UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CARTAGENA PROGRAMA DE DOCTORADO EN MEDIO AMBIENTE Y MINERÍA SOSTENIBLE METODOLOGÍA PARA LA VALORIZACIÓN PAISAJISTA Y REHABILITACIÓN AMBIENTAL DE ZONAS MINERAS MEDIANTE EL USO DE MODELOS DE AYUDA A LA TOMA DE DECISIÓN Alfonso Parra Torres Cartagena, Mayo de 2015 UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CARTAGENA PROGRAMA DE DOCTORADO EN MEDIO AMBIENTE Y MINERÍA SOSTENIBLE METODOLOGÍA PARA LA VALORIZACIÓN PAISAJISTA Y REHABILITACIÓN AMBIENTAL DE ZONAS MINERAS MEDIANTE EL USO DE MODELOS DE AYUDA A LA TOMA DE DECISIÓN Tesis Doctoral presentada por Alfonso Parra Torres, Ingeniero Agrónomo por la ETSIA de Cartagena dirigida por Ángel Faz Cano Prof. Dr. del Área de Edafología y Química Agrícola María Dolores Gómez López Prof. Dr. del Área de Ingeniería Agroforestal para la obtención del Título de Doctor por la Universidad Politécnica de Cartagena Cartagena, Mayo de 2015 CONFORMIDAD DE SOLICITUD DEAUTORIZACIÓN DE DEPÓSITO DE TESIS DOCTORAL POR LOS DIRECTORES DE LA TESIS D. Ángel Faz Cano y Dª. María Dolores Gómez López. Directores de la Tesis doctoral “Metodología para la valorización paisajista y rehabilitación ambiental de zonas mineras mediante el uso de modelos de ayuda a la toma de decisión” INFORMA: Que la referida Tesis Doctoral, ha sido realizada por D. Alfonso Parra Torres, dentro del programa de doctorado “Medio Ambiente y Minería Sostenible”, dando mi conformidad para que sea presentada ante la Comisión de Doctorado para ser autorizado su depósito. La rama de conocimiento en la que esta tesis ha sido desarrollada es: Ciencias Ciencias Sociales y Jurídicas X Ingeniería y Arquitectura En Cartagena, a 15 de Mayo de 2015 LOS DIRECTORES DE LA TESIS Fdo.: Ángel Faz Cano Fdo.: María Dolores Gómez López COMISIÓN DE DOCTORADO CONFORMIDAD DE DEPÓSITO DE TESIS DOCTORAL POR LA COMISIÓN ACADÉMICA DEL PROGRAMA D. Francisco Alhama, Presidente de la Comisión Académica del Programa Medio Ambiente y Minería Sostenible. INFORMA: Que la Tesis Doctoral titulada, “Metodología para la valorización paisajista y rehabilitación ambiental de zonas mineras mediante el uso de modelos de ayuda a la toma de decisión” ha sido realizada, dentro del mencionado programa de doctorado, por D. Alfonso Parra Torres, bajo la dirección y supervisión del Dr. Ángel Faz Cano y la Dra. María Dolores Gómez López. En reunión de la Comisión Académica de fecha 14/05/2015, visto que en la misma se acreditan los indicios de calidad correspondientes y la autorización del Director de la misma, se acordó dar la conformidad, con la finalidad de que sea autorizado su depósito por la Comisión de Doctorado. La Rama de conocimiento por la que esta tesis ha sido desarrollada es: Ciencias Ciencias Sociales y Jurídicas X Ingeniería y Arquitectura En Cartagena, a 14 de Mayo de 2015 EL PRESIDENTE DE LA COMISIÓN ACADÉMICA DEL PROGRAMA Fdo.: Francisco Alhama COMISIÓN DE DOCTORADO A mi mujer Ellena y a mi hija Lydia, os dedico éste y todos los triunfos de mi vida Agradecimientos Esta tesis supone para mi uno de los grandes logros conseguidos en mi vida. Me ha enseñado valores tan importantes como la perseverancia, la inquietud por conocer, y el luchar por lo que uno quiere. Gracias por todas las lecciones aprendidas. En primer lugar me gustaría agradecer a la Dra. María Dolores Gómez López y el Dr. Ángel Faz Cano, por haberme brindado la oportunidad de dirigir mi tesis doctoral. Han sido innumerables los conocimientos adquiridos, gracias por guiarme y acompañarme en esta tesis doctoral y en toda mi trayectoria universitaria. Gracias al Dr. Raúl Zornoza y a la Dra. Encarnación Conesa por vuestra incondicional ayuda. Al Dr. Francisco Pedrero y la Dra. Esther Monasterio por vuestros consejos. A todos mis compañeros, que tanto en la finca como en el laboratorio, me habéis dedicado vuestro tiempo, ayuda y conocimientos. A la Ciencia, la Investigación y sobre todo a la Naturaleza, que mi aprendizaje y resultados, ayuden a reparar parte de las heridas creadas por el ser humano en el paisaje. A mis padres, por vuestro amor, esfuerzo y por todas las lecciones que me han guiado a lo largo de mi vida. Gracias a Nacho, Alfredo, Carmela, Bea, Remis, Alejandro, Julia, Hugo y Lucas por darme tanta felicidad. A mis amigos, por tener siempre palabras de ánimo. A mi amor, mi compañera y fiel amiga, Ellena. Gracias por haberme apoyado en todo momento, por tu comprensión, por tu paciencia y por ser la razón de mi vida. Abstract A reclamation and a cultural strategy were developed in abandoned tailing ponds. The first objective was to identify species for phytostabilization purposes in order to create a new native vegetation cover able to immobilize and retain metals and reduce erosion. For these reasons four native plants were identified near the tailing ponds in the Avenque stream, Osyris lanceolata, Lavandula dentata, Pistacea lentiscus and Chamaerops humilis and accumulation of trace elements in root, stem or shoot were investigated. Metal concentrations were very variable. In general, in O. lanceolata and C. humilis, metal levels were highest in the roots, whereas in L. dentata and P. lentiscus, highest metal levels were in shoots. Therefore, the use of O. lanceolata and C. humilis in phytostabilization can contribute to metal-immobilization and prevent them from becoming available for biota. Besides, a greenhouse pot experiment was conducted to evaluate the potential use of six native species Nerium oleander L., Cistus albidus L., Pistacia lentiscus L., Lavandula dentata L., Rosmarinus officinalis L. and Thymus vulgaris L. for phytostabilization of acidic mine soils. The selected plants were grown in mine tailing soil, unamended (TS) and amended with calcium carbonate and pig manure (ATS), and in a reference unpolluted substrate for control (CT); plant growth, root characterization, soil trace elements contents, and their accumulation in plants were measured. Results indicate the application of amendment reduced the soil exchangeable and extractable fraction concentrations of trace elements in ATS compared with TS, mainly for As, Cd and Pb. The tested species directly contributed to the immobilization of trace elements in the soil. Although, all the species accumulate metals, levels were below toxicity thresholds. Thus, these species fulfil the criteria to be used for phytostabilization purposes, aided by application of amendments. Once tested, the selected native vegetation with potential phytostabilization ability was planted in one of the tailing ponds. The second objective was to reduce risks related to heavy metal mobility and increase fertility. Thus, marble waste and pig slurry were applied to the surface of the tailing pond. As a result, pH increased until neutrality, and the bioavailable metal fraction significantly reduced, increasing the levels of nutrients and organic matter. The third objective was to give the tailing pond a new recreational and educational use. For this purpose a network of itineraries, viewpoints, access areas and a museum area were created to allow the visitor to observe the reclamation of a degraded mining area. In this context, guidelines for action, and a methodology that can be employed for the regeneration of any area with similar characteristics were established. For this reason the landscaping project of the two abandoned tailing ponds is accompanied by a Decision Aid Model which will serve as a benchmark for future mine rehabilitation projects. Keywords: mine tailing pond, metal mobility, amendments, phytostabilization, aid decision model. I Resumen Se ha desarrollado una estrategia de recuperación de depósitos mineros con fines ambientales y culturales. El primer objetivo fue caracterizar especies útiles para la fitoestabilización, con la finalidad de poder crear una nueva cubierta vegetal de especies nativas capaces de inmovilizar y retener metales, así como de reducir la erosión. Con este fin, cuatro plantas nativas se identificaron cerca de los depósitos mineros, en la Rambla del Avenque, Osyris lanceolata, Lavandula dentata, Pistacea lentiscus y Chamaerops humilis y se estudió la acumulación de metales pesados en la raíz, tallo y brotes. La concentración de metales fue muy variable. En general, en O. lanceolata y C. humilis los niveles de metales fueron mayores en las raíces, mientras que en L. dentata y P. lentiscus los mayores niveles se detectaron en los brotes. De esta forma, el uso de O. lanceolata y C. humilis para la fitoestabilización puede contribuir a la inmovilización de metales y a prevenir que estén disponibles para la biota. Así mismo se llevó a cabo un ensayo experimental para evaluar el uso potencial de seis especies de plantas nativas para la fitoestabilización de suelos ácidos mineros, Nerium oleander L., Cistus albidus L., Pistacia lentiscus L., Lavandula dentata L., Rosmarinus officinalis L. y Thymus vulgaris L. Las plantas seleccionadas se cultivaron en tres tipos diferentes de sustrato: suelos mineros sin enmiendas (TS); suelos mineros modificados con carbonato de calcio y el estiércol de cerdo (ATS); y en sustrato no contaminado de referencia para el control (CT). Durante el ensayo se midió el crecimiento de las plantas, se caracterizaron las raíces, y se midieron los contenidos de metales del suelo y su acumulación en las diferentes partes de las plantas. Los resultados indicaron que la aplicación de enmiendas reducen las fracciones intercambiables y extraíbles de los metales pesados en el suelo en ATS en comparación con TS, principalmente para As, Cd y Pb. Así mismo, las especies estudiadas contribuyen a la inmovilización de los metales pesados en el suelo y aunque estas plantas acumulan metales, los niveles estaban por debajo de los límites de toxicidad, por lo tanto, estas especies cumplen los criterios para su utilización con fines fitoestabilizadores, ayudados por la aplicación de enmiendas. El segundo objetivo fue reducir los riesgos relacionados con la movilidad de metales pesados y aumentar la fertilidad. Para ello se aplicaron los residuos de mármol y purines de cerdo en la superficie de un depósito minero. Como resultado, el pH aumentó hasta la neutralidad, y la fracción de metales biodisponibles se redujo significativamente, aumentando los niveles de nutrientes y materia orgánica.