon varias técnicas moleculares como QPCR, DGGE y ARISA, para analizar la abundancia y estructura microbiana. Por último, mediante herramientas estadísticas como son los diferentes análisis multivalentes, se obtuvieron relaciones ecológicas que ayudaron a comprender el efecto y la función de los vermicomposts como alternativa en el reciclado de residuos y como técnica de mitigación de plaguicidas en suelos.
Dos de los residuos más relevantes generados en la agroindustria en España son el alperujo en la producción de aceite de oliva, y el sarmiento en el cultivo de vid, ambos con una producción aproximada de 3-5x 106 toneladas por año. Estos residuos están constituidos por un material lignocelulósico altamente recalcitrante que requiere ser biotransformado. Por lo tanto, el desarrollo de estrategias de bajo coste que permitan revalorizar estos residuos son imprescindibles. En esta línea, en el capítulo 1 de esta tesis, se revalorizaron estos residuos agroindustriales mediante procesos de vermicompostaje a escala piloto. La estabilización de estos residuos se controló evaluando principalmente la dinámica microbiana durante el proceso de vermicompostaje y de maduración, haciendo énfasis en las interacciones con los cambios físico-químicos, el desarrollo de la lombriz Eisenia fetida y con los bioindicadores enzimáticos. Dentro de los resultados más relevantes se encontraron las correlaciones significativas entre la actividad ß glucosidasa y el desarrollo de la lombriz, así como también con la evolución de la estructura bacteriana y fúngica. Este resultado en ambos procesos condujo a proponer el seguimiento de la actividad ß glucosidasa como un nuevo indicador ecológico del estado y proceso del vermicompostaje. Otro resultado importante fue la evolución de las diferentes clases taxonómicas bacterianas durante cada proceso de vermicompostaje y maduración. En este caso los grupos funcionales Alfa y Gamma-proteobacteria disminuyeron durante el proceso a medida que Beta-proteobacteria y Actinobacteria aumentaban. Sin embargo, durante el proceso de maduración la clase Beta-proteobacteria disminuyó significativamente, mientras Actinobacteria solo decreció significativamente en el vermicompost de sarmiento (W). Además, hay que destacar, que este último proceso de vermicompostaje (W) fue relevante por la explosiva abundancia fúngica observada en las primeras tres semanas del proceso o etapa de preacondicionamiento.
De la etapa de preacondicionamiento del vermicompostaje de W, se aislaron diferentes hongos con el fin de evaluar su potencial catabólico frente a xenobióticos persistentes en suelos. Este estudio se abordó en el capítulo 2 de la presente tesis, seleccionando como contaminante modelo la 3,4-dicloroanilina (3,4-DCA), considerado como el metabolito más toxico y recalcitrante en suelos tras la biodegradación del herbicida diuron. Se seleccionaron 3 hongos, dos cepas de Fusarium oxysporum (F1 y F2) y una de Aspergillus niger (F3) por su habilidad para crecer con 3,4-DCA como fuente de nitrógeno. Durante el proceso de crecimiento de los hongos se detectaron y cuantificaron por primera vez varios metabolitos. Los resultados obtenidos permitieron proponer una ruta metabólica de biodegradación de la 3,4-DCA indicando los procesos enzimáticos involucrados.
En función del potencial microbiológico que contiene el vermicompost y su alto contenido en carbono orgánico, los estudios realizados en los capítulos 3 y 4 se orientaron a conocer el papel que los vermicomposts de residuos agroindustriales pueden ejercer para mitigar los efectos adversos que Diuron e Imidacloprid pueden ocasionar cuando se aplican a suelos que presentan un bajo contenido en materia orgánica; como es el caso de la mayoría de los suelos de clima mediterráneo, donde además la aplicación de estos fitosanitarios es frecuente. El efecto de cada vermicompost sobre la capacidad adsorbente del suelo se investigó realizando isotermas de adsorción-desorción de cada plaguicida y de sus metabolitos principales en suelos previamente enmendados y envejecidos con esas enmiendas orgánicas. El efecto de la enmienda con los vermicompost sobre la disipación de los plaguicidas en el suelo se investigó empleando condiciones de microcosmos bajo dos condiciones diferentes de aplicación agronómica. La primera fue a partir del suelo previamente enmendado con dosis agronómicas de cada vermicompost y envejecidos mediante incubación durante varios meses. La segunda, a partir del suelo previamente fortificado con diuron o imidacloprid e incubado durante varios meses. En ambos microcosmos, tanto en suelos pre-enmendados como en suelos pre-tratados con cada plaguicida, se realizó a una aplicación con cada plaguicida y se evaluó su disipación a diferentes tiempos durante 90 días.
Dentro de los resultados obtenidos, se concluyó que los vermicomposts afectan la biodisponibilidad de imidacloprid, diuron y de sus metabolitos, observándose en ambos casos una mayor tasa de adsorción en el suelo enmendado con vermicompost W, mientras que la mayor tasa de disipación ocurrió en el suelo enmendado con el vermicompost de alperujo (O). Además, la cinética de degradación fue significativamente más rápida en los suelos que fueron previamente fortificados con imidacloprid o diuron, correspondiendo la más alta tasa de degradación al diuron. En el caso del diuron, hay que destacar que la abundancia del gen puhB, cuantificado por QPCR, fue mayor en los suelos enmendados con respecto al suelo sin enmendar, aunque la abundancia relativa respecto al ADN total fue similar. No obstante, la abundancia de este gen puhB, que codifica la enzima hidrolasa fenilurea involucrada en la hidrólisis de diuron, fue correlacionada con la degradación de diuron y con los cambios en la estructura bacteriana del suelo obtenidos mediante el análisis automático del espacio intergénico ribosomal (ARISA). Estos resultados indicaron que la enmienda cambia significativamente la estructura bacteriana del suelo. Además, las diferencias estructurales inducidas por el diuron fueron contrarrestadas, observándose al final del periodo de incubación con este herbicida una estructura similar en los suelos enmendados y sin enmendar.
Estos resultados indicaron que la enmienda además de aportar una carga bacteriana capaz de modificar la estructura bacteriana del suelo, es también capaz de mantener las poblaciones que son dominantes y las que tienen capacidad de degradar diuron. Como conclusión, los resultados en estos dos capítulos, indicaron que estos vermicomposts de residuos agroindustriales pueden ser utilizados como herramientas útiles en las estrategias de mitigación de forma natural de estos plaguicidas, evitando su desplazamiento en el medio ambiente y promoviendo su biodegradación sin afectar la efectividad del plaguicida.
