Tesis Doctoral BENEFICIOS Y RIESGOS DE LA APLICACIÓN DE ENMIENDAS ORGÁNICAS SOBRE LA SALUD DE SUELOS AGRÍCOLAS Julen Urra Ibañez de Sendadiano Directores: Dr. Carlos Garbisu Crespo Dr. Iker Mijangos Amezaga 2020 (c)2020 JULEN URRA IBAÑEZ DE SENDADIANO | AGRADECIMIENTOS ESKERRAK En primer lugar, me gustaría agradecer al Departamento de Conservación de los Recursos Naturales de NEIKER y, en particular, a mis directores de tesis, el Dr. Carlos Garbisu Crespo y el Dr. Iker Mijangos Amezaga, por haberme concedido la oportunidad de realizar este trabajo, y por su apoyo durante el transcurso del mismo. Gracias también a la comisión académica del Programa de Doctorado de Agrobiología Ambiental que coordina la Dra. Carmen Gonzalez Murua, y particularmente a mi tutor, el Dr. Jose María Becerril Soto, por su apoyo a lo largo de estos años. Asimismo, quiero agradecer al Departamento de Desarrollo Económico y Competitividad del Gobierno Vasco el haberme otorgado una beca predoctoral para la realización de este trabajo. De la misma forma, este trabajo es obra de la colaboración activa con distintas empresas e instituciones, cuyo apoyo ha sido indispensable para la consecución de varios de los objetivos de este trabajo. Por ello, me gustaría dar las gracias a: La Universidad de Lleida y, en especial, al Dr. Jaume Lloveras. La Mancomunidad de la Comarca de Pamplona y en particular, a Sandra Bázquez, de la estación depuradora de aguas residuales de Arazuri. Los Agricultores de la Montaña Alavesa, sobre todo, a Ricardo Corres. La empresa Vitaveris: Jesús y Adelardo. Los Servicios Generales de Investigación (SGIker) de la UPV/EHU, en especial, a la Dra. Irantzu Bernales. Por otro lado, me gustaría manifestar mi más sincero agradecimiento a todas y cada una de las personas que, de una u otra forma, han estado a mi lado a lo largo de este camino y han contribuido a que este trabajo se haya hecho realidad. Para empezar, eskerrik asko al Grupo de Ecología Microbiana de Suelos de NEIKER, donde recalé hace ya unos años y donde, desde el primer día, me hicieron sentir como uno más, transmitiéndome la curiosidad y el interés por los habitantes más pequeños de un ecosistema tan fascinante como es el suelo que pisamos. A la cabeza de este grupo, donde los integrantes miran la superficie que nos sostiene a través de una lupa, Carlos, que personifica la pasión y el entusiasmo por la ciencia: gracias por esa contagiosa inquietud por la ciencia, gracias por las lecciones magistrales y el esfuerzo y paciencia para formarme, gracias por la motivación, y gracias por el sacrificio. Iker: tu entusiasmo por lo “agro” no tiene parangón, gracias por contagiarme la importancia de lo rural, por la cercanía y por esa incesante ética de trabajo. Lur: gracias por las lecciones de estadística y tratamiento de datos, gracias por tu ayuda, tu visión científica, y tus inestimables aportaciones a este trabajo. Fer: siempre atareado, siempre dispuesto a ayudar, siempre con algo que contar, siempre con ganas de discutir… eres la referencia (y, personalmente, un referente) de cada persona que llega al laboratorio de I+D y, ¡menos mal que estás! Gracias por la ayuda en el laboratorio, en los muestreos, gracias por las soluciones prácticas a cualquier tipo de problema, gracias por la paciencia, y gracias por las lecciones. Mikel: has sido un apoyo constante desde que llegué a NEIKER. Gracias por tu ayuda incondicional, gracias por los consejos y por los ratos de desahogo, eres un gran compañero y mejor amigo. No me olvido de Enaitz, que llegó al grupo conmigo y que tanto me ayudó al inicio de esta etapa, ni del resto de los integrantes presentes y pasados de este gran grupo: Iker Martín, Arrate, Leire, June, Aitor, Oihane, Anders, Aritz, Galder, Gorka, gracias por haber compartido tantas horas en el laboratorio, muestreando, tamizando, peleándonos con los números, repitiendo análisis, volviendo a pelearnos con los números… en fin, ¡eskerrik asko SMEG! A Luis y a Gorka, que hacen posible que contemos con ensayos de campo, eskerrik asko por el conocimiento, el esfuerzo y por los buenos momentos. Tampoco quiero olvidarme de todo el personal de NEIKER cuya labor ha sido necesaria para la consecución de este trabajo: gracias a los miembros del laboratorio de servicios, a las personas de administración, de comunicación, y de la oficina de proyectos. Gracias también a las personas de la “segunda planta” cuya compañía y cercanía han hecho que dé gusto llegar a la mesa de trabajo cada día: Rober, Aritz, el tándem formado por Nahia y Ander, etc. No me olvido de Kontxi y de Gotzone, gracias por la compañía y, sobre todo, por la infinita paciencia por haberme esperado en tantas ocasiones para salir y cerrar el centro. Eskerrik asko también al grupo de “becari@s” presentes y pasados, que tan buena onda ha mantenido siempre, a pesar del continuo goteo de altas y bajas. Enaitz, Asier, Oier, Urtzi, Maialen, Inma, Aritz, Lur, Garazi, Iñigo, Marta, Maite, Iker, Edu, Mikel, Gorka, Leire, Oihane, June, Alvaro, Aitor, Miriam, Joseba, Rakel: eskerrik asko por las horas de discusión sobre análisis estadísticos, temas burocráticos, trabajo de laboratorio… y eskerrik asko, sobre todo, por las risas, por compartir los momentos de agobio, por el desahogo, por los planes, por las cervezas, por las comidas y las cenas, etc. Es estupendo saber que cualquier persona que llegue al centro va a sentirse incluida y arropada gracias a un grupo de personas tan genial. Dentro de este grupo, un agradecimiento especial a aquellos compañeros que se han convertido en verdaderos amigos y con quienes he compartido tanto dentro y fuera de NEIKER: Leire, Oihane, Edu, Marta. A mis amigos, que me han acompañado y apoyado durante esta y otras tantas aventuras, ¡y las que quedan! ¡con razón somos la tercera mejor kuadrila de Gasteiz! A los fantastik, eskerrik asko zuei ere, betirako gertu edukiko zaituztedala jakin badakidalako. A las palomas del Atzurra, eman egurra! Por supuesto, a mi familia: Ama, Aita, Alain, gracias por estar a mi lado apoyándome y ayudándome de manera incondicional, por entenderme, por animarme y por creer en mí. Gracias también a mis abuelas, a mis tías y tíos, a mis primas y primos, y a Leire. Por último, si bien esta tesis la conforman los mayores y menores aportes de cada persona arriba mencionada, no puedo obviar la importancia que tiene y ha tenido en la consecución de la misma Marta, mi compañera de vida. Mart, zu zara gehien jasaten nauena, eskerrik asko beti nire ondoan egoteagatik, eskerrik asko nire zama denak arintzeagatik, eskerrik asko nire bizi-poza izateagatik. Bat gutxiago… zure txanda! Mila Milioi Esker! Julen RESUMEN La creciente intensificación en la explotación de los suelos a escala mundial, derivada de las necesidades y demandas de una población creciente, se traduce en una presión y un deterioro progresivos del ecosistema edáfico que compromete su sostenibilidad funcional y, por ende, la seguridad alimentaria, el bienestar y la supervivencia de nuestra sociedad. En consecuencia, se hace necesaria una transición hacia modelos de producción agrícola más sostenibles que protejan la integridad ecológica y funcionalidad del ecosistema edáfico, al tiempo que promueven la productividad y calidad de los cultivos. El presente trabajo ha evaluado los beneficios y riesgos potenciales de distintas prácticas agrícolas (i.e., incorporación de rastrojo tras la cosecha, aplicación de enmiendas orgánicas al suelo, inóculos microbianos basados en micorrizas) orientadas a la disminución del uso de agroquímicos en agricultura, estudiando tanto su potencial agronómico como sus efectos sobre la salud del suelo, estimada ésta a partir de parámetros microbianos que reflejan la biomasa, actividad y diversidad de las comunidades microbianas edáficas. Nuestros resultados indican que: (i) la incorporación del rastrojo de maíz al sueloes una práctica beneficiosa para la salud del ecosistema edáfico; (ii) los beneficios potenciales de la aplicación de enmiendas líquidas obtenidas a partir de la fermentación de residuos orgánicos dependen, entre otros factores, del tipo de suelo y la dosis específica de aporte de enmienda, la cual ha de ajustarse a los requerimientos de nitrógeno del cultivo; (iii) la aplicación de estiércol fresco al suelo agrícola aporta energía y carbono lábil para las comunidades microbianas edáficas, con el consiguiente aumento de su biomasa y actividad metabólica, e incrementa el rendimiento productivo del cultivo de lechuga; no obstante, esta aplicación conlleva un riesgo de diseminación de genes de resistencia a antibióticos a los suelos agrícolas y el medio ambiente. Por otra parte, (iv) tanto el compostaje como la fermentación anaerobia del estiércol conllevan una reducción notable en la carga de determinantes de resistencia a antibióticos; (v) la aplicación a largo plazo de lodos de depuradora urbana digeridos anaeróbicamente y deshidratados conlleva una mejora en las propiedades físico-químicas y biológicas de los suelos agrícolas, pero al mismo tiempo aumenta la abundancia de genes de resistencia a antibióticos y elementos genéticos móviles de forma correlacionada con la concentración total de cobre y zinc en el suelo, lo que sugiere la existencia de mecanismos de co-evolución; (vi) algunas prácticas agrícolas propias de la agricultura orgánica (i.e., laboreo mínimo y empleo de enmiendas orgánicas) ejercen un efecto negativo sobre la abundancia y diversidad de hongos micorrícicos arbusculares. La inoculación de hongos micorrícicos arbusculares mejora el rendimiento productivo del cultivo de lechuga sin ejercer una alteración notoria en las comunidades edáficas de dichos hongos. A partir de estos estudios, se concluye que la utilización de enmiendas orgánicas tiene un gran potencial agronómico. Sin embargo, su sostenibilidad como práctica agrícola depende de la minimización de los riesgos derivados de su utilización. Finalmente, la utilización de propiedades microbianas con potencial bioindicador de la salud del suelo representa una opción idónea para la evaluación y monitorización del impacto potencial de la aplicación de enmiendas orgánicas sobre los suelos agrícolas.