Suelos actuales y uso histórico del territorio: la «economía del helecho» en la comarca de Lea-Artibai (País Vasco) entre finales del siglo XIX y principios del XX

Soils in Lea-Artibai County (northern Spain) show three significant features: frequent absence of A horizons, higher nutrient concentrations in the surface mineral horizon of past or present arable fields compared to those in forest or shrubland, and the common presence of calcareous horizons in arable fields which is out of character with the region’s humid climate. Farmers stopped applying lime around 1950, so the third feature is interpreted as the result of over-liming since the eighteenth century. The “maize revolution” that began in the mid-seventeenth century relied upon a three-crop rotation system using bracken as a primary fertilizer along with animal manure and lime obtained from local kilns that burned gorse. Extraction of these plant materials resulted in a negative phosphorus balance of phosphorus and the acidification of shrubland soils. The county could not accommodate these various land uses in the early twentieth century, and extraction of leaf litter from forests and shrublands became necessary. In the “concentrational agriculture” of the maize revolution, organic matter and nutrients accumulated in arable fields and diverted ecological pressure onto shrubland and forest soils, creating a “metabolic rift” that is still evident in the soils of Lea-Artibai County.Los suelos de la comarca de Lea-Artibai (Bizkaia) muestran tres rasgos significativos: frecuente ausencia de horizonte A, mayor concentración de nutrientes en el horizonte mineral superficial de parcelas que en algún momento se han cultivado en comparación con aquellas que se han mantenido siempre en uso forestal o matorral, y la frecuente presencia de horizontes calcáreos en contradicción con el clima lluvioso de la región. Dado que la aplicación de cal desapareció hacia 1950, este último rasgo se interpreta como un resultado del exceso de encalado practicado históricamente. La revolución del maíz iniciada en el siglo xvii se apoyó en el uso del helecho como fertilizante básico, junto con deyecciones de los animales, y la aplicación de cal obtenida en hornos alimentados con argoma. La extracción de estos materiales vegetales implicaba un balance negativo de fósforo y la acidificación de los suelos de matorral. La comarca no podía acomodar estos usos a principios del siglo xx, y se hizo necesaria la extracción de hojarasca de bosques y matorrales. La revolución del maíz estuvo basada en una agricultura de concentración en la que la materia orgánica y los nutrientes se acumulaban en los campos de cultivo a costa de desviar la presión ecológica hacia los suelos de bosques y matorrales, creando una brecha metabólica que todavía hoy es evidente en los suelos de Lea-Artibai.This work was supported by the Social Sciences and Humanities Research Council of Canada research project SFS 895-2011-1020 and by the Spanish Government research project HAR2015-69620-C2-1-

Belowground and Aboveground Sustainability: Historical Management Change in a Mediterranean Agroecosystem (Les Oluges, Spain, 1860-1959-1999)

We examine the historical evolution of the farming practices linked to the maintenance of soil fertility in a semi-arid Mediterranean village.We analyse the agroecosystem from a sociometabolic perspective at three different points in time (c.1860, 1959, and 1999), focusing on the estimation of the nutrient balances and connecting the assessment of the belowground sustainability with the aboveground dimension of agroecosystem management. Nutrient balances at the aggregated scale were in greater equilibrium in 1860 and 1959 (with results between -7 and 1 kg ha−1) than in 1999 (with nutrient surpluses over 86 kg ha−1), but at the crop system scale nutrient deficits existed at all three points. We discuss the complexity of sustainable farming management assessing the efficiency, effectiveness, and durability of the fertilization techniques. Our conclusions highlight the unsustainable nature of industrialized agriculture and the value of integrated management of agroecosystems to improve agricultural sustainability

Una interpretación de los cambios de uso del suelo desde el punto de vista del metabolismo social agrario. La comarca catalana del Vallès, 1853-2004

El paisaje puede ser visto como la expresión territorial del metabolismo que cualquier sociedad mantiene con los sistemas naturales que la sustentan. Uno de los caminos para comprender cómo y por qué la intervención humana cambia la configuración del territorio consiste en analizar los flujos energéticos del intercambio metabólico de la economía con su entorno ambiental, y en identificar los impactos ecológicos que se imprimen en él. Este trabajo busca verificar, mediante la contabilidad del metabolismo social, y el empleo diacrónico de diversos índices desarrollados por la ecología del paisaje, que el enorme incremento de energía externa empleada por los sistemas agrarios tras la “revolución verde”, y la drástica reducción de su eficiencia, están estrechamente relacionados con los cambios de uso del suelo que han degradado considerablemente los tradicionales paisajes agrarios en mosaico del Mediterráneo. El recurso a flujos biofísicos externos, y el abandono del manejo integrado del territorio, han comportado una pérdida de la estructura funcional de la matriz territorial y de su conectividad ecológica. Los resultados obtenidos en cinco municipios de la comarca catalana del Vallès corroboran la estrecha relación existente durante los últimos 150 años entre la eficiencia energética y territorial, y el estado ecológico del paisaje.eficiencia energética y territorial de los sistemas agrarios; índices de diversidad, fragmentación y conectividad de la ecología del paisaje; paisajes tradicionales en mosaico.

"Las cosechas se calcularon en dólares y la tierra se valoraba en capital más interés". Una interpretación crítica desde la Economía Ecológica de la evaluación monetaria de la degradación del suelo

The main approaches used for the monetary evaluation of soil degradation, the replacement cost and the change in productivity approach, are discussed. The replacement cost approach has been applied to soil erosion processes mainly, and represents soils as mere stocks of plant nutrients. This approach is also fundamentally wrong in considering that a weight unit of a nutrient lost in eroded soil is equivalent to a weight unit of the same nutrient in fertilizer, because the concentration of the latter is much higher than that of the former. The change in productivity approach assigns to the soil what is in fact an output of the wider land-use system. Furthermore, it only considers the agrarian-production function of soils on the basis of too a simplistic definition of productivity. In any case, the valuation of irreversible processes in the dynamics of soils is another unsolved problem in these approaches as we have no renewable replacement for soils. These approaches, therefore, may only be considered complementary to the physical valuation methods of soil dynamics.El objetivo de este trabajo es discutir las principales aproximaciones utilizadas en la literatura para la evaluación monetaria de la degradación de los suelos: el método del coste de reposición y el método del cambio en la productividad. El método del coste de reposición ha sido aplicado principalmente a procesos de erosión, y representa a los suelos como simples "stocks" de nutrientes para las plantas. Este método es erróneo, además, por considerar que una unidad de nutriente en el suelo erosionado es equivalente a una unidad del mismo nutriente en un fertilizante sintético, ya que la concentración del nutriente en éste es muy superior a la concentración en aquél. Por su parte, el método del cambio en la productividad asigna al suelo lo que es, en realidad, un resultado del sistema de uso del territorio. Además, sólo considera la función de producción agraria del suelo, sobre la base de una definición por otro lado simplista de la productividad. En cualquier caso, estas aproximaciones no permiten resolver la valoración de los procesos irreversibles en la dinámica de los suelos ya que no disponemos de sustitutos renovables del suelo. Por ello, estos métodos no pueden considerarse sino complementarios de los métodos de valoración física de la dinámica de los suelos

Una interpretación de los cambios de uso del suelo desde el punto de vista del metabolismo social agrario. La comarca catalana del Vallès, 1853-2004

El paisaje puede ser visto como la expresión territorial del metabolismo que cualquier sociedad mantiene con los sistemas naturales que la sustentan. Uno de los caminos para comprender cómo y por qué la intervención humana cambia la configuración del territorio consiste en analizar los flujos energéticos del intercambio metabólico de la economía con su entorno ambiental, y en identificar los impactos ecológicos que se imprimen en él. Este trabajo busca verificar, mediante la contabilidad del metabolismo social, y el empleo diacrónico de diversos índices desarrollados por la ecología del paisaje, que el enorme incremento de energía externa empleada por los sistemas agrarios tras la "revolución verde", y la drástica reducción de su eficiencia, están estrechamente relacionados con los cambios de uso del suelo que han degradado considerablemente los tradicionales paisajes agrarios en mosaico del Mediterráneo. El recurso a flujos biofísicos externos, y el abandono del manejo integrado del territorio, han comportado una pérdida de la estructura funcional de la matriz territorial y de su conectividad ecológica. Los resultados obtenidos en cinco municipios de la comarca catalana del Vallès corroboran la estrecha relación existente durante los últimos 150 años entre la eficiencia energética y territorial, y el estado ecológico del paisaje.A landscape can be seen as the territorial expression of the metabolism that any society maintains with natural systems. A way to understand how and why human intervention change the shape of territory is to analyze the energy flows driven by the economy that interact with the environment leaving an ecological imprint on it. This research seeks to test, by means of the energy flow analysis and the diachronic use of landscape ecology indexes, the hypothesis that a serious reduction of the territorial efficiency, which is related to a significant landscape degradation, underlies the observed increase in external inputs and the corresponding loss of energy efficiency that the agrarian systems experienced after the "green revolution", together with the abandonment and degradation of the traditional Mediterranean land mosaics. The results obtained in five municipalities of the Catalan Vallès county verify the close link that existed throughout the last 150 years between energy efficiency, territorial efficiency and the ecological state of landscape

Autoecología y distribución potencial de la encina (Quercus ilex subsp. ballota (Desf.) Samp.) en la zona norte de Monegros

Para conocer la autoecología y distribución potencial de la encina (Quercus ilex subsp. ballota (Desf.) Samp.) en la zona norte de Monegros se ha cartografiado la distribución de la encina y sus especies asociadas, analizando 37 parcelas con presencia de esta especie. Se han analizado las relaciones entre variables dasométricas de los encinares y variables ambientales, edáficas y climáticas, mediante análisis de correlaciones, y se ha utilizado el análisis canónico de correspondencias para estudiar las relaciones entre las especies vegetales descritas en los encinares y aquellas variables ambientales. A partir del mapa de suelos de la zona, se han definido como áreas potenciales para la encina las que presentan suelos similares a los de las parcelas con presencia actual de esta especie, y como áreas de exclusión las afectadas por salinidad-sodicidad, las que presentan suelos erosionados desarrollados sobre lutitas, y las formaciones de ribera. Las condiciones climáticas a escala de parcela indican un clima semiárido con precipitaciones de 400 - 500 mm, y déficits hídricos entre 364 y 741 mm. Los suelos asociados se clasifican, principalmente, como Torriorthents lítico-xéricos y Petrocalcids cálcicos. Son suelos bien drenados, no salinos, con una proporción de arena superior al 30 % en la fracción fina, y profundidad enraizable de 8 - 70 cm. Las masas de encina presentan áreas basimétricas de 1.1 - 27.6 m2.ha-1, diámetros medios de 3.9 - 27.7 cm y alturas dominantes de 3.0 - 10.7 m, y aparece regenerado de esta especie en un 81 % de las parcelas. La cartografía muestra que más del 60 % de la zona de estudio podría ser un hábitat apto para la encina.In order to understand the ecology and potential distribution of holm oak (Quercus ilex subsp. Ballota (Desf.) Samp.) in North Monegros we mapped the present distribution of this and associated species. We also studied 37 plots in which Q. ilex is present analyzing the relations between the characteristics of the stands and the plant species recorded and the biophysical variables. On the basis of the soil map of the area, the potential distribution of holm oak in North Monegros was defined as that occupied by soils similar to those described in plots with actual presence of this species. The areas where it may be excluded were defined as those with saline-sodic soils, with eroded soils on lutites, or river banks. Mean annual rainfall was estimated at 400 - 500 mm, mean annual temperature at 12.9 - 16.8 ºC, with an accumulated mean annual moisture deficit of 364 - 741 mm. The most frequent soil taxa described were Lithic-xeric Torriorthents (31 %) and Calcic Petrocalcids (11 %). Soils were well-drained, non-saline, had a sand concentration higher than 30 %, and a rootable depth of 8-70 cm. The Q. ilex stands had a basal area of 1.1 - 27.6 m2.ha-1, a mean diameter of 3.9 - 27.7 cm, and a dominant height of 3.0 - 10.7 m, and regeneration of this species was present in 81 % of the plots. The Q. ilex potential distribution map shows that over 60 % of the study area may be a suitable habitat for this species

Balances energéticos y usos del suelo en la agricultura catalana : una comparación entre mediados del siglo XIX y finales del XX

El presente trabajo analiza y compara, desde la perspectiva analítica del metabolismo social, los usos del suelo y los balances energéticos derivados de estos usos de los sistemas agrarios de cinco municipios de la comarca catalana del Vallès, en dos momentos históricos que ilustran las características y magnitud de las transformaciones que se han producido en los sistemas agrarios catalanes durante los últimos 150 años. El primer corte corresponde a mediados del siglo XIX, representativo del funcionamiento de una agricultura orgánica avanzada; el segundo, a finales del siglo XX, representativo de un sistema agrario industrializado donde la energía fósil y otros inputs externos al sistema tienen una presencia determinante. A partir de la información contenida en los amillaramientos, los censos ganaderos y las cartillas evaluatorias disponibles para los municipios estudiados, y los datos actuales de los censos agrarios, forestales y de rendimientos y aprovechamientos de los distintos productos, se han construido los balances energéticos de los dos periodos analizados. A partir de estos balances hemos constatado como en los 150 años transcurridos se ha producido una espectacular pérdida de eficiencia energética y de sostenibilidad de los sistemas agrarios, a pesar de los grandes incrementos de la productividad por ha. de los diversos cultivos y de la producción ganadería, que se atribuye totalmente al paso de una agricultura orgánica avanzada a unos sistemas agrarios con un elevado consumo de combustibles fósiles en forma de carburantes, abonos de síntesis y fitosanitarios y, especialmente, al peso descomunal de la actividad ganadera, desarrollada completamente al margen del territorio

Seven years of pig slurry fertilization: impacts on soil chemical properties and the element content of winter barley plants

Intensive pig farming produces large amounts of slurry, which is applied to agricultural soils as fertilizer. A 7-year field study was performed to check the effect of pig slurry on soil properties and on the accumulation of some essential nutrients and heavy metals in a calcareous silty-loam soil (0-0.3 m) and in barley (Hordeum vulgare L.) plants in two cropping seasons with contrasting amounts of rainfall. Five fertilization treatments, control (no N applied), mineral fertilizer (90 kg N ha(-1)), and different N doses of pig slurry (146, 281, 534 kg N ha(-1)), were applied at sowing of a barley crop. Organic carbon, available P and K, and total P in soil increased with slurry dose. No differences were found in Co, Cr, Fe, Mn, Ni, and Pb soil concentrations. Slurries increased Cu, Mn, and Zn extractions and plant concentrations of P in straw and Zn in grain. However, the lowest slurry rate was able to maintain the highest grain yields while improving fertility. The results of this research study support the sustainability of pig slurry fertilization at appropriate rates in relation to soil chemical quality.Open Access funding provided thanks to the CRUE-CSIC agreement with Springer Nature. This work was supported by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness and the Spanish National Institute for Agricultural Research and Experimentation (MINECO-INIA) through the project RTA2017-88-C3-3. The author A. Shakoor received a grant from the University of Lleida for his PhD studies (from 2019 to 2022 period)

'Formiguers', a historical system of soil fertilization (and biochar production?)

'Formiguers' are structures similar to charcoal-kilns that were used to burn piles of biomass with a soil cover in order to produce fertilizers for agricultural plots. Their use was widespread in Spain up to the 1960s and similar structures are still in use in India and Bhutan. Our objective was to study the effects of the 'formiguer' on its soil cover in terms of changes in nutrient availability. We built an experimental 0.5 m3-'formiguer' with 68 kg of plant material with a 12% moisture content and 550 kg of soil with a 16% moisture content. The content of organic carbon and mineral nitrogen decreased in the soil cover as a result of burning. After aerobic incubation all samples had a similar content of mineral nitrogen. Exchangeable potassium and total and labile phosphorus increased after burning as a result of the soil cover mixing with the ashes of the biomass as the 'formiguer' collapsed during burning in the first two cases, while mineralization of organic compounds produced the increase in labile phosphorus. This input of nutrients for the agricultural plots occurs at a net loss of 0.4-2.5 Mg organic C.ha-1. Very small amounts of charcoal were produced and this may be the reason for their low occurrence in soils today. Burning of 'formiguers' required the harvest of vegetation from a considerable forest area (10-25 ha per hectare of agricultural land) and represented a significant disturbance of these systems