The importance of edaphic niches and spontaneous vegetation for the phytomanagement of mine tailings under semiarid climate

[SPA] Las balsas de lodos de flotación o balsas mineras son consideradas las causantes de los principales problemas ambientales asociados a la actividad minera, debido a la dispersión de partículas con alto contenido en metales y metaloides que se produce desde sus superficies desnudas a causa de la erosión hídrica y eólica. Este hecho es especialmente importante cuando las balsas mineras están situadas en las proximidades de zonas naturales protegidas o áreas urbanas, agrícolas o recreativas. El fitomanejo en términos de fitoestabilización (uso de plantas para inmovilizar metal(oid)es en la rizosfera) puede ser una opción apropiada y de bajo coste para la restauración de las balsas mineras. Sin embargo, el éxito de su aplicación aún necesita una mejor comprensión de los factores edáficos, ecológicos y fisiológicos relacionados con el establecimiento de la vegetación sobre estas balsas. La presente Tesis Doctoral se centró en el estudio de los factores edáficos y ecofisiológicos relacionados con la colonización espontánea de las balsas mineras, con el fin de proponer recomendaciones para el fitomanejo, en el contexto de clima semiárido del Distrito Minero de Cartagena‐La Unión (sureste de España). Los objetivos específicos fueron: 1. Describir los gradientes edáficos y la vegetación espontánea asociados a ellos, e identificar los nichos edáficos potencialmente favorables, en balsas mineras abandonadas del Distrito Minero de Cartagena‐La Unión. 2. Evaluar la idoneidad de las especies vegetales espontáneas para la restauración/estabilización de balsas mineras, de acuerdo al papel de la rizosfera en la mejora de las condiciones edáficas, al estudio de diferentes formas de vida y a las respuestas ecofisiológicas de las plantas a las condiciones de las balsas mineras. 3. Evaluar el comportamiento de especies arbóreas en las balsas mineras, para estimar sus posibilidades como candidatas para la fitoestabilización y su papel potencial en la restauración de tales ambientes. 4. Evaluar la respuesta de una especie herbácea comúnmente encontrada en las balsas (Piptatherum miliaceum) a la adición de una enmienda orgánica a los residuos mineros, empleando medidas de isótopos estables en planta y considerando las interacciones intraespecíficas. Para alcanzar estos objetivos, se diseñaron dos fases: una fase de trabajo de campo y una fase experimental. El primer estudio de campo estuvo centrado en la descripción de los gradientes edáficos y ecológicos a lo largo de un transecto desde una zona no contaminada o “control” hasta las balsas mineras. La distribución en parches edáficos pareció ser determinante en el establecimiento selectivo de la vegetación espontánea que crecía en las balsas. La salinidad del suelo fue el principal factor relacionado con los cambios en el inventario de especies y con la disminución de la diversidad y riqueza ecológica desde la zona no contaminada hasta la meseta de las balsas, mientras que los metal(oid)es jugaron un papel secundario. La colonización de las balsas mineras por especies autóctonas típicas de la zona control estuvo relacionada con un gradiente de fertilidad, generado por la mejora de las condiciones edáficas debido al desarrollo previo de la vegetación pionera. Este proceso natural ha dado lugar a la creación de parches de vegetación densa, aquí llamados “islas de fertilidad”, que contienen especies clímax de la zona. La utilidad de las especies espontáneas para el fitomanejo de balsas mineras fue evaluado en primer lugar mediante un trabajo de campo enfocado en la caracterización de las rizosferas y la ecofisiología de distintas especies vegetales (herbáceas, arbustos y árboles). La rizosfera de herbáceas y arbustos espontáneos (P. miliaceum, Helichrysum decumbens) mostró una mejora significativa de la microbiología del suelo, comparada con el suelo desnudo. Además, la similitud entre la rizosfera de árboles individuales (Tetraclinis articulata, y sobre todo, Pinus halepensis) y la de las “islas de fertilidad” llevaron a sugerir que los árboles son la clave para el desarrollo de estas áreas de vegetación densa. En relación a herbáceas y arbustos, se realizó un trabajo de campo para evaluar el diferente comportamiento de halófitas y no halófitas espontáneas, y evaluar si las halófitas podrían ser más adecuadas para sitios salinos específicos en las balsas mineras. En el caso de especies arbóreas, se llevaron a cabo tres estudios específicos sobre P. halepensis con el fin de conocer mejor la habilidad de los pinos para soportar las condiciones edáficas de las balsas mineras. El primero de ellos estuvo centrado en la acumulación de metal(oid)es en pinos a lo largo de un gradiente de contaminación. El segundo y el tercer trabajo trataron sobre el estado ecofisiológico, la composición foliar elemental e isotópica, y la retranslocación interna de nutrientes y metal(oid)es en poblaciones espontáneas de P. halepensis en balsas mineras. Los pinos mostraron una buena tolerancia a las pobres condiciones edáficas de las balsas. A pesar de una deficiencia foliar de fósforo severa, los pinos mostraron una sustancial retranslocación de macronutrientes desde las hojas senescentes, lo que puede ayudarles a tolerar algunas deficiencias nutricionales, especialmente en relación a potasio, magnesio y fósforo. El análisis de la composición isotópica foliar reveló que los pinos que crecían sobre las balsas mineras estaban menos estresados hídricamente que aquellos de la zona control, y que la asociación micorrícica podría ser crítica para el desarrollo de estos pinos sobre las balsas mineras. Además, los pinos mostraron una relativamente baja absorción de metal(oid)es y algunos mecanismos para tolerarlos, como la inmovilización en tejidos menos activos biológicamente (como Cd, Cu, Pb y Sb en las ramas) o la acumulación en órganos desechables (como As, Cd, Sb, Pb y Zn en la hojarasca). Finalmente, se realizó un experimento en macetas usando una gramínea comúnmente encontrada en balsas mineras (P. miliaceum) y un residuo minero enmendado con un residuo sólido municipal obtenido del reciclado de envases metálicos. P. miliaceum fue capaz de crecer en el residuo minero tanto con la enmienda como sin ella. La adición del residuo sólido municipal mejoró algunos indicadores de fertilidad del suelo, aunque el principal efecto se observó sobre el crecimiento y desarrollo de la planta. Las concentraciones de metal(oid)es en las hojas estuvieron por debajo de los límites tóxicos para forraje en todos los tratamientos. El crecimiento de la planta también se vio influenciado por la competencia intraespecífica, la cual provocó un descenso de la biomasa de la planta en los tratamientos con y sin enmienda. Por lo tanto, las conclusiones de la Tesis fueron: 1) La identificación de los nichos más favorables o apropiados para el crecimiento de la vegetación deben ser tenidos en cuenta cuando se lleven a cabo trabajos de fitoestabilización en balsas mineras. El laboreo superficial o la adición de determinadas enmiendas que podrían elevar la salinidad del suelo deben ser detenidamente evaluados para no destruir aquellos nichos favorables. 2) El uso de combinaciones de especies vegetales con diferentes formas de vida y estrategias de uso de agua y nutrientes complementarias puede resultar en un empleo más eficiente de los recursos edáficos. Esto puede favorecer la creación de una comunidad vegetal estable a largo plazo y puede proporcionar mayor resistencia a cambios ambientales como los largos períodos de sequía propios del clima semiárido. 3) El empleo de especies halófitas (Limonium cossonianum, Atriplex halimus, Zygophyllum fabago) puede ser una opción adecuada para revegetar y mejorar los nichos edáficos más salinos de las balsas mineras, debido a su mejor adaptación a la salinidad y a la mejora de las propiedades del suelo. 4) La especie arbórea P. halepensis puede ser una candidata adecuada para la fitoestabilización de balsas mineras debido a su adaptación a las condiciones de clima semiárido y a su papel potencial en la formación de las “islas de fertilidad”. Sin embargo, sería recomendable la adición de fertilizantes fosfóricos para aliviar la fuerte deficiencia en este elemento. 5) La gramínea P. miliaceum puede ser considerada para la fitoestabilización de las balsas mineras, aunque para obtener un rápido y crecimiento y desarrollo, se deben aportar enmiendas orgánicas.[ENG] Mine tailings are considered the main responsible of the environmental problems associated to metal mining activities due to the spread of contaminants by water and wind erosion from their bare surfaces. These issues are especially critical when the tailings ponds are located in the proximities of sensible areas such as protected natural sites, urban, agricultural or recreational areas. Phytomanagement in terms of phytostabilisation (the use of plants to inmobilise metal(loid)s within the rhizosphere) might be a suitable cost-effective option for the restoration of mine tailings. However, the success of its application still needs a better understanding of the edaphic, ecological and physiological factors involved in the establishment of vegetation. The present PhD Thesis was focused on the study of the edaphic and ecophysiological factors involved in the spontaneous plant colonisation of mine tailings with the aim to obtain recommendations for the successful phytomanagement of these environments, in a semiarid climate context in the Cartagena-La Union Mining District (Southeast Spain). The specific objectives were: 1. To describe the edaphic gradients and their associated spontaneous vegetation and to identify potentially plant-favourable edaphic niches in abandoned neutral-pH mine tailings located in the Cartagena-La Union Mining District. 2. To assess the suitability of using spontaneous plant species in restoration/stabilisation of mine tailings, focusing on the role of rhizosphere in the improvement of soil conditions, the study of different life forms and the ecophysiological responses to mine tailings environment. 3. To assess the behaviour of tree species on mine tailings to estimate its possibilities as candidates for phytostabilisation and their potential role in the restoration of such environments. 4. To evaluate the response of a spontaneous grass plant species commonly found on mine wastes (Piptatherum miliaceum) growing under controlled conditions in an organic amended mine tailings by employing stable isotopes and considering intra-specific interactions. To achieve these objectives, a field work stage and a pot experiment were performed. The first field survey was focused on the description of the edaphic and ecological gradients along a transect from a non-polluted control site to a mine tailings area. The edaphic patch distribution was found to be determinant for the selective establishment of spontaneous vegetation growing at the tailings. Soil salinity was the main factor involved in the shifts of the plant species inventory and the decrease of plant diversity and richness from the non-polluted area to the tailings plateau, while metal(loid)s soil concentrations played a minor role. The colonisation of the mine tailings by native late successional plant species was related with the fertility gradient generated by the enhancement of soil conditions as a result of the early development of pioneer vegetation. This natural process has provided the occurrence of high dense vegetated patches in the tailings, here called ¿fertility islands¿, which contain climax vegetation of the local area. The usefulness of the spontaneous vegetation for the phytomanagement of mine tailings was firstly assessed through a field study focused on the characterisation of the rhizospheres and the ecophysiology of different plant species (grasses, shrubs and trees). The rhizosphere of spontaneous grasses and shrubs (P. miliaceum, Helichrysum decumbens) showed a significant enhancement of the soil microbiology compared with the bare soil. Moreover, the similarity between the rhizosphere of individual trees (Tetraclinis articulata, and especially Pinus halepensis) and that of the ¿fertility islands¿ may lead to suggest that trees are the key for the development of these dense vegetation areas. In relation to grasses and shrubs, a field survey was conducted in order to evaluate the different performance of spontaneous halophyte and non-halophyte species and to assess if halophytes could be more suitable for specific salty sites on the tailings. In the case of tree species, three specific studies focused on P. halepensis were done in order to gain insight into the ability of pine trees to cope with the soil conditions at the tailings. The first study was focused on the accumulation of metal(loid)s in P. halepensis along a polluted gradient. The second and the third studies dealt with the ecophysiological status, elemental and isotopic foliar composition and internal nutrients and metal(loid)s retranslocation in spontaneous populations of P. halepensis growing on mine tailings. Pine trees showed a good tolerance to the poor soil conditions of the tailings. In spite of a severe foliar P deficiency, pine trees showed substantial macronutrient retranslocation from senescent leaves, which may help them to cope with some nutritional de¿ciencies, especially in relation to K, Mg and P. The analysis of the foliar isotope composition showed that pines growing at mine tailings are less water stressed that those ones from a natural forest in the area (control), and that mycorrhizal association might be critical for the development of these trees on the mine tailings. Moreover, pine trees showed a relatively low metal(loid) uptake and some mechanisms to cope with them such as the immobilisation in less biologically active tissues (Cd, Cu, Pb and Sb in woody stems) or the accumulation in deciduous parts (As, Cd, Sb, Pb and Zn in litter). Finally, a pot experiment was performed using a grass species commonly found on tailings (P. miliaceum) and a mine tailings soil amended with a municipal solid waste obtained from the recycling of metallic containers. P. miliaceum was able to growth on tailings with and without amendment. The addition of the municipal solid waste improved some soil fertility indicators, although the principal effect was the enhancement of the growth and development of the plants. Metal(loid) concentrations in leaves were below the toxic thresholds for fodder in all treatments. Plant growth was also influenced by intra-specific competition, which provoked a decrease of plant biomass in both with and without amendment treatments. Therefore, the conclusions of the Thesis were: 1) The identification of the most favourable/suitable niches for plant growth should be taken into account when phytostabilisation works are carried out on mine tailings. Ploughing or the addition of certain amendments that could raise soil salinity should be carefully evaluated in order to not destroy those favourable niches. 2) The use of combinations of plant species with different life forms and complementary water and nutrient acquisition strategies may result in a more efficient employment of edaphic resources. This may favour the achievement of a long-term stable plant community and may provide a higher resilience to environmental disturbances such as long drought periods typical from semiarid environments. 3) The employment of halophyte species (e.g. Limonium cossonianum, Atriplex halimus, Zygophyllum fabago) may result a suitable option to revegetate and ameliorate the most saline edaphic niches at the tailings due to their suitable adaptation to salinity and higher enhancement of soil properties. 4) The tree species P. halepensis may result a suitable candidate for the phytostabilisation of mine tailings due to its adaptation to semiarid climate conditions and the potential role for facilitating the occurrence of fertility islands. However, it is recommendable the addition of P fertilizers in order to alleviate the strong deficiency on this element at the tailings. 5) The grass species P. miliaceum may be considered in phytostabilisation of mine tailings, but to obtain a faster growth and development, organic amendments should be added.Universidad Politécnica de CartagenaPrograma de doctorado en Técnicas Avanzadas en Investigación y Desarrollo Agrario y Alimentari

Effects on metal availability of the application of tree biochar and municipal waste biosolid in a metalliferous mine tailings substrate

The phytostabilization of mine tailings requires a previous assessment of the effects of soil amendments on metal mobility. The goal of this work was to evaluate the response of metal availability (both labile and potentially available pools) to the addition of two organic amendments (a municipal waste biosolid and a tree biochar), separately and in combination, in a mine tailings substrate. For this purpose, a comprehensive comparison among several single extraction procedures and a sequential extraction procedure was performed. The effects on metals phytotoxicity were assessed through a germination test using seeds of Zygophyllum fabago. When evaluating the effect of the amendments in the labile metal pool, the biochar resulted effective in decreasing metal-extractable concentrations, especially for Cd, Mn and Zn. The treatment with biochar also showed better germination parameters (percentage of germinated seeds and sooner germination) than the rest of the unamended and amended treatments. The use of the municipal organic biosolid increased labile metal concentrations and potentially available metal pools assessed with EDTA and did not contribute to achieve better results of seed germination. Compared to the single biosolid treatment, the combination of biochar/ biosolid modulated some labile metal concentrations and showed similar germination parameters to those obtained for the treatment amended only with biochar. This positive effect of biochar in modulating the soluble metal concentrations associated with certain urban/agricultural organic materials supported the suitability of using these combinations in field applications, although a higher rate of biochar application would be recommended to obtain a more beneficial effect.Financial support for this research was provided by FEDER and the Ministerio de Ciencia e Innovación of Spain (Project CTM2014-54029-R

Effects of a soil organic amendment on metal allocation of trees for the phytomanagement of mining-impacted soils

The suitable application of phytomanagement by phytostabilisation using plant tree species in metal-polluted soils requires an assessment of the fate of metals in biological tree compartments. The goal of this work was to evaluate the effect of an urban compost amendment on metal allocation in two evergreen tree species (Pinus halepensis and Tetraclinis articulata) growing in a metal-enriched polluted substrate. A comprehensive characterisation of edaphic parameters and metal speciation was carried out. Plant analyses included metal concentrations in different tree compartments: roots, stems, branches and leaves. The amendment caused a significant increase in plant biomass for both trees, although T.articulata produced 2.5 times more biomass than P.halepensis. The amendment alleviated P deficiency in P. halepensis. This did not occur for the N deficiency detected in T. articulata. The latter showed no effect of the amendment in the allocation of metals, being most of them restricted at the root compartment (>50%). For P. halepensis, similar behaviour occurred for Cu, Pb and Zn. However, for Cd, the amendment caused its redistribution into pine shoots, probably due to its transport associated with the increased transpiration. Results indicated that T. articulata may be a promising tree species to be used in phytomanagement programs under semiarid climates due to its low metal translocation into shoots and remarkable biomass production under amendment conditions.Financial support for this research was provided by FEDER and the Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades of Spain (Project CTM2014-54029-R). We acknowledge Obdulia Martínez for her assistance in laboratory procedures

Assessment of the combined use of MSW and autochthonous tree species for the phytomanagement of mine wastes under semiarid climate

[SPA] El fitomanejo se considera una técnica adecuada para reducir los riesgos ambientales de depósitos mineros abandonados. Las enmiendas orgánicas y el empleo de árboles se han utilizado con éxito en estos suelos contaminados. El objetivo de este trabajo fue evaluar la adición de un residuos sólido urbano (RSU) en el crecimiento y fraccionamiento de metal(oid)es en dos especies arbóreas (P. halepensis y T. articulata) creciendo en residuos mineros. Para alcanzar los objetivos de este trabajo se llevó a cabo un experimento en macetas. El RSU mejoró los parámetros de fertilidad de suelo y aumentó la biomasa de ambas especies, aunque favoreció una mayor translocación de metales en P. halepensis. Se concluyó que el uso para el fitomanejo de residuos mineros de P. halepensis y T. articulata puede ser apropiado acompañado del uso de esta enmienda. [ENG] Phytomanagement is considered a suitable tool to reduce the environmental risks of abandoned mine tailings. Organic amendments and trees have been successfully used on metal contaminated land. The goal of this work was to assess the effects of Municipal Solid Waste (MSW) addition on plant growth and metal(loid) partitioning in two tree plant species (P. halepensis and T. articulata) growing on mine tailings. In order to achieve the objective of this work a pot experiment was carried out. The MSW improved soil fertility parameters and thus, plant growth in both plant species but also metal translocation in P. halepensis. It was concluded that the positive effects of MSW on plant growth may justify its employment in the phytomanagement of abandoned mine tailings.This project has been funded by MINECO-FEDER (CGL2014-54029-R, Project ECOMIN) and Seneca Foundation (19248/PI/14). Obdulia Martínez holds a FPI contract (BES-2015- 075838) from MINECO

Metal mobility assessment in semiarid mine tailings amended with biochar and urban compost: results of a bioassay employing a pioneer plant species

[SPA] El fitomanejo permite reducir el riesgo ambiental de balsas mineras abandonadas. El objetivo del trabajo fue evaluar la movilidad de metales en balsas mineras enmendadas con biochar y/o compost urbano y la efectividad de las enmiendas reduciendo la toxicidad de la solución edáfica para una planta pionera (Zygophyllum fabago). Se llevó a cabo un experimento en mesocosmos (20 meses) con residuo minero con y sin enmienda. Los mesocosmos se mantuvieron a capacidad de campo con agua de la red y se drenaron en diferentes momentos. Se monitorizó la solución edáfica regularmente (pH, conductividad eléctrica, carbono orgánico soluble –COS--, nitrógeno total soluble –NTS- y metales -Mn, Zn-), al igual que el drenaje. Se realizó un bioensayo con semillas de Z. fabago con la solución edáfica de mitad del experimento (germinación de semillas, crecimiento de plántulas). Los tratamientos con compost urbano mostraron mayor concentración inicial de COS y metales en solución. Se observó un descenso temporal de la concentración de DOC y metales en la solución edáfica debido a su lixiviación en el drenaje. A pesar del mayor contenido de metales, el compost urbano favoreció la elongación de la raíz debido al mayor contenido de COS y NTS en solución. [ENG] Phytomanagement allows to reduce the environmental risks of abandoned mine tailings. The aim of this work was to assess metal mobility in mine tailings amended with biochar and/or urban compost and the effectiveness of these amendments for reducing the toxicity of soil solution to a pioneer plant species (Zygophyllum fabago). A mesocosm experiment was performed (20 months) with mine wastes with and without amendment. Mesocosms were maintained at field capacity with tap water and drained at different times. Soil solution was regularly monitored (pH, electrical conductivity, dissolved organic carbon –DOC-, dissolved total nitrogen –TDN- and metals -Mn, Zn-), as well as drainage. A bioassay with seeds of Z. fabago was performed with midterm soil solution (seed germination, seedling performance). Treatments containing urban compost showed higher initial DOC and metal concentrations in solution. A decrease of DOC and metal concentrations in soil solution with time occurred due to their lixiviation in the drainage water. In spite of the higher metal pool, urban compost favoured root length due to its greater content of DOC and TDN in soil solution.Financial support for this research was provided by the Ministerio de Economía y Competitividad of Spain and FEDER (Project CTM2014-54029-R) and Fundación Séneca de CARM (19248/PI/14). Obdulia Martínez holds a FPI contract from the Ministerio de Economía y Competitividad of Spain (BES-2015-075838). Dr. González-Alcaraz holds a Marie Skłodowska-Curie contract (H2020-MSCA-IF-2015, Project ID 704332)

Evaluation of the rhizospheric microbiome of the native colonizer Piptatherum miliaceum in semiarid mine tailings

The study of the rhizospheric microbiome in native plants should be a prerequisite before carrying out the phytomanagement of mine tailings. The goal of this work was to evaluate the rhizospheric microbiome of Piptatherum miliaceum in semiarid mine tailings. A comprehensive edaphic characterization was performed including the description of soil microbial composition in the rhizosphere of P. miliaceum growing at a mine tailings pile and at a control site. Plant nutritional and isotopic compositions were also determined. Neutral pH of the tailings (7.3) determined low metal extractability in 0.01 M CaCl2 (e.g. < 1 mg/kg for Zn). In spite of the contrasting edaphic fertility conditions of both sites, N (~ 15 g kg−1) and P (~ 400 mg kg−1) leaf concentrations were similar. The lower δ15N at the tailings plants (− 4.50‰) compared to the control (6.42‰) indicated greater efficiency of P. miliaceum for uptaking N under the low fertility conditions of the tailings (0.1% total soil nitrogen). The presence at the tailings of bacterial orders related to the cycling of N, such as Rhizobiales, could have contributed to enhance N acquisition. The lower leaf δ13C values at the tailings (− 30.22‰) compared to the control (− 28.47‰) indicated lower water use efficiency of the tailing plants. Some organotrophic bacterial and fungal groups in the tailings’ rhizospheres were also found in the control site (e.g. Cytophagales, Sphingobacteriales for bacteria; Hypocreales, Pleosporales for fungi). This may indicate that P. miliaceum is able to shape its own specific microbiome at the tailings independently from the initial microbial composition of the tailings.Grant CTM2017-82264-R funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033 and ERDF “A way of making Europe”. We also thank Mr Francisco Crispín Fuentes Narváez for facilitating the access to the sampling area. Open Access funding provided thanks to the CRUE-CSIC agreement with Springer Nature. Financial support for this research was provided by FEDER and the Ministerio de Ciencia e Innovación of Spain (Project CTM2017-82264-R)

The combined used of tree species and biochar amendments for the phytomanagement of mine tailings under semiarid climate

[SPA] La presente propuesta de tesis doctoral busca aportar soluciones científico-técnicas para la revegetación de residuos procedentes de las labores de concentración de mineral (balsas mineras) en el contexto semiárido de la Sierra de Cartagena-La Unión, como una estrategia de restauración ambiental sostenible a medio y largo plazo que incluya la reducción de los riesgos de ecotoxicidad asociados a la presencia de metales y metaloides. Para ello se estudiará el efecto del biochar (sólo y en combinación con otra enmienda orgánica) sobre el comportamiento biogeoquímico y la toxicidad de residuos mineros y si dicho efecto puede favorecer el papel de Pinus halepensis y Tetraclinis articulata como especies clave para la restauración de balsas mineras. Además, se realizarán muestreos de ecología de las comunidades vegetales asociadas a éstas dos especies que crecen espontáneamente en balsas mineras. Por último, se practicarán bioensayos de ecotoxicidad con semillas, plántulas e invertebrados edáficos. [ENG] The present PhD Thesis proposal aims to provide technical-scientific solutions for the reclamation of mine tailings in the semiarid area of the Sierra de Cartagena-La Unión, as a strategy for achieving a sustainable environmental restoration. The reduction of risks associated to metal(loid)s will be also considered. In order to achieve this aim, the effects of biochar addition (alone and in combination with other organic amendment) on the biogeochemical behavior and ecotoxicity of the mine tailings will be studied. In addition, the role of Pinus halepensis and Tetraclinis articulata as key species for the restoration of mine tailings will be discussed. Ecology surveys on the spontaneous communities associated to these two species on mine tailings will be performed. Finally, ecotoxicological bioessays employing seeds, seedlings and edaphic invertebrates will be tested.Este proyecto ha sido financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad y FEDER (CGL2014-54029-R) y la Fundación Séneca de la Región de Murcia (19248/PI/14). Obdulia Martínez disfruta de un contrato FPI (BES-2015-075838) del Ministerio de Economía y Competitividad

Gradientes edáficos y microbiológicos en balsas mineras de la Sierra de Cartagena‐La Unión

Las balsas de lodos de flotación, resultado de la actividad minera en la Sierra de Cartagena‐La Unión, suponen un riesgo de contaminación para el entorno y los seres humanos debido a las elevadas concentraciones de metal(oid)es que contienen. Las técnicas de ‘fitoestabilización’ aparecen como una alternativa viable a las técnicas convencionales de recuperación de suelos contaminados. El objetivo de este estudio fue describir los gradientes edáficos y microbiológicos presentes en una balsa minera abandonada de la Sierra de Cartagena‐La Unión, con el fin de plantear medidas para su fitoestabilización. Para ello, se realizó un muestreo de suelo a lo largo de un transecto desde una zona no contaminada hasta el interior de la meseta de la balsa. Los principales parámetros que determinaron inicialmente la distribución de la vegetación espontánea en la balsa fueron la conductividad eléctrica y el pH, mientras que la concentración de metal(oid)es jugó un papel secundario.Este proyecto ha sido financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad y FEDER (CTM2011‐23958) y la Fundación Séneca de la Región de Murcia (15296/PI/10). El Doctor Héctor M. Conesa agradece al Ministerio de Economía y Competitividad y a la Universidad Politécnica de Cartagena por la financiación a través del Programa Ramón y Cajal (Ref. RYC‐ 2010‐05665). María Nazaret González‐Alcaraz disfruta de una beca post‐doctoral de la Fundación Ramón Areces

Influence of Phragmites australis on the seasonal evolution of biogeochemical conditions (pH/Eh) and N cycling in eutrophic wetlands

[SPA] El objetivo del trabajo fue evaluar en qué medida humedales eutrofizados, en presencia y ausencia de Phragmites australis, actúan como depuradores de NO3- y productores de N2O (gas de efecto invernadero). Para ello se realizó un experimento en mesocosmos con suelo y plantas de Phragmites, que se sometieron a seis períodos de inundación-desecación durante doce meses con aguas de distinta composición: alta carga (200 mg·L-1 NO3-) y baja carga (20 mg·L-1 NO3-) de nutrientes. Los tratamientos ensayados fueron: sin planta+baja carga; sin planta+alta carga; con planta+baja carga; con planta+alta carga. Se monitorizó Eh y pH, y se analizó la concentración de NO3- y NH4+ en la solución edáfica así como el N2O desprendido a la atmósfera. Todos los tratamientos fueron efectivos en la retirada de NO3- del agua (>70%) lo que acarreó la emisión de elevadas cantidades de N2O a la atmósfera. Phragmites contribuyó a reducir las emisiones de N2O durante las fases de secado al favorecer la retirada de NO3- del agua y disminuir su disponibilidad para ser transformado en gas vía desnitrificación. Por tanto, la presencia de planta en los suelos de los humedales puede contribuir a que se reduzca la emisión de N2O a la atmósfera. [ENG] The aim of the study was to assess to what extend eutrophic wetlands, with and without Phragmites australis, act as sinks of NO3- and as sources of N2O (greenhouse gas). A one-year mesocosms experiment, with alternating flooding-drying conditions, was performed with soil and plants of Phragmites. Two types of water were used: one with high nutrient load (200 mg·L-1 NO3-) and another one with low nutrient load (20 mg·L-1 NO3-). The treatments assayed were: no plant+low nutrient content; no plant+high nutrient content; plant+low nutrient content; plant+high nutrient content. The Eh and pH were monitored, and the concentration of NO3- and NH4+ in the soil solution and of evolved N2O were analyzed. All the treatments were effective in the removal of NO3- from water (>70%), leading to the emission of high amounts of N2O into the atmosphere. The presence of Phragmites favored lower N2O emissions mainly during drying phases due to a higher reduction of NO3- concentrations in water, decreasing its availability to be transformed into gas via denitrification. Therefore, the presence of plant in wetland soils may contribute to reduce the emission of N2O into the atmosphere.Proyecto financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación (Referencia CGL2010-20214)

Eutrophication and metal pollution by mining waste in coastal wetlands of the Mar Menor: understanding biogeochemical processes with a view to introducing management strategies

[SPA] En este capítulo se resumen los resultados de diversos experimentos realizados con suelos (afectados y no afectados por residuos de minería) y plantas procedentes de dos humedales de la costa del Mar Menor: la Marina del Carmolí y el saladar de Lo Poyo. Se estudiaron los mecanismos biogeoquímicos que determinan la capacidad de estos ambientes para actuar como filtros verdes frente a las aguas eutrofizadas cargadas en nitratos (NO3 –) y fosfatos (PO4 3–), valorando el efecto de las plantas y del encalado de los suelos sobre dicha capacidad. También se cuantificó la transformación de NO3 – en óxido nitroso (N2O), un gas de efecto invernadero, y se discutieron los efectos negativos que pueden tener estos ambientes como emisores de dicho gas, que contribuye al calentamiento global, frente a los positivos para depurar las aguas que vierten al Mar Menor. Por otro lado, se analizaron los mecanismos implicados en la movilidad de los metales pesados en el sistema suelo-agua-planta en zonas afectadas por residuos mineros y se evaluaron alternativas de manejo para reducir los riesgos asociados a dichos metales. Como síntesis de las lecciones aprendidas podemos decir que: a) el papel de los humedales costeros del Mar Menor para depurar las aguas cargadas de NO3 – se produce a costa de emitir altas concentraciones de N2O a la atmósfera a través de la desnitrificación y la de depurar PO4 3– a costa de almacenar fósforo en los suelos; b) en suelos inundados la contribución de la vegetación (en particular carrizo, Phragmites australis) a la eliminación de NO3 – está más relacionada con crear un ambiente favorable para la actividad de los microorganismos en el entorno de sus raíces que en absorber dichos NO3 –; c) en suelos en fase de secado la absorción de NO3 – por el carrizo gana en importancia, contribuyendo a reducir la concentración de NO3 –disponible para la formación y emisión de N2O a la atmósfera a través del proceso de desnitrificación; d) muchas zonas de los humedales estudiados presentan una elevada concentración de metales pesados en sus suelos debido a la presencia de residuos mineros, lo que supone un riesgo para el medio ambiente y la salud de las personas; e) la solubilidad y movilidad de los metales depende del metal, de la humedad del suelo y de la presencia/ausencia de plantas (así como de la especie de planta), por lo que las medidas de manejo que impliquen la adición de enmiendas y la implantación de vegetación deben ser planificadas para cada caso particular conociendo con todo detalle las condiciones biogeoquímicas que van a existir tras las actuaciones que se realicen. [ENG] This chapter summarizes the results of a number of experiments carried out with soils (affected and unaffected by mining waste) and plants collected from two wetlands of the Mar Menor lagoon: the Marina del Carmolí and the Lo Poyo salt marsh. The biogeochemical mechanisms responsible for the capacity of these wetlands to act as green filters against eutrophic water with a high nitrate (NO3 –) and phosphate (PO4 3–) content were studied. The effect of plants and liming on this capacity were also evaluated. In an experiment, the transformation of NO3 – into N2O (a greenhouse gas) by denitrification was evaluated, and the negative consequences of N2O for global warming were discussed in relation with the positive effect of these wetlands in purifying eutrophic water that reaches the Mar Menor. The mechanisms influencing the solubility and mobility of heavy metals in the soil-water-plant system were also studied, and some proposals were suggested for the management of wetlands polluted by mine wastes. The lessons learned can be summed up as: a) the role of coastal wetlands of the Mar Menor in purifying eutrophic water with high NO3 – content implies high N2O emissions to the atmosphere, whilst their role in purifying PO4 3– implies that their soils act as phosphorus sinks; b) in flooded soils, the main role of plants (mainly Phragmites australis, common reed) in reducing NO3 – concentrations in eutrophic water is to promote microbial activity in the rhizosphere, which favours denitrification, the absorption of NO3 – by plants playing a secondary role; c) when soils are drying, however, the role of NO3 – absorption by Phragmites becomes more significant, this absorption reducing the NO3 available for N2O formation and emission via denitrification; d) extensive zones of the wetlands are affected by extremely high heavy metal concentrations in soil due to the presence of mining waste, which poses a risk for the environment and human health; e) the solubility and mobility of metals are specific for each metal and are influenced by soil moisture levels and the presence of different plant species; hence, the implementation of management strategies that imply the use of remedial actions and replanting must be planned on a case-by-case basis and only after a detailed analysis of the resulting biogeochemical conditions has been carried out