La disolución del suelo en comunidades de Erica andevalensis del entorno de las minas de Riotinto (Huelva, SO España)

 

E. Buján¹, A. García-Arrese, M. Velasco-Molina & F. Macías

¹ Dpto. de Edafología y Química Agrícola. Universidad de Santiago de Compostela. Rúa Lope Gómez de Marzoa s/n. 15782. Santiago de Compostela, e-mail: eva.bujan@usc.es.

 

RESUMEN

Erica andevalensis es un brezo endémi­co de la Faja Pirítica Ibérica, catalogado en peligro de extinción por la Junta de Andalucía (Decreto 104/1994, Ley 8/2003), que crece espontáneamente en áreas mineras. El estudio de la disolución de los suelos puede ser una herramienta útil para caracterizar las condiciones geo­químicas de su hábitat. Hemos analizado la disolución del suelo en 11 parcelas de dos áreas mineras de Riotinto. La espe­ciación de iones solubles se estimó me­diante el programa SOLMIN88.

Los resultados indican que crece adecua­damente en un amplio rango de condicio­nes, tolerando bien fuerzas iónicas de hasta 10^-2 M, disoluciones de reacción hiperácida (3,43) a neutra (6.97) y con concentraciones variables de iones (sulfato 4-376, Ca 0,3-25 y Mg 0,1-25 mg L^-1) y metales (Al 0,1-10, Cu 0,01-3,94, Pb 0,01-0,23, Zn 0,01-1,88 y Mn 0,02-2,81 mg L^-1). E. andevalensis parece indiferente al catión que domina la disolución del suelo, confirmándose su carácter Al-tolerante.

Palabras-clave: disolución del suelo, Erica andevalensis, hábitat, suelos de mina

 

Soil solution in soils under Erica andevalensis formations in the Riotinto mining area (Huelva, SW Spain)

ABSTRACT

Erica andevalensis is an endemic heather in the Iberian Pyrite Belt listed as endan­gered species by Junta de Andalucía (De­cree 104/1994, Law 8/2003) which grows spontaneously in mining areas. The study of soil solution may be a useful tool to charac­terize the geochemical conditions of its habitat. We analyzed the soil solution of 11 plots from two mining areas in Riotinto. Ion speciation was obtained using the SOL­MIN88 software.

Our results indicate that it grows ade­quately under a wide range of conditions, being tolerant to ionic strength until up to 10^-2 M, soil solutions ranging from hyper­acid (3.43) to neutral (6.97) and with vari­able ions (sulphate 4-376, Ca 0.3-25 and Mg 0.1-25 mg L^-1) and metals (Al 0.1-10, Cu 0.01-3.94, Pb 0.01-0.23, Zn 0.01-1.88 y Mn 0.02-2.81 mg L^-1) concentrations. This spe­cies seems to be indifferent to the dominant cation of the soil solution. The Al-tolerant character of this species was also confirmed.

Key-words: Erica andevalensis, habitat, mine soils, soil solution

 

INTRODUCCIÓN

Erica andevalensis, el denominado “bre­zo de las minas”, se encuentra claramente asociado a zonas de actividad minera de la comarca del Andévalo (provincia de Huel­va), de donde toma su nombre, siendo una especie endémica de la Faja Pirítica Ibérica. Ha sido catalogada como “especie en peli­gro de extinción” por la Junta de Andalucía según el Decreto 104/1994 que establece el Catálogo Andaluz de Especies de Flora Sil­vestre Amenazada y la Ley 8/2003 de Con­servación de Flora y Fauna Silvestres y sus Hábitats, lo que implica la obligación de realizar planes para su recuperación. Sin embargo, la restauración de estas áreas mi­neras degradadas implica, en muchas oca­siones, mejoras de las propiedades de los suelos que podrían llevar al desplazamiento de esta especie por una menor competitivi­dad, ya que E. andevalensis aprovecha la toxicidad del medio como un mecanismo de supervivencia, que impide o reduce fuerte­mente la posible instalación de otras espe­cies (Bayer & López, 1989).

E. andevalensis fue descrita por Cabezu­do & Rivera (1980), en las escombreras y alrededores de las minas de pirita del Andé­valo, aunque su substrato original lo consti­tuyen fundamentalmente las monteras fe­rruginosas o “gossan”, formadas por la alte­ración, en condiciones de oxidación hiper­ácida e hiperoxidante de yacimientos de sul­furos próximos a la superficie (Nelson et al., 1985). Se encuentra con mayor frecuencia en áreas próximas a arroyos acidificados, donde forma poblaciones monoespecificas, o bien crece junto a especies hidrófilas, formando la asociación Junco rugosi – Eri­cetum andevalensis; en los lugares más se­cos, como son las escombreras de las minas, aparece con E. australis formando la aso­ciación Ericetum australi -andevalensis.

Se considera una especie protegida, tanto por su escasez como por su asociación fre­cuente con estos medios extremófilos, en la mayor parte de los casos fuertemente acidi­ficados, con altos contenidos de metales pe­sados y arsénico y un bajísimo nivel de nu­trientes disponibles (Montes, 2001; Abreu et al., 2008), lo que implica una baja actividad biológica y la ausencia o débil competitivi­dad de otras especies para la colonización de estos hábitats. Ha sido estudiada como posible indicador geoquímico de estas áreas mineralizadas (Asensi et al., 1999) y como planta a utilizar en procesos de fitorreme­diación (Abreu et al., 2008).

A partir de 1989 se iniciaron una serie de estudios encaminados a analizar el riesgo de contaminación generado por las múltiples explotaciones del área minera de Riotinto. En 1996, la Agencia de Medio Ambiente de la Junta de Andalucía, comenzó los ensayos para las tareas de recuperación de estos sue­los (Macías et al., 2001; Saiz, 2004; Saiz et al., 2005). Tras la fase inicial de prospec­ción de las condiciones existentes, se selec­cionaron varias minas (Torerera, Poderosa, Castillo de las Guardas) para la realización de estos ensayos con aportes de diferentes materiales encalantes y fertilizantes y, siem­bra o plantación de diferentes especies vege­tales. Inicialmente no se planteó la utiliza­ción de estos brezos por su dificultad de re­producción en condiciones naturales y por el hecho de no disponer de semillas comercia­les; sin embargo, se evitó su eliminación y se tomaron medidas de conservación de los pies espontáneos. En muchos casos se pre­sentaron problemas de desarrollo y compe­tencia, que llevaron a la necesidad de cono­cer el rango de condiciones edáficas que permiten un buen desarrollo de la especie objetivo (Buján, 2006).

La disolución del suelo es el componente que más rápidamente responde a los cam­bios de los sistemas edáficos. A partir de su caracterización es posible establecer balan­ces entre elementos y las tendencias de evo­lución mineral del sistema (Macías et al., 2001). El objetivo de la presente investiga­ción es el de determinar las condiciones geoquímicas del hábitat de E. andevalensis partiendo de la composición química de la disolución del suelo.

 

MATERIAL Y MÉTODOS

Para realizar este estudio se seleccionaron 11 poblaciones de E. andevalensis bien es­tablecidas en suelos de escombreras (Tecno­soles spólicos; FAO, ISRIC, IUSS, 2006) que se encuentran en diferentes estadíos de recuperación y tratamientos en el área mine­ra de Riotinto (Figura 1): 7 situadas en el fi­lón Sur o Nerva y otras 3 en la mina Pode­rosa (Huelva, SO España), dentro de la de­nominada Faja Pirítica Ibérica. El clima es mediterráneo subtropical, con una tempera­tura media anual de 18º C, escasez de hela­das invernales y un acusado período de se­quía, en primavera y verano.

 

Figura 1 – Ubicación de las poblaciones de E. andevalensis en Nerva (izquierda): Hoja 938 (4-4)y Poderosa (derecha): Hoja 938 (3-3) del mapa Topográfico Nacional 1:10.000 de Andalucía

 

Se realiza un muestreo de los horizontes superficiales del suelo donde se observa un máximo desarrollo radicular de la planta, extrayendo el suelo próximo a los cepello­nes, que incluye el suelo rizosférico y el cir­cundante. La disolución de equilibrio se ob­tiene tras poner en suspensión en una rela­ción 1:20, el suelo seco y tamizado por 2 mm con agua destilada durante 5 días, con varias fases de agitación. En el extracto fil­trado por 0.45µ se determina: pH, conducti­vidad eléctrica, aniones: sulfatos, cloruros, nitratos, fosfatos, fluoruros (UNE-EN ISO 10304-2:1997) y cationes: Ca, Mg, Na, K, amonio (UNE-EN ISO14911:2000) por cromatografía iónica en un equipo DIONEX 4500i; metales: Al, Cu, Pb, Zn, Mn, Cd y Ni por EAA (Perkin Elmer 1100B, Norwald, CT); Fe y Si por espectrofotometría de ab­sorción molecular y As por AA en horno de grafito (Perkin Elmer 4100ZL, Norwald, CT). El cálculo de actividades de los iones solubles y de los índices de saturación mine­ral se efectúa por medio del programa SOLMIN88 (Kharaka et al., 1989) a partir de los resultados analíticos de concentración de los diferentes iones y elementos.

 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La composición de la disolución de equili­brio de los suelos se muestra en la Tabla 1, donde aparece el valor medio, la desviación estándar y el rango de variación para los dis­tintos parámetros analizados. La reacción va­ría desde hiperácida (3,43) a ácida (5,60) en todos los casos, excepto en la parcela 10 de la mina Poderosa (pH 6,97) que ha sido fuertemente encalada y en la que se ha sobre­pasado el pH objetivo fijado en 5 para la re­cuperación de estos suelos (Saiz, 2004).

 

Tabla 1 – Composición de la disolución del suelo: media, desviación estándar (SD) y rango de variación de los datos (mínimo-máximo)

 

La conductividad eléctrica varía entre 0,013 y 0,730 dS m^-1), siendo el anión sulfa-to (con valores que varían entre 4 y 346 mg L^-1) el que presenta las mayores actividades (Tabla 2), tanto en formas libres como en pares iónicos con Ca y Mg (máximos de 73 y 25 mg L^-1, respectivamente).

 

Tabla 2 – Cálculo de actividades de la disolución del suelo (Kharaka et al., 1989)

 

Los suelos más fuertemente afectados por la acidificación (parcelas 4, 5 y 7) presentan las concentraciones más elevadas de sulfa­tos, Mn, Cu y Zn en disolución (con máxi­mos de 2,8, 3,9 y 1,9 mg L^-1, respectiva­mente). De forma similar el Al alcanza un valor de 10,1 mg L^-1, lo que resultaría muy tóxico para el desarrollo de la mayor parte de las especies vegetales, al superarse el umbral de 2 mg L^-1 que se considera crítico para sistemas forestales (Federal Environ­mental Agency, 1996). Otros autores ya habían establecido el carácter Al-tolerante de esta especie (Abreu et al., 2008). La es­pecie dominante es el par iónico Al-sulfato, seguida en orden de importancia por el Al trivalente.

Las concentraciones de Pb y As en la diso­lución de equilibrio son bajas y en el caso del Ni y el Cd, siempre están por debajo del lími­te de detección instrumental (0,01 mg L^-1).

Finalmente, deben destacarse las bajas concentraciones de fosfatos (<0,05 mg L^-1) y de nitratos (≤0,05 mg L^-1) en todos los casos.

La evolución mineral de los sistemas eda­fo geo-químicos puede ser inferida a partir de los datos de la composición de la disolu­ción de equilibrio de los suelos Consideran­do el sistema Al2O3 -SiO2 -H2O (Figura 2), se observa que en la mayor parte de los ca­sos el mineral más estable es la caolinita, si bien aparecen parcelas hiperácidas (pH<3,8) en las que no existe ningún mineral estable, por lo que todos tienden a alterarse sin que exista neoformación de productos secunda­rios alumino-silicatados. Esto significa que el sistema no puede recuperarse por si mis­mo y requiere la aplicación de encalantes exógenos. Los suelos de las parcelas 2 y 11 se encuentran casi en equilibrio con la cao­linita, por lo que su formación será lenta. Para las restantes muestras (todas con pH>4,1) la caolinita es estable y en algunas pueden aparecer otras formas metaestables (imogolita, halloysita, pirofilita) e incluso la parcela 10 (pH 6,97) está saturada en alofa­nos.

 

Figura 2 – Solución de equilibrio en el sistema Al2O3 -SiO2 -H2O para los suelos estudiados (Nords­trom, 1982).

 

Considerando un sistema más complejo y parecido al natural, con presencia de S (Figura 3) se corrobora la saturación en caolini­ta de todas las muestras, excepto las hiper­ácidas (4 y 5) y, además, se comprueba que el control de la disolución del suelo lo reali­za un hidroxisulfato, la alunita y que existen sulfatos estables o metaestables en todas los demás casos.

 

Figura 3 – Diagrama de relación de actividades mostrando las líneas más comunes para los minerales de Al en suelos sulfato ácidos (Van Bremen et al., 1983).

 

CONCLUSIONES

El estudio de la disolución de equilibrio de estos suelos pone de manifiesto que E. andevalensis crece adecuadamente en un amplio rango de condiciones, tolerando bien fuerzas iónicas de hasta 10^-2 M, disoluciones de reacción desde hiperácida (3,43) a neutra (6,97) y con concentraciones variables tanto de iones: sulfatos (4-376 mg L^-1), Ca (0,3­75 mg L^-1), Mg (0,1-25 mg L^-1); como de metales: Al (0,1-10 mg L^-1), Cu (0,01-3,94 mg L^-1), Pb (0,01-0,23 mg L^-1) Zn (0,01­1,88 mg L^-1) y Mn (0,021-2,81 mg L^-1). Pa­rece indiferente al catión que domina la di­solución y soporta altas concentraciones de Al soluble (hasta 10 mg L^-1), si bien esto puede estar favorecido por la formación de complejos iones Al-sulfato que limitan la actividad del Al trivalente (especie más tóxica) y por la alta relación Al/Ca. En todo caso se confirma que es una especie Al­tolerante. Además, sobrevive en medios muy pobres en nutrientes, con baja disponi­bilidad de nitratos y fosfatos.

El control de la disolución del suelo en las condiciones edáficas actuales lo realiza la alunita, siendo la caolinita la forma más es­table a valores de pH de la disolución supe­riores a 4,0. Los suelos de condiciones hi­perácidas (pH<3,7) no pueden tener ninguna forma mineral estable, salvo algunos sulfa­tos. Sin embargo, tanto en estas condiciones donde solo es estable la disolución, como en medios neutros, la especie vegeta adecua­damente demostrando una elevada plastici­dad.

 

AGRADECIMIENTOS

Al Ministerio de Ciencia e Innovación por la concesión de una Beca de Postgrado para la Formación de Profesorado Universitario a la primera autora de este trabajo y a Egmasa que ha facilitado las muestras y la financia­ción dentro del proyecto: “Recuperación ambiental y desarrollo sostenible de la Faja Pirítica Ibérica (Andalucía-Alentejo)” per­teneciente al Programa de Iniciativa Comu­nitaria Interreg III (2000-2006).

 

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