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Las raíces de los árboles tienen múltiples funciones que son esenciales para su crecimiento y supervivencia. Entre ellas, la adquisición de nutrientes y agua del suelo, almacenamiento de reservas, soporte de los microbios simbióticos y anclaje al sustrato. También contribuyen a la estructura del suelo y a los ciclos de carbono y nutrientes del ecosistema.

Investigadores del IRNAS-CSIC, en colaboración con las Universidades de Sevilla y de Córdoba, han estudiado la variación de 27 rasgos radicales (morfológicos, químicos e isotópicos) en siete especies de árboles plantadas en el Corredor Verde del Guadiamar (Sevilla, España). Tres especies eran caducifolias: álamo blanco (Populus alba), fresno (Fraxinus angustifolia) y almez (Celtis autralis), mientras que las otras cuatro eran perennifolias: pino piñonero (Pinus pinea), encina (Quercus ilex), acebuche (Olea europaea) y algarrobo (Ceratonia siliqua).

La tendencia principal de variación observada en los rasgos radicales apoya la hipótesis del “espectro de economía de la raíz”. Existe un compromiso entre especies con raíces más ligeras y mayor longitud por unidad de masa que maximizan la adquisición de recursos y les permiten crecer rápidamente en condiciones favorables. Por el contrario, especies con raíces densas y menor longitud específica tienden a la conservación de recursos y el crecimiento lento en condiciones adversas.

Pero existen además otras dimensiones que reflejan la multi-funcionalidad de las raíces. 1) la concentración de carbono, que no estuvo correlacionada con las variables morfológicas de la raíz, 2) la capacidad para ligar elementos traza (por ejemplo, Pb y Cd) en las células radicales, que suele estar asociada al nivel de tolerancia a la contaminación del suelo, y 3) el fraccionamiento del isótopo de nitrógeno N15 como un rasgo integrado de la nutrición mediada por micorrizas.

En general, las raíces y las hojas están funcionalmente coordinadas. La adquisición rápida de agua y nutrientes por las raíces debe estar acoplada a la rápida captura y procesado de carbono por las hojas. Sin embargo, se encontró una discordancia notable entre raíces y hojas, en cuanto a la acumulación de diversos elementos traza.

Las condiciones del suelo y en particular la contaminación por elementos traza afectan a la morfología y la química de las raíces de las diferentes especies de árboles. Existen interacciones recíprocas y procesos de retroalimentación (feedback) entre el suelo y las raíces.

Un rasgo fisiológico de la raíz con particular interés es su capacidad para reducir la disponibilidad de elementos traza en el suelo, en especial de los que son potencialmente tóxicos (Cd, Pb, As). Se recomienda plantar árboles con un potencial elevado de “fitoestabilización” para recuperar los suelos contaminados por metales.

Este estudio ha sido publicado en el número de abril de la revista Plant and Soil:

Marañón, T., Navarro-Fernández, C. M., Gil-Martínez, M., Domínguez, M. T., Madejón, P., Villar, R. (2020). Variation in morphological and chemical traits of Mediterranean tree roots: linkage with leaf traits and soil conditions. Plant and Soil, 449: 389-403.

Las interacciones entre los árboles y el suelo son responsables de la provisión de numerosos servicios ecosistémicos del bosque, como el secuestro de carbono, la protección de la erosión, la mejora de la fertilidad o la estabilización de contaminantes.

En el XXV Congreso Mundial de la IUFRO (Unión Internacional de Organizaciones de Investigación Forestal) que ha tenido lugar en Curitiba (Brasil) del 29 septiembre al 5 octubre, se ha dedicado una sesión (E8d,g) a las “Interacciones planta-suelo en bosques”.

En esta sesión se ha presentado una comunicación oral con la síntesis de los principales resultados del proyecto INTARSU sobre las interacciones entre el arbolado y el suelo en el Corredor Verde del Guadiamar (Sevilla, España).

1) Las diferentes especies de árbol afectan a las propiedades del suelo de forma diferente. Por ejemplo, el pH del suelo bajo pinos (Pinus pinea) y encinas (Quercus ilex) fue inferior que bajo otras cinco especies arbóreas de la misma zona de estudio. Estas diferencias de pH tienen importantes consecuencias en la movilidad de los elementos traza y su transferencia a las plantas (Madejón et al., 2018, Catena 166: 34-43).

2) La micobiota del suelo fue diferente en diversidad y composición bajo acebuche (Olea europaea), pino piñonero (Pinus pinea) y álamo blanco (Polulus alba), y respecto al pastizal adyacente. La aforestación representó un incremento del 100% de la diversidad fúngica del suelo, respecto a una zona recuperada (solo con pastizal). Se identificaron un total de 6.535 OTUs (unidades taxonómicas operativas) que representa una estima de la diversidad gamma de los hongos del suelo en la zona de estudio (Gil-Martínez et al., en preparación).

La diversidad funcional (según la base de datos FUNGuild) estuvo representada principalmente por tres grupos funcionales: saprótrofos (68% de los OTUs), patógenos/parásitos (18%) y micorrizas (12%). Dentro del grupo de hongos micorrícicos, los arbusculares estuvieron asociados a las muestras de suelo bajo acebuche y en pastizal, mientras que las ectomicorrizas fueron abundantes en el suelo bajo álamo y bajo pino.

3) El caso de los hongos micorrícicos es relevante por su simbiosis con los árboles. Se estudiaron las comunidades de hongos ectomicorrícicos muestreando los ápices radicales en 40 encinas (Q. ilex) distribuidas en 4 sitios del Corredor Verde. Se identificaron 55 OTUs, con una media de 3,8 especies de hongo por árbol. Los parámetros químicos del suelo que tuvieron mayor influencia sobre la composición de las comunidades fúngicas fueron el contenido total de carbono y las concentraciones de calcio, cobre, níquel y cinc (López-García et al., 2018, Soil Biol Biochem 121: 202-211).

A su vez, la composición de las comunidades de hongos ectomicorrícicos tuvo influencia significativa sobre algunos procesos suelo-árbol, como la acumulación de fósforo en las hojas, y la tasa de transferencia de cinc del suelo a la raíz (Gil-Martínez et al., 2018, Front Plant Sci : 1682).

4) Los hongos del suelo tienen un papel importante en la descomposición de la materia orgánica y el ciclado de nutrientes, mediante la acción de enzimas extracelulares. Se ha comprobado que la actividad de beta-glucosidasa (enzima que contribuye a la degradación de la celulosa) en el suelo bajo álamos y pinos fue casi el doble que bajo acebuche y en pastizal adyacente. Se puede inferir un proceso de retroalimentación de las diferentes especies de árbol influyendo sobre la composición y abundancia de hongos del suelo, y la tasa de actividad enzimática, que a su vez promueve la descomposición de la materia orgánica y la liberación de nutrientes, que son captados por el árbol (Gil-Martínez et al., 2018, Proc. Mine Closure 2018, Leipzig, pp. 636-647).

Como síntesis, existen interacciones complejas entre el subsistema aéreo y el subterráneo de un ecosistema forestal. Se han mostrado diversos ejemplos de procesos de retroalimentación árbol-microbiota-suelo en el Corredor Verde del Guadiamar. La captación de metales por el árbol está influida por el pH del suelo, que a su vez puede ser modificado por las características de la hojarasca y los exudados de las raíces. La composición y diversidad de los hongos del suelo forestal está afectada por la identidad del árbol; por otra parte, las comunidades de hongos micorrícicos influyen sobre propiedades del árbol, como la concentración foliar de fósforo y la transferencia suelo-raíz de cinc. Los árboles influyen sobre las actividades enzimáticas en el suelo, que a su vez afectan al ciclado de nutrientes y a su captación por los árboles.

La copia en pdf de las diapositivas de la presentación oral se puede consultar en Digital CSIC.

La evaluación de los servicios ecosistémicos es una herramienta que sirve para apoyar y justificar la gestión sostenible del suelo.

Investigadores del IRNAS, CSIC han participado en el desarrollo de una metodología para la evaluación de servicios ecosistémicos asociados al suelo, formando parte del consorcio europeo RECARE.

Se han comparado los resultados de 26 medidas ensayadas para la recuperación de suelos degradados, a partir de 16 estudios de caso en Europa. En particular, los investigadores del IRNAS han evaluado los resultados de la aplicación de enmiendas (compost de biosólidos) y plantación de árboles (acebuche) en suelos contaminados y recuperados del Corredor Verde del Guadiamar.

La nueva metodología se ha aplicado para evaluar los impactos de cada una de las 26 medidas en los servicios ecosistémicos. Se han seleccionado 15 servicios ecosistémicos relevantes, agrupados en servicios de abastecimiento, de regulación y culturales. En general, las medidas de recuperación aplicadas al suelo produjeron un cambio positivo en los servicios ecosistémicos. Entre los servicios de regulación, la “mediación de los flujos” (protección de la erosión) y la “mediación de residuos y tóxicos” (estabilización de contaminantes) fueron los servicios con impactos positivos más importantes.

La metodología también sirvió para detectar las sinergias y los compomisos (trade-off) entre servicios ecosistémicos. Este enfoque holístico puede servir de base para la valoración de los beneficios de cada servicio ecosistémico y la gestión integrada del terreno o paisaje evaluado.

Los resultados han sido publicados en el número de diciembre 2018 de la revista de libre acceso Sustainability:

Gudrun Schwilch, Tatenda Lemann, Örjan Berglund, Carlo Camarotto, Artemi Cerdà, Ioannis N. Daliakopoulos, Silvia Kohnová, Dominika Krzeminska, Teodoro Marañón, René Rietra, Grzegorz Siebielec, Johann Thorsson, Mark Tibbett, Sandra Valente, Hedwig van Delden, Jan van den Akker, Simone Verzandvoort, Nicoleta Olimpia Vrînceanu, Christos Zoumides, Rudi Hessel (2018), Assessing impacts of soil management measures on Ecosystem Services. Sustainability, 10 (12), 4416, doi:10.3390/su10124416.