Restauración de la biocostra mediante la inoculación de suelo con cianobacterias y estrategias de reducción del estrés ambiental

Abstract

Las tierras secas constituyen el bioma más grande de la Tierra, en el cual vive una parte importante de la población mundial. El cambio global está aumentando la degradación del suelo en estas áreas y, debido a la escasez de agua, los métodos tradicionales de restauración basados en el establecimiento de plantas no tienen mucho éxito. Por lo tanto, en los últimos años se está desarrollando una nueva herramienta de restauración para recuperar suelos de tierras secas, basada en la recuperación de la biocostra. Las biocostras son comunidades de microalgas, líquenes, musgos, bacterias heterótrofas, hongos y cianobacterias, que forman una capa estable y más fértil en los primeros centímetros del suelo en la mayoría de tierras secas del mundo. Las biocostras tienen un papel crucial en muchos procesos del ecosistema, en tanto disminuyen la erosión por el viento y el agua, aumentan la fertilidad del suelo y la biodiversidad, y afectan positivamente el balance hídrico. Un método para inducir la formación de la biocostra -una vez que ésta se ha perdido por alguna perturbación- es la inoculación del suelo con cianobacterias previamente aisladas, provenientes de biocostras del área a restaurar y cultivadas en laboratorio, para su posterior aplicación en el suelo. Varios estudios han mostrado resultados positivos de la inoculación del suelo con cianobacterias sobre la formación de la biocostra y la mejora de las propiedades del suelo en condiciones de laboratorio. Sin embargo, sólo unos pocos estudios han obtenido resultados exitosos en campo debido al alto estrés ambiental. La aplicación de estrategias de reducción del estrés ambiental puede ayudar al crecimiento y establecimiento del inóculo, sobre todo en los primeros estadios tras su aplicación. En este trabajo, evaluamos el efecto de la inoculación con cianobacterias sobre un suelo degradado de una zona semiárida de la provincia de Almería (El Cautivo, desierto de Tabernas), primero en condiciones de laboratorio y posteriormente el efecto de la inoculación junto con estrategias de reducción del estrés ambiental basadas en el uso de mallas vegetales, en condiciones de exterior. En el laboratorio, la inoculación de una mezcla de cianobacterias fijadoras de N y no fijadoras de N, dio lugar a la formación de una biocostra sólo tres meses después de su aplicación, lo cual aumentó el carbono orgánico en comparación con los suelos no inoculados, así como el índice NDVI y disminuyó el albedo. En exterior, el efecto de la inoculación directa con cianobacterias tuvo un efecto limitado. Sin embargo, la aplicación de cubiertas vegetales hechas a base de Lygeum spartum y Stipa capensis mejoró significativamente el crecimiento del inóculo después de 3 y 6 meses. Las variables medidas (carbono orgánico, NDVI y albedo) mostraron una ligera mejora en comparación con los controles y los suelos inoculados sin la cubierta vegetal. Estos resultados indican que el empleo de estrategias de reducción del estrés ambiental basadas en mallas vegetales mejora el crecimiento del inóculo y la formación de la biocostra en campo, pudiendo contribuir a una más rápida recuperación de los suelos degradados en las tierras secas. Drylands are the largest biome on Earth where an important part of the world population lives. Global change is increasing land degradation in these areas and, due to water scarcity, traditional restoration methods based on plant establishment are not very successful. Therefore, a new restoration tool is being developed in the last years to restore dryland soils based on the recovery of the biocrust. Biocrusts are communities of microalgae, lichens, mosses, heterotrophic bacteria, fungi and cyanobacteria, which form a stable and more fertile layer within the first centimetres of soil surface in most drylands around the world. Thus, biocrusts play crucial roles in ecosystem processes as they decrease erosion by wind and water, increase soil fertility and biodiversity, and positively affect the water balance. One method to induce biocrust formation once it has been lost due to some disturbance consists of the soil inoculation with native cyanobacteria, previously isolated on the area to be restored and cultured in the laboratory, for their later application on soil. Several studies have shown positive results in inducing biocrusts and improving soil properties in laboratory conditions. However, just a few have been able to obtain successful results in field due to the harsh environmental stress. In this work, we first evaluated the effect of cyanobacteria inoculation on a degraded soil collected from a semiarid area in the province of Almería (El Cautivo, Tabernas desert) in laboratory conditions and then its effect together with application of habitat amelioration techniques based on plant covers in an experiment outdoors. In the laboratory, soil inoculation with a mixture of N and non-N fixing cyanobacteria led to the formation of a biocrust just after three months since application, that increased the organic carbon of soils compared with the non-inoculated soils, as well as the NDVI index and decreased soil albedo. In the experiment outdoors, cyanobacteria inoculation alone showed limited success. However, application of vegetable meshes made with Lygeum spartum and Stipa capensis significantly improved inoculum growth after 3 and 6 months. The variables measured (organic carbon, NDVI and albedo) showed a slight improvement compared with controls and the noncovered inoculated soils. These results indicate that the application of habitat amelioration techniques based on vegetal meshes improves inoculum growth and biocrust induction in the field, likely contributing to a faster recovery of degraded soils in drylands.