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Tesis Doctoral: Pedro Soler  

RESUMEN
ABSTRACT
En este trabajo se aborda el estudio de la aplicación a un suelo de tres tipos de lodos de depuradora (compostado, deshidratado y líquido) con objeto de mejorar la fertilidad de los suelos por un lado y, por otro, de reducir la problemática creciente del destino de estos residuos orgánicos.

En un experimento de laboratorio, durante 46 semanas, se ha incubado el suelo con las dosis altas de cada uno de los lodos (80 t ha-1 para los sólidos y 800 m3 ha-1 para los líquidos) en condiciones controladas de humedad y temperatura. Se han tomado muestras de suelo en diferentes puntos temporales para estudiar la evolución de sus propiedades.

En un experimento de campo, de cuatro años de duración, se ha diseñado una estructura de bloques al azar (tres con cebada y uno sin cultivo) con los siete tratamientos establecidos: tres lodos diferentes en dos dosis más un control. Las dosis de aplicación de los lodos han sido: 20 y 80 t ha-1 para el compost y lodo deshidratado, y 400 y 800 m3 ha-1 para el líquido. El primer año se han aplicado estos tratamientos y a partir del segundo año, y hasta el final del experimento, se ha realizado una división de las parcelas en dos partes: en las residuales permanece lo añadido el primer año y en las acumuladas se ha aplicado la misma cantidad de lodos todos los años.

En los suelos se han determinado las propiedades físico-químicas, el estado nutricional y el contenido de metales pesados, así como las diferentes fracciones de carbono. Se ha prestado un interés especial a medidas de tipo biológico y bioquímico, fundamentales en la evaluación de la fertilidad del suelo. Además, en el experimento de campo con cebada se han determinado los parámetros de producción y de calidad del grano, y se han analizado macroelementos y metales pesados en grano y en paja.

En el experimento de incubación se ha observado una tasa de mineralización del nitrógeno menor con el compost, siendo más alto el nitrógeno mineralizado del lodo deshidratado a lo largo del tiempo. Se produce un aumento de metales pesados pero sólo se puede destacar que se incrementa de forma significativa la fracción potencialmente asimilable de zinc y cobre. Con el compost se consigue que aumenten de forma significativa las fracciones más estables de carbono, mientras que el lodo deshidratado incorpora una cantidad mayor de compuestos fácilmente degradables por lo que se observan más variaciones en la dinámica de la materia orgánica. En el punto final se han obtenido valores de carbono de biomasa superiores al control y una mayor actividad biológica inicial por la presencia de fuentes de carbono biodegradabIes. En general, todas las actividades enzimáticas se ven incrementadas con la aplicación de los lodos después de 46 semanas, indicando la recuperación de la calidad del suelo.

En el experimento de campo sin cultivo se ha observado que los microorganismos patógenos después de 30 semanas desaparecen o están en los niveles del control, excepto los coliformes totales en las parcelas con lodo deshidratado y líquido. Se ha producido un ligero descenso del pH y un aumento de la conductividad eléctrica del suelo, más marcados con la acumulación de las dosis altas. Los contenidos de elementos nutrientes se incrementan considerablemente al acumular las dosis altas. El estudio de las fracciones de carbono revela una cantidad mayor de sustancias húmicas, sobre todo en el caso del compost. Los análisis de metales pesados demuestran que todos los tratamientos están por debajo de los límites máximos admitidos, y solamente el compost, en la dosis alta, aumenta algunos contenidos totales y potencialmente asimilables, sobre todo el zinc. La aplicación de los lodos tiene un efecto positivo sobre la biomasa microbiana, produciéndose un aumento general de la actividad biológica del suelo; las actividades enzimáticas analizadas también se han incrementado, por lo que la mejora en la calidad del suelo resulta evidente.

En el experimento de campo con cultivo de cebada los valores de producción, en general, se incrementan respecto al control. En la última cosecha las parcelas residuales han tenido una producción similar o superior a la del primer año. El contenido de macroelementos en la planta se incrementa siempre con respecto al control, y la aplicación consecutiva aumenta los valores de las parcelas residuales, sobre todo en la dosis alta de lodo deshidratado. El estudio de los metales pesados tanto en el grano como en la paja demuestra la ausencia de contaminación; únicamente con la acumulación anual de la dosis alta de lodo compostado se ha observado una mayor cantidad de zinc. El aumento de la conductividad eléctrica en el suelo ha podido afectar negativamente al cultivo en algunos casos, aunque los contenidos de nitrógeno y fósforo asimilables con la acumulación de las dosis se mantienen en niveles muy altos. Aunque la materia orgánica del suelo, incluso en el efecto residual, se ve incrementada con los tres tipos de lodo, es más estable con la dosis de 80 t ha-1 de compost; con este tratamiento la cantidad total de zinc y plomo en el suelo se incrementa significativamente, mientras que al acumularlo también aumentan las formas potencialmente asimilables de cobre y zinc. Valores de biomasa microbiana y de actividades enzimáticas superiores a las del control, muestran la recuperación de la fertilidad biológica del suelo.

Soil application of three different sewage sludges (compost, dewatered and liquid) has been studied as a means of improving the fertility of soils . on one hand, and to reduce the increasing problem of organic waste disposal on the other.

In a laboratory experiment mixtures of soil with the high rates of each sludge (80 t ha-1 for solids and 800 m3 ha-1 for liquid), as well as the control, were incubated for a 46-weeks period under controlled conditions of moisture and temperature. Samples were taken at different times to monitor changes in soil properties. A four year field study was undertaken in which four random blocks (three cropped with barley and one uncultivated) were divided into plots which received the seven pre-established treatments: three different sludges at two different rates plus an untreated control. Sludges were applied as follows: 20 and 80 t ha-1 for compost and dewatered sludge and 400 and 800 m3 ha-1 for liquid. ln the second year the plots were each divided into two subplots in order to study the effects of the annual accumulation of the treatments in one half and the possible residual effects of the first application in the other one.

Measurements were made of soil physic-chemical properties, nutrient status, heavy metal content and carbon fractions. Special interest was given to biological and biochemical parameters, which are of prime importance in the evaluation of soil fertility. Barley grain production and quality, plus the macroelement and heavy metal concentration of both grain and straw were also estimated in the cultivated plots.

ln the incubation experiment, nitrogen mineralization rate was lowest in the compost-treated soil and híghest, over the long-term, when soil was subjected to dewatered sludge treatment. Heavy metal concentration showed an increase but the potentially available fraction was only significant for zinc and copper. For composted sludge, there was a significant rise in the most stable carbon fractions. Dewatered sludge-treated soil contained a greater quantity of easily degradable compounds, therefore greater variations were observed in the dynamic of soil organic matter. At the end of the experimental period, microbial biomass values were higher than those of the control and a greater initial biological activity, due to the presence of biodegradable carbon sources, was observed. After the 46-weeks period enzymatic activities showed a general increase in the sludge treatments, ¡ndicating an improvement of soil quality.

ln uncultivated field plots, pathogenic microorganisms disappeared or were at control Ievels after 30 weeks, with the exception of total coliforms in plots treated with dewatered and liquid sludges. Slights fall in soil pH and rises in electrical conductivity were also recorded, especially in the accumulation of the high rates. Nutrient levels increased considerably with the accumulated rates. The carbon fraction study revealed a greater quantity of humic substances especially for compost-treated soils. Heavy metal analysis showed ah treatments to produce concentrations below maximum permitted levels. Only highrate of compost led to an increase in total concentration of some of the heavy metals and in the potentially available fraction, especially zinc. The application of the sludges had a positive effect on microbial biomass, producing an overall increase in soil biological activity. Enzymatic activities were also increased, showing a clear recovery in soil quality.

Production in the barley plots was generahly improved over that of control. ln the last harvest of the residual plots, production was similar to or greater than that of the first year. The macro-element content of the plants increased over control values. Successive apphication increased values with respect to residual plots, especially the high rate of dewatered sludge. No heavy metal contarnination was observed either in grain or straw. Only with annual accumulation of high-rate compost were higher zinc values found. In some cases, rises in soil electrical conductivity might have a negative effect in barley growth, although available nitrogen and phosphorus levels stayed high with accurnulated applications. Although soil organic matter increased with ah three types of sludge (even in the residual effect), it was more stable with 80 t ha-1 of compost. With the latter treatment, zinc and lead concentrations in soil increased signíficantly, while potentially available zinc and copper levels also rose with the annual accumulation. Microbial biomass values and enzymatic activities were greater than those of control, showing an improvement in the biological fertility of the soil.