Carabassa Torre 2020a

Valorització de residus orgànics en tecnosols i avaluació de la restauració d’espais degradats. Tesi doctoral de Vicenç Carabassa. CREAF

La degradació dels hàbitats, la sobreexplotació dels recursos naturals, la contaminació, les espècies invasores o el canvi climàtic estan afectant la provisió de serveis ecosistèmics arreu del món, la qual cosa ens obliga a fer plantejaments i reflexions urgents sobre com entenem, valorem i gestionem els ecosistemes. Algunes activitats humanes necessàries per a l’estil de vida actual, com l’extracció de recursos miners, la construcció d’infraestructures de transport, o la pròpia agricultura industrial, provoquen impactes severs sobre els ecosistemes, els quals ens proveeixen de serveis encara més necessaris com la regulació climàtica i hídrica, el control de l’erosió, el filtratge de contaminants, o la provisió d’aigua i la producció d’aliments, entre molts d’altres. Per tant, encara que sigui des d’una visió totalment antropocèntrica, és necessari i urgent reduir els impactes sobre els ecosistemes, a la vegada que restaurem els espais degradats, recuperant així els serveis ecosistèmics.

Aquesta tesi pretén contribuir a donar resposta a aquesta necessitat mitjançant propostes d’aprofitament de residus orgànics per a la creació de tecnosols i la validació de mètodes per a la restauració i seguiment d’aquests espais degradats, especialment aquells afectats per activitats mineres. Els objectius més específics de la tesi són:

• Comprovar la utilitat del protocol normalitzat OCDE-217 basat en la respiració del sòl per determinar el risc de toxicitat per metalls pesants, així com per la monitorització de l’eficàcia de processos de rehabilitació de sòls quan s’apliquen esmenes orgàniques.

• Avaluar els efectes a curt termini, en el sòl i la vegetació, de l'ús de fangs de depuradora en la construcció de tecnosols en condicions mediterrànies.

• Avaluar els efectes a mig termini (10 anys), en dos serveis ecosistèmics clau (segrest de carboni i funció d'hàbitat), de l'ús de fangs de depuradora en la construcció de tecnosols en condicions mediterrànies.

• Determinar les limitacions i les oportunitats de l’ús de bioestabilitzats i digests procedents de la fracció orgànica de la resta (residus no recollits selectivament) per a la construcció de tecnosols en obres de restauració ambiental.

• Seleccionar indicadors clau del procés de restauració i establir un protocol per a l’avaluació i seguiment de la restauració d’activitats extractives.

Primera contribució de la tesi. La utilitat del protocol OCDE-217

El protocol OCDE-217, basat en l’activitat respiratòria del sòl, s’avalua per estudiar la toxicitat d’alguns dels metalls pesants habitualment presents en major proporció a les esmenes orgàniques utilitzades en restauració, especialment als fangs de depuradora urbana. En aquest sentit, el protocol OCDE-217 ha estat una metodologia vàlida per a la detecció d'efectes adversos (i també beneficiosos) dels tres metalls estudiats, Cr, Zn i Cu, sobre la respiració del sòl induïda per substrat. No obstant, les toxicitats avaluades per la prova de respiració del sòl OCDE-217 han resultat baixes en el sòl escollit (sòl sorrenc lleugerament àcid), malgrat la seva limitada capacitat d’adsorció i precipitació de metalls pesants que, per tant, romanien potencialment biodisponibles.

Tot i així, els valors EC50 per Cr, Zn i Cu obtinguts són comparables als presentats per altres autors que han treballat amb sòls de característiques similars. La magnitud dels efectes inhibidors observats també és coherent amb les referències consultades, essent el Cu el metall més tòxic després de 28 dies d’exposició. També s’ha comprovat que l’adició de matèria orgànica fresca emmascara l’efecte dels metalls pesants sobre la respiració del sòl ja que incrementa la biomassa microbiana, així com l’adsorció i la immobilització dels metalls.

     Figura 3.2 (Tesi). Canvis de SIR relatius (Respiració induïda per substrats) en assaig definitiu per al sòl contaminats amb concentracions         creixents de Zn i Cu. Les barres mostren un error estàndard. Es presenta la dosi a escala logarítmica.

Segona contribució de la tesi. Esmenes orgàniques procedents de residus urbans

En un segon treball de la tesi s’entra en la caracterització de diferents tipus d’esmenes orgàniques procedents de residus urbans, així com en l’avaluació dels seus efectes sobre el sòl i la vegetació quan són usats en la construcció de tecnosols per a la restauració de pedreres, abocadors o talussos de carretera. Així s’avaluen els efectes de l’aplicació de fangs de depuradora urbana a curt (2 anys) i mitjà termini (10 anys), en una selecció de tipus d’actuacions de rehabilitació representatives de lesrealitzades en pedreres de roca calcària.

S’ha demostrat que l’ús de fangs de depuradora permet millorar els resultats de la rehabilitació de sòls degradats, a la vegada que es valoritzen residus orgànics i minerals. La construcció de tecnosols amb fangs de depuradora facilita una ràpida revegetació, especialment pel que fa a espècies herbàcies, fet que permet l’estabilització ràpida de talussos i controla l’escorrentiu, la qual cosa redueix també l’erosió superficial, que és un objectiu prioritari en talussos de fort pendent com els que trobem en activitats extractives, infraestructures de transport o abocadors. A mitjà termini (una dècada), els sòls esmenats amb fangs de depuradora afavoreixen l’enriquiment del sòl en matèria orgànica i el segrest de carboni, ja que hem comprovat que contenen fins a cinc vegades més de carboni orgànic que els sòls homòlegs no esmenats. Aquest enriquiment és el resultat de l’augment de la producció primària a causa dels nutrients aportats pels fangs, que encara és evident després de deu anys. Aquest augment de la producció primària es tradueix també en un major recobriment vegetal que protegeix el sòl de l’erosió.

En general podem dir que l’aplicació de fangs a dosis moderades, d’acord amb el protocol anomenat RESTOFANGS, afavoreix un major desenvolupament de la vegetació, especialment de l’estrat herbaci en els primers anys, però també progressivament de l’arbustiu i l’arbori, sense limitar el reclutament a mig termini de les plantes pròpies del sistema natural de la zona. Pel que fa als bioestabilitzats, resultants de l’estabilització aeròbica de la fracció orgànica de residus municipals, s’ha constatat que existeix una important heterogeneïtat en relació als principals paràmetres estudiats. Aquesta heterogeneïtat es dona entre diferents plantes de tractament de residus, però també entre diferents lots d’una mateixa planta, cosa que suposa una important restricció a l’hora de fer generalitzacions per a l’ús dels bioestabilitzats. Els digests, procedents de la digestió anaeròbica de la matèria orgànica obtinguda per la separació mecànica de la fracció resta dels residus urbans, presenten un contingut baix d’impureses i una major concentració de N que els bioestabilitzats, la qual cosa els fa més adequats per a ser aplicats al sòl. L’elevat contingut en N dels digests afavoreix el desenvolupament i el creixement de les plantes, la qual cosa el fa especialment interessants en aquells casos en que cal garantir una coberta herbàcia que protegeixi el sòl de l’erosió. Podem dir que els digests s’assemblen més als fangs EDAR que als bioestabilitzats, malgrat l’origen comú amb els darrers. A més, la composició dels digests és més estable entre plantes de tractament i lots. Pel que fa a la dosificació, s’ha comprovat que les dosis superiors a 20 g·kg^-1 no milloren el desenvolupament i el creixement de la vegetació, tant en bioestabilitzats com en digests, i també augmenten el risc de contaminació de les aigües subterrànies i la toxicitat sobre la fauna del sòl. El missatge és clar, les esmenes orgàniques generen beneficis als sòls degradats o deficitaris en matèria orgànica, però no té sentit aplicar-les a dosis superiors a les establertes en els protocols que hem publicat o les indicades en d’altres codis de bones pràctiques agràries.

Figura 4.1. (Tesi) Freqüència de diferents grups funcionals de plantes herbàcies a les zones avaluades de pedreres. Les barres d'error indiquen un error estàndard (p <0.02).

Protocol RESTOCAT (RESTOQUARRY)

El darrer treball de la tesi es dedica a l’establiment i validació d’un protocol per a l’avaluació de la restauració d’activitats extractives, anomenat RESTOCAT (anomenat RESTOQUARRY a les publicacions en anglès). Diferents actors vinculats a la pràctica de la restauració ecològica apunten a la necessitat d’establir protocols de seguiment de la restauració, que han de ser senzills i aplicables a un ampli ventall de situacions o tipologies de restauració. El protocol RESTOQUARRY pretén contribuir a donar-hi resposta al ser una eina adreçada al personal de les empreses extractives i de l’Administració, que ajuda a incrementar el compromís i la implicació dels enginyers de mines i el personal encarregat d’executar la restauració, la qual cosa es tradueix en una major qualitat de les restauracions efectuades. La major part dels indicadors proposats en el protocol avaluen de manera Valorització de residus orgànics en tecnosols i avaluació de la restauració d’espais degradats indirecta serveis i/o funcions ecosistèmiques, permetent en alguns casos la seva quantificació. Fins i tot alguns dels indicadors més generals (indicadors del conjunt de l’àrea restaurada), com són els relacionats amb impactes o integració visual, poden ser considerats aproximacions a la valoració de serveis ecosistèmics culturals. El protocol RESTOQUARRY permet distingir restauracions de qualitat, d’aquelles que necessiten l’adopció de mesures correctores. També permet identificar problemes crítics que posen en risc l’èxit de la restauració i que requereixen de canvis profunds en el disseny i l’execució dels treballs. La major part de les restauracions avaluades amb RESTOQUARRY requereixen de mesures correctores per tal de millorar algun aspecte de la restauració, fet que demostra l’eficàcia del protocol.

Figura 3. Diferències en el tipus de vegetació entre zones restaurades i zones circumdants (esquerra) i la zona amb presència de morfologies artificials, com parets (penya-segats) en paisatges plans / muntanyosos (a la dreta), que fan que la integració de les zones restaurades al paisatge sigui difícil.