The impact of soil disturbance on nitrogen partitioning and carbon secuestration in Mediterranean soils

Abstract

Los incendios forestales pueden ser considerados como uno de los factores más influyentes en la degradación de los suelos en la cuenca Mediterránea. El fuego puede modificar las propiedades físicas y químicas del suelo, y, en particular, alterar la calidad y cantidad de la materia orgánica del suelo (MOS), a corto, medio y largo plazo. La quema de la vegetación produce residuos altamente alterados químicamente conocidos genéricamente como material orgánico pirogenético (PyOM, acrónimo del término inglés pirogenic organic matter), y el nitrógeno (N) orgánico que contiene es llamado Black Nitrogen (BN). Químicamente, el BN está compuesto por compuestos aromáticos heterocíclicos, y su incorporación a la MOS va a afectar presumiblemente el ciclo del N en el suelo. En una primera fase de este trabajo fueron muestreados Cambisoles localizados en la Sierra de Aznalcóllar (Sevilla) bajo un bosque típico Mediterráneo propenso a los incendios, que habían sido afectados por distinto número de incendios. Los suelos elegidos fueron afectados por el fuego por primera vez en 1996, y posteriormente una segunda vez en 2004. Con objeto de evaluar la reproducibilidad de nuestros datos sobre el impacto del fuego en la calidad y cantidad de la MOS en las áreas estudiada, así como la influencia de la variabilidad espacial, principalmente en cuanto a la distribución del combustible antes del fuego se compararon dos métodos de muestreo diferentes En el primero de ellos (método 1), las esquinas y el centro de un cuadrado elegido al azar con una longitud de lado de 15 m fueron muestreados y analizados por separado. En el segundo, se utilizaron muestras compuestas (método 2) obtenidas de tres suelos. Los análisis efectuados permitieron describir las propiedades físicas y químicas de los suelos, así como sus características espectroscópicas mediante resonancia magnética nuclear (RMN), que fueron comparadas estadísticamente usando ANOVA. Ambos métodos de muestreo arrojaron resultados comparables con similares desviaciones estándar. No se observaron grandes diferencias con respecto a las propiedades físicas y químicas, contenido de carbono (C) y N entre los suelos no afectados y afectados por el fuego. Sin embargo los resultados de la RMN en estado sólido de 13C mostraron que los suelos quemados presentaban un incremento en aromaticidad. En base a estos resultados se concluyó que el muestreo con número reducido de réplicas (método 1) puede ser adecuado para aportar datos representativos del comportamiento por RMN de los suelos. Los resultados indicaron que en el área de estudio iiafectada por el fuego recuperó rápidamente las propiedades típicas del suelo y de su MOS, y que los cambios provocados por el fuego no se mantuvieron a largo del tiempo. Para elucidar la estabilidad bioquímica del Black Carbon (BC) y del BN de los suelos estudiados, muestras seleccionadas de la campaña del 2011 fueron estudiadas por RMN en estado sólido de 13C y 15N, y sus espectros fueron comparados con aquellos que fueron adquiridos de las muestras muestreadas en la misma zona, 4 semanas después del fuego en 2004. El análisis confirmó una incorporación rápida del material quemado en la MOS, justo después del incendio. Como consecuencia, el N tipo pirrol dominó la fracción de N orgánico del suelo. Después de siete años de recuperación del suelo se produjo una considerable disminución del C aromático, aunque su contribución al C total fue mayor en las zonas quemadas que en el suelo control. El hecho de la pérdida de PyOM durante la recuperación del suelo cuestionó la longevidad de los residuos quemados en el suelo. El BN mostró incluso menor recalcitancia bioquímica. El fraccionamiento por densidad y tamaño de partícula de la materia orgánica (MO) de los suelos que se están recuperando del incendio indicaron que el material quemado remanente se acumuló principalmente en la fracción orgánica particulada. Sin embargo, la baja recalcitrancia bioquímica debido a la falta de interacción entre la fracción mineral, el BN y el BC requiere de futuras investigaciones. Con el fin de aportar más luz sobre el impacto del BN en el ciclo del N en el suelo, se llevó a cabo un experimento en macetas durante 0.5, 1, 5, 8, 12 y 16 meses bajo condiciones controladas en invernadero. Para ello, Lolium perenne fue cultivado en suelos quemado y no quemado después de ser cubiertos con MO fresca enriquecida con 15N (15N-MO) o su 15N-PyOM. Paralelamente, los contenedores fueron fertilizados con KNO3 no enriquecido (Ni), mientras que otros fueron cubiertos con PyOM y MO junto con K15NO3 (15Ni) y otros con sólo 15Ni. La determinación de la recuperación del 15N añadido (15Nadd) junto con un análisis estadístico de los resultados mostró que el impacto del fuego no produjo cambios en la distribución del 15Nadd entre plantas (hojas y raíces) y suelo. En las hojas de las plantas, las mayores recuperaciones de 15Nadd se observaron en las macetas tratadas con 15Ni y 15N-MO en comparación con 15N-PyOM. La adición del Ni no alteró el porcentaje de 15Nadd recuperado derivado de 15N-PyOM y 15N-MO. Comparativamente, la adición de PyOM and OM no alteró la eficiencia de 15Ni incorporado en los residuos vegetales. Después de 16 meses de incubación, los suelos cubiertos con 15N-PyOM mostraron el mayor secuestro de 15Nadd mientras que la RMN de estado sólido de 15N sugirió que parte del 15Nadd iii