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The genus Carpobrotus N.E.Br. comprises several aggressive invasive species that threaten biodiversity in coastal areas worldwide. We studied the phenotypic plasticity of Carpobrotus sp. pl. invading four coastal habitats in the north-western Iberian Peninsula (coastal cliffs, disturbed areas, dunes and coastal forests). We measured morphological traits and carbon (δ13C) and nitrogen (δ15N) stable isotope compositions of Carpobrotus sp. pl. individuals collected in each habitat. Our results indicated that leaf carbon content (% C) and dry shoot weight were higher on cliffs and lower in mixed forests. In contrast, leaf hydration was higher in mixed forests and lower on cliffs. Leaf nitrogen content (% N) was higher in forests, which might be due to the presence of Acacia longifolia, an alien tree that accumulates N in the soil through symbiotic associations with N fixing bacteria. Differences in δ15N showed the use of different N sources in each habitat. Values were higher in disturbed areas with greater human activity and lower on cliffs and forests. δ13C was higher in cliffs and dunes, suggesting CAM activity where drought and salinity are more intense. Water use efficiency (iWUE) and δ13C were higher on cliffs and dunes, suggesting an adaptation and high tolerance of Carpobrotus sp. pl. to unfavourable conditions such as drought or salinity in the invaded areas. Czech Science Foundation | Ref. 19-13142S Czech Science Foundation | Ref. 19-28807X Czech Academy of Sciences | Ref. RVO 67985939 Universidade de Vigo/CISUG

10 páginas, 1 tabla, 4 figuras, A laboratory experiment was carried out to investigate the response of the microbial communities in acid agricultural soils located in the NW Iberian Peninsula to the presence of clarithromycin. Four soils, with different organic C content and similar pH, and seven different concentrations of clarithromycin (0.49, 1.95, 7.81, 31.25, 125, 500 and 2,000 mg kg−1 of soil) were used, and microbial estimates were made after 8 and 42 incubation days. The phospholipid fatty acids (PLFA) technique was used to estimate the total microbial biomass and biomass of specific microbial groups as well as the microbial community structure (PLFA pattern). The microbial biomass (total and specific groups) was different in the four studied soils, the lowest values being exhibited by soils with the lowest organic C. The antibiotic addition showed a positive effect on microbial biomass (total and specific groups), especially at the highest dose; the effect being similar or even more accentuated with time passed after the addition (42 days ≥8 days). Principal component analysis (PCA) of the PLFA data carried out with the whole data set showed that the main determining factors of the microbial structure followed the order: soil > time incubation ≥ antibiotic dose. When the PCA was performed individually for each incubation time, the results indicated that microbial communities of the four soils were different. Likewise, for each soil, different microbial communities were observed depending on antibiotic concentration. The microbial biomass and PLFA pattern data were coincidentally showing that the clarithromycin addition favored fungi and G− bacteria more that bacteria and G+ bacteria; the effect being dose-dependent. Our data (microbial biomass, PLFA pattern) also demonstrated that the effect of clarithromycin addition on microbial communities in these four acid agricultural soils persisted even after 42 incubation days., This study has been funded by the Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities through the projects RTI2018-099574-B-C21 and RTI2018-099574-B-C22 (FEDER Funds). VS-M holds a postdoctoral fellowship (ED481B-2022-081) financed by Xunta de Galicia. LR-G hold a pre-doctoral fellowship (FPU21/04206) financed by Spanish Ministry of Universities. Funding for open access charge: Universidade de Vigo/CISUG

Globally, cadmium (Cd) is one of the metals that causes the most significant problems of contamination in agricultural soils and toxicity in living organisms. In this study, the ability of three different nanoparticles (dose 3% w/w) (hydroxyapatite (HANPs), maghemite (MNPs), or zero-valent iron (FeNPs)) to decrease the availability of Cd in artificially contaminated agricultural soil was investigated. The effect of Cd and nanoparticles on germination and early growth of Sinapis alba L. was also assessed by tolerance/toxicity bioassays. The available Cd contents in the contaminated soil decreased after treatment with the nanoparticles (available Cd decreased with HANPs: >96.9%, MNPs: >91.9%, FeNPs: >94%), indicating that these nanoparticles are highly efficient for the fixation of available Cd. The toxicity/tolerance bioassays showed different behavior for each nanoparticle. The HANPs negatively affected germination (G(%): 20% worsening compared to control soil), early root growth (Gindex: −27.7% compared to control soil), and aerial parts (Apindex: −12%) of S. alba, but showed positive effects compared to Cd-contaminated soils (Gindex: +8–11%; Apindex: +26–47%). MNP treatment in Cd-contaminated soils had a positive effect on germination (G(%): 6–10% improvement) and early growth of roots (Gindex: +16%) and aerial parts (Apindex: +16–19%). The FeNPs had a positive influence on germination (G(%): +10%) and growth of aerial parts (Apindex: +12–16%) but not on early growth of roots (Gindex: 0%). These nanoparticles can be used to reduce highly available Cd contents in contaminated soils, but MNPs and FeNPs showed the most favorable effects on the early growth and germination of S. alba. Ministerio de Ciencia e Innovación | Ref. PID2021-124497OA-I00 Ministerio de Ciencia e Innovación | Ref. IJC2019-042235- I Ministerio de Ciencia e Innovación | Ref. IJC2020-044197-I

The presence of emerging pollutants, and specifically antibiotics, in agricultural soils has increased notably in recent decades, causing growing concern as regards potential environmental and health issues. With this in mind, the current study focuses on evaluating the toxicity exerted by three antibiotics (amoxicillin, trimethoprim, and ciprofloxacin) on the growth of soil bacterial communities, when these pollutants are present at different doses, and considered in the short, medium, and long terms (1, 8 and 42 days of incubation). Specifically, the research was carried out in 12 agricultural soils having different physicochemical characteristics and was performed by means of the leucine (H) incorporation method. In addition, changes in the structure of soil microbial communities at 8 and 42 days were studied in four of these soils, using the phospholipids of fatty acids method for this. The main results indicate that the most toxic antibiotic was amoxicillin, followed by trimethoprim and ciprofloxacin. The results also show that the toxicity of amoxicillin decreases with time, with values of Log IC ranging from 0.07 ± 0.05 to 3.43 ± 0.08 for day 1, from 0.95 ± 0.07 to 3.97 ± 0.15 for day 8, and from 2.05 ± 0.03 to 3.18 ± 0.04 for day 42, during the incubation period. Regarding trimethoprim, 3 different behaviors were observed: for some soils the growth of soil bacterial communities was not affected, for a second group of soils trimethoprim toxicity showed dose-response effects that remained persistent over time, and, finally, for a third group of soils the toxicity of trimethoprim increased over time, being greater for longer incubation times (42 days). As regards ciprofloxacin, this antibiotic did not show a toxicity effect on the growth of soil bacterial communities for any of the soils or incubation times studied. Furthermore, the principal component analysis performed with the phospholipids of fatty acids results demonstrated that the microbial community structure of these agricultural soils, which persisted after 42 days of incubation, depended mainly on soil characteristics and, to a lesser extent, on the dose and type of antibiotic (amoxicillin, trimethoprim or ciprofloxacin). In addition, it was found that, in this research, the application of the three antibiotics to soils usually favored the presence of fungi and Gram-positive bacteria., This study has been funded by the Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities through the projects RTI2018-099574-B-C21 and RTI2018-099574-B-C22 (FEDER Funds). David Fernández Calviño holds a Ramón y Cajal contract (RYC-2016-20411) financed by the Spanish Ministry of Economy Industry and Competitiveness. Laura Rodríguez González hold a pre-doctoral fellowship (ED481A 2021/309) financed by Xunta de Galicia. Funding for open access charge: Universidade de Vigo/CISUG.

Financiado para publicación en acceso aberto: Universidade de Vigo/CISUG Heavy metals from anthropogenic sources accumulate slowly but steadily, leading to high metal concentration levels in soil. However, the effect of each heavy metal on soil bacterial communities is usually assessed in laboratories by a single application of individually spiked metals. We evaluated the differences between single individual application and repeated individual applications of Cr, Cu, Ni, Pb, and Zn on bacterial communities, through pollution-induced community tolerance (PICT), using bacterial growth as the endpoint (3H-leucine incorporation method). We found that PICT development was higher when soil was spiked in individual single application than individual repeated applications for Cu, Ni and Zn. In contrast, bacterial communities did not show different tolerance between singly or repeatedly when soil was spiked with Cr. In the case of Pb any increase of bacterial community tolerance to this metal was found despite high doses applied (up to 2000 mg kg����� 1). These results are relevant for the interpretation of the effects of heavy metals on soil microbes in order to avoid laboratory overestimations of the real effects of heavy metals on soil microbes. Ministerio de Economía e Competitividad | Ref. CTM2015-73422-JIN Ministerio de Economía e Competitividad | Ref. RYC- 2016-20411 Xunta de Galicia | Ref. ED401A-2020/084

The increased frequency of heatwaves expected in the context of global warming will affect socio-ecological systems such as shellfish beds at intertidal seagrass meadows. A mesocosm experiment was performed to assess the effects of a simulated atmospheric heatwave during low tide on the bioturbation indicators and growth of the commercial juvenile native Ruditapes decussatus and the introduced clam R. philippinarum, and on their interactions with the seagrass Zostera noltei. Under the heatwave, heat dissipation at 5 cm depth was significantly greater in the sediments below Z. noltei than below bare sand, the photosynthetic efficiency (Fv/Fm) of Z. noltei decreased and the clams tended to grow less. Furthermore, after the heatwave clams below bare sand tended to burrow deeper than those below Z. noltei, indicating that seagrass provided a refuge for clams. Ruditapes philippinarum grew less, and did not burrow as deeply as R. decussatus, which may imply greater vulnerability to desiccation and heat at low tide. The particle displacement coefficient (PDC) of R. philippinarum indicated lower bioturbation values in Z. noltei than in bare sand and was a suitable bioturbation indicator for juvenile Ruditapes spp. clams. In Z. noltei coexisting with R. philippinarum, the Fv/Fm values were higher than without clams after a recovery period, which may be linked to the assimilation of phosphate excreted by the clams and suggests a facilitative interaction. No such interaction was observed with R. deccusatus, probably because of its deeper burrowing depth. The findings suggest reciprocal facilitative interactions between R. philippinarum and Z. noltei and the potential contribution of Z. noltei to the sustainability of clams under global warming scenarios, which may support management actions aimed at enhancing the coexistence between shellfishing activities and seagrass conservation. Agencia Estatal de Investigación | Ref. RTI2018-095583-B-I00 Xunta de Galicia | Ref. ED431C 2021/42 Xunta de Galicia | Ref. ED481A-2020/199 Universidade de Vigo/CISUG

Around 30-80% of the antibiotics used in veterinary medicine and in livestock production are excreted in urine and feces, accumulating in manure and slurry, finally passing to the natural environment when spread on soils. Agriculture and livestock production are of great importance in Galicia, but there are no detailed scientific studies on the impact that the use of veterinary antibiotics can have on soil microorganisms. The overall objective of the doctoral Thesis project is to study the presence of 4 veterinary antibiotics (tetracycline, oxitetracycline, chlorotetracycline and sulfodiazine), on soil microorganisms in areas that receive poultry manure (A Limia, Ourense), cattle slurry and pig slurry ( both in Sarria, Lugo). This way, areas of high risk of contamination by antibiotics will be identified. Then, measures to reduce antibiotics concentration in soil could be evaluated, aiding to prevent passage into the food chain and waterbodies. Moreover, the effect of these compounds accumulation in soils over soil microorganisms will be studied. The antibiotics toxicity on soil bacterial communities will be assessed due to its high sensitivity to soil pollution. Also, changes in microbial community structure and functions will be evaluated together with soil bacterial community tolerance (resistance) to antibiotics development to study potential risks for public health. In high risk areas it could be appropriate to use biosorbent materials such as mussel shell, wood ash and pine bark (abundant and inexpensive in Galicia) to reduce the risk of transfer antibiotics to the food chain and avoid damages to soil microorganisms. The doctoral Thesis project aims to study basically 3 aspects related with the accumulation of veterinary antibiotics in Galicia soils: 1) Potential toxicity of antibiotics for soil microbial communities: it will be performed through the evaluation of antibiotics toxicity on soil bacterial communities; the study of microbial community changes (diversity); and assessment of functional changes is soils polluted with antibiotics. 2) Resistance development to antibiotics: it will be performed via the study of bacterial community tolerance to antibiotics increases in soils polluted with antibiotics and in soils polluted with antibiotics and soils polluted with heavy metals (Co-Tolerance). 3) Use of bioadsorbents for minimizes the negative effects of antibiotics accumulation in soils: it will be performed by vulnerable soil amendment with different doses of pine bark, crushed mussel shell and biomass ash. O 30-80% dos antibióticos empregados en gandería son excretados pola ouriña e feces, acumulándose nos estercos e xurros, que ao ser aplicados ao solo pasan o medio natural. Galicia posúe unha importante actividade agrícola e gandeira, pero non existen estudos científicos en detalle sobre o impacto que o uso dos antibióticos de uso veterinario poden causar sobre os microorganismos do solo. O obxectivo xeral do proxecto de tese doutoral é estudar o impacto de catro antibióticos (Tetraciclina, Oxitetraciclina, Clorotetraciclina e Sulfodiazina) sobre os microorganismos do solo en áreas que reciben residuos de granxas de polos (A Limia, Ourense), xurros de vacún e xurros de porco (ambos en Sarria, Lugo). Estudarase a toxicidade dos antibióticos sobre as comunidades bacterianas do solo por ser un grupo moi sensible á contaminación; os cambios na estrutura e funcións dos microorganismos do solo; e por último o posible desenvolvemento de tolerancias (resistencia) das bacterias do solo aos antibióticos para estudiar se existen riscos para seguridade alimentaria e a saúde pública. Nas zonas de especial risco de danos por acumulación de antibióticos no solo proponse utilizar materias bioadsorbentes (abundantes en Galicia e de baixo custe) tales como cuncha de mexillón, cinza de biomasa e cortiza de piñeiro, para reducir o risco de danos sobre os microorganismos do solo. No proxecto de tese que se propón estudaranse fundamentalmente 3 aspectos relacionados coa acumulación de antibióticos de uso veterinario nos solos galegos: 1) Danos que os antibióticos poden causar sobre os microorganismos do solo: realizarase mediante a avaliación da toxicidade dos antibióticos sobre as comunidades bacterianas; o estudio de cambios na estrutura das comunidades microbianas (diversidade); e a avaliación de cambios funcionais das comunidades microbianas do solo en solos contaminados con antibióticos. 2) Desenvolvemento de resistencia a antibióticos: realizarase mediante o estudo do incremento da tolerancia das comunidades bacterianas do solo a antibióticos en solos contaminados con antibióticos e en solos contaminados con metais pesados (Co-tolerancia). 3) Uso de bio-adsorbentes para minimizar os efectos negativos da acumulación de antibióticos no solo: realizarase mediante a emenda de solos vulnerábeis con distintas doses de cortiza de piñeiro, cuncha de mexillón triturada e cinza de biomasa. El 30-80% de los antibióticos empleados en ganadería son excretados por orina y heces, acumulándose en estiércoles y purines, que al ser aplicados al suelo pasan al medio natural. Galicia posee una actividad agrícola y ganadera importante, pero no existen estudios científicos en detalle sobre el impacto que el uso de los antibióticos de uso veterinario pueden causar sobre los microorganismos del suelo. El objetivo general del proyecto de tesis doctoral es estudiar la presencia de cuatro antibióticos (Tetraciclina, Oxitetraciclina, Clorotetraciclina y Sulfodiazina) sobre los microorganismos del suelo en áreas que reciben residuos de granjas de pollos (A Limia, Ourense), purines de vacuno y purines de cerdo (ambos en Sarria, Lugo). Se evaluará la toxicidad de los antibióticos sobre las comunidades bacterianas del suelo por ser un grupo muy sensible a la contaminación; los cambios en la estructura y funciones de los microrganismos del suelo; y por último el posible desarrollo de tolerancias (resistencia) de las bacterias del suelo a los antibióticos para estudiar si existen riesgos para la salud pública. En las zonas de especial riesgo de daños por acumulación de antibióticos en el suelo se propone utilizar materiales bioadsorbentes (abundantes en Galicia y de bajo coste) tales como concha de mejillón, ceniza de biomasa y corteza de pino, para reducir el riesgo de transferencia a la cadena alimentaria y los daños sobre los microorganismos del suelo. En el proyecto de tesis que se propone se estudiará fundamentalmente 3 aspectos relacionados con la acumulación de antibióticos de uso veterinario en los suelos gallegos: 1) Daños que los antibióticos pueden causar sobre los microorganismos del suelo: se realizará mediante la evaluación de la toxicidad de los antibióticos sobre las comunidades bacterianas; el estudio de cambios en la estructura de las comunidades microbianas (diversidad); y la evaluación de cambios funcionales de las comunidades microbianas del suelo en suelos contaminados con antibióticos. 2) Desarrollo de resistencia a antibióticos: se realizará mediante el estudio del incremento de la tolerancia de las comunidades bacterianas del suelo a antibióticos en suelos contaminados con antibióticos y en suelos contaminados con metales pesados (Co-tolerancia). 3) Uso de bio-adsorbentes para minimizar los efectos negativos de la acumulación de antibióticos en el suelo: se realizará mediante a enmienda de suelos vulnerables con distintas dosis de corteza de pino, concha de mejillón triturada y ceniza de biomasa. Ministerio de Economía y Competitividad | Ref. CGL2015-67333-C2-1-R Ministerio de Economía y Competitividad | Ref. CGL2015-67333-C2-2-R Xunta de Galicia | Ref. ED481A-2020/089

The presence of antibiotics in soils may increase the selection pressure on soil bacterial communities and cause tolerance to these pollutants. The temporal evolution of bacterial community tolerance to different concentrations of tetracycline (TC), oxytetracycline (OTC) and chlortetracycline (CTC) was evaluated in two soils. The results showed an increase of soil bacterial community tolerance to TC, CTC and OTC only in samples polluted with the highest antibiotic concentrations tested (2000 mg kg−1). The magnitude of those increases was higher in the soil with the lower organic carbon content (1.6%) than in the soil with an organic carbon content reaching 3.4%. In the soil with low organic carbon content, the time-course evolution showed a maximum increase in the tolerance of bacterial communities to tetracycline antibiotics between 45 and 100 incubation days, while for longer incubation times (360 days) the tolerance decreased. In the soil with high organic carbon content, a similar behavior was found for OTC. However, for CTC and TC, slightly increases and decreases (respectively) were found in the bacterial community tolerance at intermediate incubation times, followed by values close to zero for TC after 360 days of incubation, while for CTC they remained higher than in the control. In conclusion, soil pollution due to tetracyclines may cause bacterial community tolerance to these antibiotics when present at high concentrations. In addition, the risk is higher in soils with low organic matter content, and it decreases with time., This study has been funded by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness through the projects CGL 2015-67333-C2-1-R and -2-R (FEDER Funds) and by Xunta de Galicia via BV1 research group (ED431C 2017/62-GRC). David Fernández Calviño holds a Ramón y Cajal contract (RYC-2016-20411) financed by the Spanish Ministry of Economy, Industry and Competitiveness. Vanesa Santás-Miguel and Laura Rodríguez González holds a pre-doctoral fellowship (ED481A-2020/089 and ED481A-2021/309, respectively) financed by Xunta de Galicia.

[SPA] Los depósitos de estériles mineros (o balsas mineras) se encuentran formados por los residuos procedentes de las labores de concentración de minerales, y están considerados como uno de los principales problemas medioambientales asociados a las antiguas zonas de minería metálica. Los materiales que constituyen estas estructuras suelen presentar propiedades físico-químicas extremas como pHs ácidos o básicos, ausencia de estructura edáfica, salinidad, elevadas concentraciones de metal(oid)es, bajos contenidos en nutrientes y en materia orgánica, etc. Estas condiciones dificultan el establecimiento y crecimiento de plantas, manteniendo sus superficies desnudas, expuestas a los agentes erosivos. El empleo del fitomanejo, en términos de fitoestabilización, se considera la alternativa más eficiente para disminuir los riesgos medioambientales asociados a las balsas mineras. Esta técnica plantea la implantación de una cubierta vegetal estable sobre la superficie de las balsas mineras que evite la erosión y fije las partículas metálicas en la rizosfera. Con el fin de mejorar las deficientes condiciones de fertilidad de las balsas mineras y facilitar el establecimiento de la vegetación se recurre, de modo habitual, a la adición de enmiendas orgánicas. Si bien se ha constatado el efecto positivo que a corto plazo tiene la adición de estas enmiendas sobre la cubierta vegetal, no existe mucha información en relación al mantenimiento de la funcionalidad edáfica en estas balsas mineras en una escala temporal más amplia. Este hecho podría estar condicionado, en gran medida, por la presencia de una comunidad microbiana tolerante a las condiciones físico-químicas de los depósitos mineros, y que además, participe activamente en los procesos biogeoquímicos del suelo. La presente Tesis Doctoral pretende contribuir al avance del conocimiento de la relación entre los factores edáficos y microbiológicos implicados en el establecimiento de especies vegetales en antiguos depósitos mineros. Para ello, plantea como finalidad principal profundizar en el conocimiento de los procesos de evolución edáfica que dotan de sostenibilidad a los proyectos de fitomanejo de residuos mineros dentro del contexto de zonas áridas y semiáridas, evaluando la regeneración de la funcionalidad del suelo a través de la mejora de los ciclos biogeoquímicos y valorando los efectos concretos de la adición de enmiendas desde el punto de vista microbiológico. Para tal fin, la Tesis Doctoral fue dividida en dos partes: una fase de trabajo de campo en un depósito minero situado en el antiguo Distrito Minero de Cartagena-La Unión, y una fase experimental llevada a cabo en condiciones controladas en una cámara de cultivo situada en el Instituto de Biotecnología Vegetal de la UPCT. Los trabajos desarrollados en estas dos partes respondieron a cuatro objetivos específicos: El primer objetivo consistió en determinar qué factores, de entre los aspectos edáficos, vegetales y microbiológicos, resultaban determinantes para la funcionalidad del suelo en el fitomanejo de balsas mineras en zonas semiáridas. Para ello, se realizó un estudio de campo utilizando un diseño experimental basado en un transecto a lo largo de una antigua balsa minera del Distrito de Cartagena-La Unión. Dicho transecto incluyó tanto zonas no impactadas (control) como zonas dentro del cuerpo de la propia balsa en las que se tomaron muestras de suelo para su caracterización química y microbiológica. Los resultados mostraron que los cambios en las abundancias relativas de las bacterias a través del transecto se explicaron mejor por factores relacionados con la fertilidad del suelo y la presencia de plantas que por las concentraciones de metales. Esta presencia de vegetación espontánea en las balsas mineras permitió la transición desde órdenes de bacterias litotróficas, dominantes en áreas desprovista de vegetación, a grupos de carácter organotrófico, algunos de los cuales también estuvieron presentes en suelos no contaminados de la zona. Este último hecho permitió afirmar que los procesos de sucesión edáfica mediados por plantas podrían estimular ciclos biogeoquímicos similares a los que tienen lugar en sistemas no contaminados. A diferencia de las bacterias, las variaciones en la abundancia relativa de los hongos a través del transecto no se explicaron por los parámetros edáficos o la presencia de plantas, sino que parecían estar más relacionados con la distribución espacial o los tipos de sustratos orgánicos presentes. El segundo objetivo se centró en identificar los factores edáficos, incluidos los microbiológicos, que determinaban el establecimiento de plantas con diferentes estrategias de crecimiento en depósitos mineros de entornos semiáridos. Para este fin, se realizó una caracterización edáfica y microbiológica de la rizosfera de una especie ruderal pionera, Zygophyllum fabago, y dos especies arbóreas, Pinus halepensis y Tetraclinis articulata, que crecen espontáneamente en la balsa minera seleccionada para el primer objetivo y trabajo de la Tesis. Los resultados revelaron que Z. fabago colonizó selectivamente zonas de la balsa caracterizadas por una alta salinidad (3.5 dS m-1) y altos porcentajes de limo (42 %), mostrando una composición microbiana en su rizosfera que incluía grupos halotolerantes. Las dos especies arbóreas crecieron en áreas de salinidad moderada de la balsa (1.7 dS m-1) con altos porcentajes de arena (85 %), donde Actinomycetales fue el orden bacteriano más abundante. Las diferencias en el comportamiento micorrícico de ambas especies arbóreas (ecto-micorrícico para P. halepensis y endo-micorrícico para T. articulata) podría explicar las diferencias encontradas entre su composición fúngica. En relación al fitomanejo, estos resultados mostraron que la colonización selectiva en nichos edáficos específicos de especies vegetales con diferentes estrategias de crecimiento permitiría aumentar la biodiversidad y la resistencia del sistema frente a factores de estrés ambientales. El tercer objetivo se centró en evaluar los efectos de la aplicación de dos enmiendas orgánicas en la composición microbiana (bacteriana y fúngica) de balsas mineras. Para ello, se llevó a cabo un experimento en mesocosmos, donde un residuo minero procedente de la balsa caracterizada en el primer objetivo fue enmendado con compost de estiércol, biochar o su combinación. Estos tratamientos, junto a un tratamiento control sin enmendar, fueron mantenidos durante 6 meses en una cámara de cultivo con condiciones controladas. Se llevaron a cabo tres muestreos de suelo, para su caracterización edáfica y microbiológica, en los meses uno, tres y seis. Los resultados mostraron que el compost tuvo un efecto más marcado sobre las propiedades de suelo que el biochar, especialmente en la etapa inicial del experimento donde los tratamientos con compost presentaron un mayor aumento de los valores de carbono orgánico disuelto y metales extraíbles en agua. Sin embargo, las concentraciones de estos parámetros disminuyeron a lo largo del experimento. En cuanto a la composición bacteriana, se observó una fuerte correlación de las abundancias relativas de algunos órdenes de bacterias (Flavobacteriales y Sphingobacteriales) con las concentraciones decrecientes de carbono lábil y la aparición progresiva conforme avanzaba el experimento de otros grupos más especializados en la descomposición de fuentes de carbono más estable (Xanthomonadales y Myxococcales). El biochar favoreció la presencia de bacterias descomponedoras (Actinomycetales) especializadas en la degradación de compuestos con lignina u otras sustancias de carbono recalcitrantes. A diferencia de las bacterias, solo unos pocos órdenes de hongos (Sordariales y Microascales) aumentaron su abundancia relativa en los tratamientos que contenían compost, mientras que el resto mostró una disminución o ningún efecto. El tratamiento combinado de biochar-compost podría resultar una opción viable para optimizar la funcionalidad microbiológica de los depósitos mineros debido a su capacidad para favorecer tanto microorganismos especializados en la degradación de materia orgánica lábil como compleja. Por último, el cuarto objetivo tuvo la finalidad de evaluar los efectos de la presencia de plantas u hojarasca sobre la composición microbiana en sustratos mineros previamente enmendados con compost y/o biochar. Esto permitiría determinar la viabilidad de las comunidades microbianas presentes en residuos mineros enmendados para sustentar los ciclos biogeoquímicos desencadenados por la presencia de vegetación. Para ello, se seleccionó una especie vegetal pionera, Piptatherum miliaceum, procedente de depósitos mineros del Distrito Minero Cartagena-La Unión. Las semillas de P. miliaceum o su hojarasca se incorporaron a los mesocosmos empleados en el experimento recogido en el tercer objetivo. Los resultados mostraron que los efectos de la presencia de hojarasca o planta en la composición microbiana estuvieron muy condicionados por la presencia previa de enmiendas, especialmente de compost. En aquellos tratamientos que contenían compost el mayor crecimiento de las plantas favoreció una mayor diferenciación de la composición bacteriana y fúngica, mientras que en los tratamientos sin enmiendas o solo tratados con biochar (con menor crecimiento de plantas), la hojarasca jugó un papel más importante en la determinación de la composición microbiana, especialmente de bacterias. El mayor crecimiento de las plantas favoreció el incremento de grupos bacterianos cuyas abundancias relativas se habían visto disminuidas por la presencia de compost (e.g. Actinomycetales) y de otros grupos relacionados con el desarrollo rizosférico (e.g. Rhizobiales). Esto mostró la especial habilidad de las plantas para configurar su microbioma específico. El empleo de combinaciones biochar-compost podría resultar viable para facilitar la consecución de una cubierta vegetal estable en depósitos mineros, ya que favorece el crecimiento vegetal (mayor biomasa), aporta una fuente de carbono estable (biochar) y facilita el desarrollo del microbioma rizosférico. [ENG] Mine tailings are wastes composed by the left-overs of the ore-processing activities, and they are considered as the main responsible for environmental health impacts in former metallic mining areas. The bare areas of the tailings are usually impacted by wind and water erosion, which may spread the metal(loid) enriched particles to their surroundings. Phytomanagement by phytostabilization is considered a suitable alternative to decrease the environmental risks associated to mine tailings. This technique relies on the generation of a stable vegetation cover at the tailings surfaces to decrease the erosion by fixing the soil. However, soil conditions at tailings usually result unfavourable for plant growth (e.g. high metal(loid) concentrations, low fertility, high salinity) and soil conditioners are proposed to overcome this issue. Although there is a general acceptance of the benefits of using amendments for improving plant growth, there is little information on the sustainment of edaphic functionality at long-term scenarios. This issue could be related to the presence of a feasible microbiological community, which tolerates tailings conditions and actively supports biogeochemical processes. The general purpose of this PhD Thesis was to increase knowledge on the relationship between edaphic and microbiological factors involved in the spontaneous plant colonisation of mine tailings. This will improve the feasibility of phytomanagement in terms of phytostabilization applied to these environments in a semiarid climate context. In order to achieve this goal, the PhD thesis has been divided in two parts corresponding to a field survey data and mesocosm experiments carried out at the climate chamber facility at the IBV-UPCT. These research studies were designed to answer four specific goals: The first goal was to elucidate which factors, including edaphic, vegetation and microbiological aspects, determine soil functionality in the phytomagement of mine tailing piles in semiarid areas. For this purpose, a field study was conducted using an experimental transect design, which included a tailing pile and a non-mining impacted zone (as control) located at southeast Spain. The changes in bacterial relative abundances through the transect were better explained by soil fertility related factors (which in turn were related to the presence of plants) than by metals concentrations. The presence of vegetation at the tailings allowed the transition from lithotrophic bacterial orders, which dominated in bare tailings areas, to organotrophic oriented taxa, some of them shared with the non-polluted samples. These results seem to indicate that natural plant mediated successional processes might stimulate biogeochemical cycles similar to those occurring at non-polluted systems. This functionality of the impacted sites, which include unfavourable edaphic conditions, should be taken into account in the phytomanagement of mine tailings, since it may support its long-term sustainability. Unlike bacteria, variations in fungal relative abundances through the transect were not clearly explained by soil parameters or the presence of plants, since they seem to be more determinant by spatial distribution or the type of organic substrates. The second goal was focused on identifying the edaphic factors, including microbiological, which affect the establishment of plant species with contrasting growth patterns during the phytomanagement of a mine tailings pile. For this purpose, a comprehensive rhizosphere characterization was performed in an early ruderal colonizer, Zygophyllum fabago and two late successional tree species, Pinus halepensis and Tetraclinis articulata, growing at a mine tailings pile in southeast Spain. Results revealed that Z. fabago selectively colonized tailings patches characterized by high salinity (3.5 dS m-1 ) and high silt percentages (42 %), showing a specific halotolerant rhizospheric microbial composition. The two tree species grew at moderate salinity areas of the tailings pile (1.7 dS m-1 ) with high sand percentages (85 %) where Actinomycetales was the most abundant bacterial order (>10 % abundance). The contrasting mycorrhizal behaviour of both tree species (ecto-mycorrhizal for P. halepensis and endo-mycorrhizal for T. articulata) could explain the differences found between their fungal rhizospheric composition. In terms of phytomanagement, the selective plant species colonization following specific soil patches at mine tailings would increase their biodiversity and resilience against environmental stressors. The third goal was to assess the effect of the application of two organic amendments, manure compost and biochar, on soil bacterial and fungal composition at metal(loid) enriched mine tailings. The addition of compost caused stronger effects on most of soil parameters and microbial composition than the biochar, especially at the initial stage of the experiment. However, the higher dependence on labile organic carbon for some bacterial groups at the treatments containing compost determined their decay along time (Flavobacteriales and Sphingobacteriales) and the appearance of other taxa more dependent on recalcitrant organic matter (Xanthomonadales and Myxococcales). Biochar favoured bacterial decomposers (Actinomycetales) specialized in high lignin substrates and other recalcitrant carbon compounds. Unlike bacteria, only a few fungal orders increased their relative abundances in the treatments containing compost (Sordariales and Microascales), while the rest showed a decrease or remained unchanged. The mix biocharcompost may result the best option to support a more diverse microbial population in terms of soil functionality that is able to decompose both labile and recalcitrant carbon compounds. This may favour the resilience of the system against environmental stressors. Finally, the fourth goal was to evaluate the effects of the presence of plants or plant litter on the microbial composition in the previously amended tailings (with biochar and/or manure compost). This would allow to determine the feasibility of amendments for the long-term phytomanagement, as well as the ability or inability of the microbial community resulted from the amended tailings to support biogeochemical cycles without additional external inputs of amendments compatible with the rhizospheric microbiome or litter. For this purpose, a pioneer plant species (Piptatherum miliaceum) of the former Cartagena-La Unión Mining District tailings was selected. Piptatherum miliaceum seeds or its litter were incorporated to previously amended tailings substrates. Our experiment showed that the effect of plant and litter on microbial composition was dependent on the previous presence of amendments, especially compost. At those treatments containing compost, the higher growth of plants was able to shape microbial composition (both, bacterial and fungi), while at the non-amended and biochar-only containing treatments (where a scarce growth of plants occurred), litter showed a more important role, especially in shaping bacterial composition. The higher growth of plants favoured some bacterial groups, whose relative abundances were previously depleted in the compost containing treatments (e.g. Actinomycetales) and other groups related to plant rhizospheres (e.g. Rhizobiales). These results revealed the ability of plants for shaping their own rhizospheric microbiome when the amendments contribute to ameliorate the low fertility of mine tailing soils. The employment of the combinations biocharcompost could result optimal to achieve the establishment of a vegetation cover at tailings, providing at the same time an effective tool to stimulate plant growth (higher plant biomass), a recalcitrant source of organic matter (biochar) and a support for the development of a plant rhizospheric microbiome. Esta tesis doctoral ha podido llevarse a cabo gracias a la financiación recibida por FEDER / Ministerio de Ciencia e Innovación - Agencia Estatal de Investigación (España) –Proyecto: “Sustainability in the phytomanagement of mine tailings: ecophysiological and microbiological aspects” (CGL2017-82264-R). Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad Politécnica de Cartagena Universidad Politécnica de Cartagena Programa de Doctorado en Técnicas Avanzadas en Investigación y Desarrollo Agrario y Alimentario (TAIDA)

The presence of antibiotics in different environmental matrices is a growing concern. The introduction of antibiotics into the soil is mainly due to sewage treatment plants. Once in the soil, antibiotics may become toxic to microbial communities and, as a consequence, can pose a risk to the environment and human health. This study evaluates the potential toxicity of the antibiotic clarithromycin (CLA) in relation to the bacterial community of 12 soils with different characteristics. Bacterial community growth was evaluated in soils spiked in the laboratory with different concentrations of CLA after 1, 8, and 42 incubation days. The results indicated that the addition of clarithromycin to the soil may cause toxicity in the bacterial communities of the soil. In addition, it was observed that toxicity decreases between 1 and 8 incubation days, while the bacterial community recovers completely in most soils after 42 incubation days. The results also show that soil pH and effective cation exchange capacity may influence CLA toxicity. Xunta de Galicia | Ref. ED481A-2020/089 Xunta de Galicia | Ref. ED401A-2020/084 Xunta de Galicia | Ref. ED481A 2021/309 Agencia Estatal de Investigación | Ref. RTI2018-099574-B-C21 Agencia Estatal de Investigación | Ref. RTI2018-099574-B-C22 Ministerio de Economía, Industria y Competitividad | Ref. RYC-2016-20411

Background Wildfires are one of the major environmental concerns in Mediterranean ecosystems. Thus, many studies have addressed wildfire impacts on soil and vegetation in Mediterranean forests, but the linkages between these ecosystem compartments after fire are not well understood. The aim of this work is to analyze soil-vegetation relationships in Mediterranean burned forests as well as the consistency of these relationships among forests with different environmental conditions, at different times after fire, and among vegetation with different functional traits. Results Our results indicate that study site conditions play an important role in mediating soil-vegetation relationships. Likewise, we found that the nature of soil-vegetation relationships may vary over time as fire effects are less dominant in both ecosystem compartments. Despite this, we detected several common soil-vegetation relationships among study sites and times after fire. For instance, our results revealed that available P content and stoichiometry (C:P and N:P) were closely linked to vegetation growth, and particularly to the growth of trees. We found that enzymatic activities and microbial biomass were inversely related to vegetation growth rates, whereas the specific activities of soil enzymes were higher in the areas with more vegetation height and cover. Likewise, our results suggest that resprouters may influence soil properties more than seeders, the growth of seeders being more dependent on soil status. Conclusions We provide pioneer insights into how vegetation is influenced by soil, and vice-versa, in Mediterranean burned areas. Our results reflect variability in soil-vegetation relationships among study sites and time after fire, but consistent patterns between soil properties and vegetation were also detected. Our research is highly relevant to advance in forest science and could be useful to achieve efficient post-fire management.

[SPA] La minería metálica es una de las actividades más perjudiciales para el medio ambiente a nivel mundial, entre otros motivos debido a la alta cantidad de residuos potencialmente peligrosos con elevada concentración de metales y metaloides (elementos potencialmente tóxicos, PTEs) que produce. Además, las excavaciones y movimientos de tierra pueden llevar a la destrucción completa de las áreas afectadas y sus alrededores. Los depósitos de almacenamiento de residuos (grandes pilas al aire libre que almacenan residuos fangosos procedentes de lavaderos de mineral) son especialmente preocupantes, ya que presentan las mayores concentraciones de PTEs y muchas veces se abandonan in situ tras el cese de la actividad minera sin ninguna medida de restauración. Los suelos de los depósitos mineros se forman a partir de los residuos que éstos almacenan. Aparte de presentar niveles extremadamente altos de PTEs, se caracterizan generalmente por una alta salinidad, valores extremos de pH (de ácido a alcalino), baja disponibilidad de materia orgánica y nutrientes, y falta de estructura edáfica que conduce a una escasa capacidad de retención de agua y de aireación. Entre otras cosas, esto dificulta el crecimiento de la vegetación provocando que muchas veces la superficie de los depósitos permanezca desnuda, favoreciendo la propagación de PTEs a las áreas adyacentes. Las condiciones hostiles impuestas por los residuos mineros no sólo obstaculizan la colonización de las plantas sino también la biodiversidad del suelo, lo que a menudo da lugar a escasa actividad biológica en los suelos de los depósitos. Son suelos con baja capacidad para albergar organismos vivos y, por consiguiente, para desarrollar procesos biológicos. Esto provoca que la funcionalidad de los suelos de los depósitos mineros sea muy limitada, así como su capacidad para proporcionar servicios ecosistémicos. Las técnicas convencionales de remediación de depósitos mineros se basan en soluciones de ingeniería tales como operaciones de remoción y/o aislamiento in situ mediante sellado y plantación. Sin embargo, estas opciones son generalmente costosas y/o técnicamente difíciles de implementar y eso dificulta su implantación. Otras opciones, que pueden ser complementarias a las técnicas de ingeniería, son las técnicas de fitomanejo. El fitomanejo comprende un conjunto de alternativas más baratas y respetuosas con el medio ambiente que buscan manejar el sistema suelo-planta mediante el uso de enmiendas de suelo y/o la introducción de especies de plantas tolerantes a las condiciones extremas de estos ambientes, para controlar la dispersión de PTEs. Dentro del fitomanejo, la fitoestabilización tiene como objetivo reducir la movilidad de los PTEs y/o su (bio)disponibilidad a través de la absorción y/o fijación en las raíces, y/o la inmovilización en el suelo por fenómenos como la precipitación, adsorción, oxidación, reducción, para evitar su entrada en la cadena trófica, así como su migración a las aguas subterráneas. Un proceso que puede ayudar a implementar las técnicas de fitoestabilización es la denominada restauración pasiva, que se basa en la capacidad de las plantas nativas para colonizar y crecer espontáneamente en lugares perturbados. Este fenómeno conduce a la formación de parches de vegetación (llamados a veces islas de fertilidad) cuyos suelos suelen mostrar un mayor contenido de C y N orgánicos y una mayor actividad microbiana que las áreas desnudas adyacentes. Esto es particularmente interesante cuando los depósitos mineros están ubicados en mitad de áreas naturales (por ejemplo, zonas boscosas) rodeados de vegetación que puede esparcir propágulos y semillas que alcanzan con facilidad los depósitos abandonados. En este sentido, favorecer el establecimiento de especies nativas en los depósitos ayuda a crear puntos de nucleación en éstos y a desencadenar la expansión de la vegetación en su superficie. Entre otros, este proceso podría verse favorecido por la adición de enmiendas orgánicas al suelo, como biochar y residuos sólidos urbanos (RSU), que inmovilicen los metal(oid)es y mejoren las condiciones de los suelos. El objetivo general de la Tesis Doctoral fue profundizar en el conocimiento de los aspectos físicos, fisicoquímicos, funcionales y ecotoxicológicos en suelos de depósitos abandonados de minería metálica de ambientes semiáridos Mediterráneos y su relación con la colonización vegetal espontánea, y valorar si la adición de enmiendas orgánicas contribuye a mejorar estos ecosistemas al promover la recuperación de la funcionalidad del suelo y desencadenar la colonización espontánea de la vegetación. Para lograr este objetivo general, se plantearon tres objetivos específicos: 1. Evaluar en qué grado pueden modificarse las condiciones del suelo tras la colonización espontánea de la vegetación en depósitos abandonados de minería metálica, y aportar evidencias sobre el interés de esta colonización para el fitomanejo de estos depósitos. 2. Evaluar en qué medida la colonización vegetal espontánea de depósitos abandonados de minería metálica da lugar a una mejora funcional del suelo e identificar, si es posible, un nivel crítico que indique que esta funcionalidad se aproxima a la de los suelos naturales con vegetación de las áreas circundantes. 3. Evaluar la eficacia de una enmienda orgánica compuesta por biochar (procedente de podas de árboles) y compost de RSU para mejorar las condiciones de suelos ácidos sin cubierta vegetal en depósitos de residuos mineros y valorar si los efectos de dicha enmienda persisten estacionalmente durante un año y favorecen la colonización vegetal espontánea. El área de estudio seleccionada fue el antiguo distrito minero de Cartagena-La Unión (≈50 km2; Región de Murcia, SE España), cuya actividad finalizó en 1991. La zona presenta un clima semiárido Mediterráneo (precipitación media anual ≈200-300 mm, temperatura media anual ≈17 °C, y tasa media anual de evapotranspiración ≈850 mm). La vegetación natural está constituida principalmente por arbustos xerófilos mediterráneos y bosques de pino carrasco (Pinus halepensis). Los principales metales extraídos en la zona fueron Fe, Pb y Zn, obtenidos de minerales como carbonatos, sulfuros y sulfatos. En la actualidad, permanecen en la zona 89 depósitos mineros abandonados, la mayoría de ellos sin ningún tipo de intervención de restauración. El estudio se llevó a cabo en dos de estos depósitos, separados por una distancia de ≈2000 m y construidos a mediados de los años 60 para almacenar los residuos de las minas de galena (PbS), y en las áreas forestales circundantes. Ambos depósitos (ubicados a ≈170-200 m sobre el nivel del mar y situados en pequeños valles de orientación NW a SE) fueron abandonados hace ≈40 años y han sido parcialmente colonizados por la vegetación nativa formando parches irregulares que cubren entre ≈20% y ≈50% de las superficies. A finales de abril-inicios mayo de 2017 se seleccionaron seis ambientes diferentes para el estudio, estableciendo cuatro parcelas de muestreo de 2 m x 2 m en cada uno de ellos: A) Dentro de los depósitos mineros. 1. Suelos desnudos (B); 2. Parches con pequeños grupos de árboles de P. halepensis creciendo dispersos de ≈2,5-5 m de alto (P); 3. Parches formados por árboles aislados de P. halepensis creciendo dispersos de >≈4-5 m de alto arbustos y hierbas bajo su copa (P+S); 4. Parches densos que incluyen varios árboles de P. halepensis de >≈4-5 m de altura y arbustos y hierbas bajo su copa (DP+S). B) Fuera de los depósitos mineros. 5. Bosque situado junto a los depósitos mineros con árboles de P. halepensis de >≈5 m de altura y arbustos y hierbas bajo su copa (FN); 6. Bosque situado lejos de los depósitos mineros (≈1600-1800 m) con árboles de P. halepensis de >≈5 m de altura y arbustos y hierbas bajo su copa (FA). Además, en los suelos desnudos dentro de los depósitos se establecieron cuatro parcelas adicionales para un experimento de adición de enmiendas al suelo (AB). Los resultados de la Tesis Doctoral se presentan en tres capítulos: Capítulo 5. Incluye el trabajo planificado para responder al primer objetivo específico, basado en una campaña de trabajo de campo realizada en el verano de 2017. Se evaluaron un conjunto de indicadores del suelo (físicos, fisicoquímicos y biológicos) en condiciones de campo y laboratorio en los ambientes B, P, P+S, DP+S, FN y FA. Los resultados evidencian el interés de la colonización espontánea por parte de la vegetación nativa para el fitomanejo de depósitos de minería metálica, en términos de proporcionar funcionalidad al ecosistema. En los parches de vegetación dentro de los depósitos se encontraron especies de plantas pioneras y nodrizas (favorecedoras de la sucesión vegetal) y los índices ecológicos de vegetación en P+S y DP+S fueron similares a FN y FA. En los suelos de los parches se encontraron evidencias de pedogénesis, como el desarrollo de estructura edáfica y el aumento de la capacidad de intercambio catiónico y el C y N orgánicos, siguiendo un patrón de aumento/mejora B-P-P+S-DP+S. Sin embargo, los contenidos de metal(oid)es del suelo no siguieron el mismo patrón de variación. Por ejemplo (en mg kg-1): P mostró el valor máximo de Cu (≈277) y Zn (≈17860) totales, mientras que P+S de As (≈1250) y Pb (≈14570) totales. B tuvo el máximo de Pb (≈4) y Zn (≈207) solubles en agua, mientras que FA de As (≈0,192) y Cu (≈0,149). El C de la biomasa microbiana del suelo, la actividad enzimática, la respiración de suelo (emisión de CO2), la descomposición de la materia orgánica y la actividad alimentaria de los invertebrados edáficos indicaron una actividad biológica similar o incluso superior en P+S y DP+S que en FN y FA. De hecho, FA mostró alto riesgo de ecotoxicidad del suelo (reproducción reducida del invertebrado Enchytraeus crypticus), atribuible a las altas concentraciones de As soluble en agua. Por lo tanto, de estos resultados se deduce que la vegetación que coloniza espontáneamente los depósitos de residuos mineros puede modificar eficazmente sus suelos, que adquieren la capacidad de proporcionar ciertas funciones del ecosistema. Los resultados de este trabajo fueron publicados en el artículo científico: Álvarez-Rogel, J., Peñalver-Alcalá, A., Jiménez-Cárceles, F.J., Tercero, M.C., González-Alcaraz, M.N. 2021. Evidence supporting the value of spontaneous vegetation for phytomanagement of soil ecosystem functions in abandoned metal(loid) mine tailings. Catena 201, 105191; doi: https://doi.org/10.1016/j.catena.2021.105191. Capítulo 6. Este capítulo incluye el trabajo planificado para responder al segundo objetivo específico, basado en una campaña de trabajo de campo realizada en la primavera de 2018. Se estudiaron los índices ecológicos de la vegetación, las formas de vida de las plantas y los roles funcionales de éstas, junto con parámetros fisicoquímicos y funcionales de los suelos, en los ambientes B, P, P+S, DP+S, FN y FA. Los parches de vegetación solo mostraron pequeñas diferencias en los parámetros fisicoquímicos relacionados con las condiciones de estrés abiótico del suelo (pH, salinidad y metales), independientemente de la vegetación. Sin embargo, parches de vegetación con mayor diversidad y riqueza de especies y presencia de plantas con mayor contraste de formas de vida y rasgos funcionales más diversos que facilitan el crecimiento de especies menos tolerantes al estrés, mostraron un aumento de la funcionalidad microbiana del suelo (mayor C de la biomasa microbiana, actividad β-glucosidasa, actividad metabólica bacteriana y diversidad funcional). Además, estos parches de vegetación mostraron un estado funcional del suelo comparable al de los bosques fuera de los depósitos mineros. Los resultados de este trabajo fueron publicados en el artículo científico: Peñalver-Alcalá, A., Álvarez-Rogel, J., Peixoto, S., Silva, I., Silva, A.R.R., González-Alcaraz, M.N. 2021. The relationships between functional and physicochemical soil parameters in metal(loid) mine tailings from Mediterranean semiarid areas support the value of spontaneous vegetation colonization for phytomanagement. Ecological Engineering 168: 106293; doi: https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2021.106293. Capítulo 7. Este capítulo incluye el trabajo planificado para responder al tercer objetivo específico. En abril de 2017 se aplicó una enmienda orgánica consistente en una mezcla de 3:1 de biochar y RSU compostado (dosis de 3% peso seco) a suelos ácidos (pH ≈5,5) sin vegetación de uno de los depósitos mineros. Las concentraciones de metal(oid)es totales en los suelos enmendados fueron (en mg kg-1): As ≈220, Cd ≈40, Mn ≈1800, Pb ≈5300 y Zn ≈8600. Dos meses después de la adición de la enmienda ya se observaron mejoras en las propiedades químicas y fisicoquímicas de los suelos (reducción de la acidez, salinidad y metales solubles en agua y aumento del contenido de C orgánico y nutrientes), que resultó en una reducción de la ecotoxicidad para el invertebrado edáfico Enchytraeus crypticus. El C orgánico recalcitrante proporcionado por el biochar permaneció en el suelo, mientras que los compuestos orgánicos lábiles proporcionados por el RSU se consumieron con el tiempo. Estas mejoras fueron consistentes durante al menos un año y condujeron a una menor densidad aparente, mayor capacidad de retención de agua y mayores niveles para los parámetros microbianos y relacionados con funcionalidad (C de la biomasa microbiana, actividad microbiana catabólica y emisión de CO2) en el suelo enmendado del depósito. El crecimiento espontáneo de la vegetación nativa se favoreció con la adición de enmiendas, pero fue necesario un periodo de tres años para que las plantas colonizadoras persistieran y alcanzaran tamaño adulto. Los resultados de este trabajo fueron publicados en el artículo científico: Peñalver-Alcalá, A., Álvarez-Rogel, J., Conesa, H.M., González-Alcaraz, M.N. 2021. Biochar and urban solid refuse ameliorate the inhospitality of acidic mine tailings and foster effective spontaneous plant colonization under semiarid climate. Journal of Environmental Management 292: 112824; https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.112824. Las conclusiones generales de la Tesis Doctoral son tres: 1) La colonización vegetal espontánea de depósitos abandonados de minera metálica de zonas semiáridas Mediterráneas induce mejora de las condiciones físicas, fisicoquímicas, funcionales y ecotoxicológicas del suelo, independientemente de los niveles de meta(oid)es totales. 2) La riqueza y diversidad de especies vegetales con formas de vida diferentes y rasgos funcionales distintos parecen ser factores clave para lograr una mejora funcional efectiva del suelo en los parches de vegetación de depósitos mineros espontáneamente colonizados. 3) La combinación de biochar de podas de árboles y RSU compostado es, en general, una enmienda adecuada para mejorar los suelos ácidos de depósitos de residuos mineros, promoviendo su recuperación funcional y desencadenando la colonización espontánea de la vegetación. [ENG] Metal mining is one of the most environmentally detrimental activities worldwide, among others, due to the high load of (hazardous) wastes disposed. Mining can cause extreme impacts on the affected ecosystem(s), which can lead to multi-elemental pollution problems and, in some cases, to the complete destruction of the affected areas and their surroundings. Of particular concern are the so-called mine tailings (open-air piles that store muddy residues), which are, on many occasions, abandoned in situ after the mining activity ceases without any restoration. Mine tailings soils are formed from the mine wastes they store. Apart from extremely high metal(loid) levels, they are generally characterized by high salinity, extreme pH values (from acid to alkaline), low availability of organic matter and nutrients, and lack of physical structure that leads to reduced water retention capacity and aeration. Among others, this tends to cause lack of vegetation and that tailing surfaces remain bare, favoring the spread of potentially toxic elements (PTEs) to adjacent areas. The hostile conditions imposed by tailing wastes not only hinder plant colonization but also soil biodiversity, often leading to low-biologically active tailing soils (soils with low capacity to shelter living organisms and, consequently, to support biological processes). Thereby, the functionality of mine tailings soils is often restricted, as well as their capacity to provide ecosystem services. Conventional mine tailings remediation techniques are based on engineering solutions such as removal operations and/or on-site isolation by sealing and afforestation. However, these options are generally expensive and/or technically difficult to implement. Other options, which can be complementary to engineering ones, are phytomanagement techniques. Phytomanagement comprises a set of cheaper and environmentally friendly alternatives that seek to manipulate the soil-plant system (by using soil amendments and/or tolerant plants) to control the fluxes of pollutants in the environment. Within phytomanagement, phytostabilization aims to reduce pollutants mobility and (bio)availability via root uptake, precipitation or reduction to prevent their entry into the food chain as well as their migration to groundwater. Phytostabilization can take advantage of the so-called passive restoration that relies on the capability of native plants to colonize and grow spontaneously in disturbed places. This phenomenon leads to the formation of vegetated patches (fertility islands) whose soils usually show higher contents of soil organic C and N and higher microbial activity than the adjacent surrounding barren areas. This is particularly interesting when mine tailings are embedded in vegetated areas that can spread propagules and seeds to tailings. In this sense, favoring the natural recruitment of native species might help to create nucleation spots and to trigger vegetation expansion within mine tailings. Among others, this process could be favored by the addition of soil organic amendments, as biochar and urban solid refuse (USR), which immobilize metal(loid)s and improve the conditions of tailing soils. The general objective of the PhD Thesis was to deepen the knowledge of physical, physicochemical, functional and ecotoxicological aspects in soils of abandoned metal(loid) mine tailings from Mediterranean semiarid environments and their relationship with spontaneous plant colonization, and whether the addition of organic amendments contributes to improving these ecosystems by promoting the recovery of soil functionality and triggering the spontaneous colonization of vegetation. To achieve this general objective, three specific objectives were raised: 1. To evaluate in which degree soil conditions can be modified following spontaneous vegetation colonization in abandoned metal(loid) mine tailings, and to provide evidence about the interest of this colonization for the phytomanagement of these structures. 2. To assess to what degree spontaneous plant colonization of abandoned metal(loid) mine tailings led to functional soil improvement and to identify, if possible, a critical level indicating that this functionality was moving towards that of the natural vegetated soils from the surrounding areas. 3. To assess the effectiveness of an organic amendment composed of biochar from pruning trees and compost from USR to ameliorate the conditions of barren metal(loid) acidic mine tailings soils and if these effects persist seasonally over a year, and whether the organic amendment favors spontaneous plant colonization. The selected study area was the former metal mining district of Cartagena‐La Unión (≈50 km2; Murcia Region, SE Spain), which ended its activity in 1991. The area presents a Mediterranean semiarid climate (mean annual precipitation ≈200-300 mm, mean annual temperature ≈17 °C, and mean annual evapotranspiration rate ≈850 mm) and the natural vegetation is mainly constituted by xerophytic shrubs and small formations of pine trees (Pinus halepensis). The principal metals extracted were Fe, Pb and Zn, obtained from minerals such as carbonates, sulfides, and sulfates. At present, 89 mine tailings remain in the area, most of them abandoned without any type of intervention. Specifically, the study was conducted in two mine tailings ≈2000 m apart built by mid-60’s to store wastes from mines exploiting galena ore, and in the surrounding forest areas. Both tailings (similar altitude, ≈170-200 m a.s.l., and embedded in small valleys NW to SE facing) were abandoned ≈40 years ago and have been partially colonized by native vegetation in a patchy structure with covers between ≈20% and ≈50%. One environment devoid of vegetation and five different types of vegetated environments inside and outside of the mine tailings were selected in April-May 2017. The environments studied were (four plots of 2 m x 2 m per environment): A) Four inside the mine tailings. 1. Bare soils (B); 2. Patches with small groups of P. halepensis trees ≈2.5-5 m high growing scattered (P); 3. Patches formed by isolated P. halepensis trees >≈4-5 m high growing scattered with shrubs and herbs under the canopy (P+S); 4. Dense patches including several P. halepensis trees >≈4-5 m high and shrubs and herbs under the canopy (DP+S). B) Two outside the mine tailings. 5. Forest located next to the mine tailings with P. halepensis trees >≈5 m high and shrubs and herbs under the canopy (FN); 6. Forest located away from the mine tailings (≈1600-1800 m) with P. halepensis trees >≈5 m high and shrubs and herbs under the canopy (FA). In addition, in bare soils, four additional plots were established for a soil amendment addition experiment (AB). The following three chapters include the results of the PhD Thesis: Chapter 5. This chapter includes the work planned to respond to the first specific objective, based on the field work campaign carried out in summer 2017. A set of soil indicators (physical, physicochemical and biological) were evaluated under field and laboratory conditions in B, P, P+S, DP+S, FN and FA environments. The results provide evidence about the interest of spontaneous colonization by native vegetation for the phytomanagement of abandoned metal(loid) mine tailings in terms of providing ecosystem functions. Pioneer and nurse plant species (which are facilitation plants that favor succession phenomena) were mainly found inside the tailings, although vegetation ecological indexes in P+S and DP+S were similar to FN and FA. Pedogenesis evidence such as structure development and increase in cation exchange capacity, organic C and N were found in tailing soils from B to DP+S. However, soil metal(loid)s did not follow the same variation pattern. For example (in mg kg-1): P showed the maximum total Cu (≈277) and Zn (≈17,860), while P+S of As (≈1250) and Pb (≈14,570). B had the maximum water soluble Pb (≈4) and Zn (≈207), while FA of As (≈0.192) and Cu (≈0.149). Soil microbial biomass C, enzyme activity, CO2 emission, organic matter decomposition and feeding activity of soil dwelling organisms indicated similar, or even higher, biological activity in P+S and DP+S than in FN and FA. In fact, FA showed the highest soil ecotoxicity risk (reduced reproduction of the soil invertebrate Enchytraeus crypticus). Therefore, mine tailing soils can be effectively modified following spontaneous vegetation colonization, achieving conditions with capacity to provide certain ecosystem functions. The results of this work were published in the following scientific paper: Álvarez-Rogel, J., Peñalver-Alcalá, A., Jiménez-Cárceles, F.J., Tercero, M.C., González-Alcaraz, M.N. 2021. Evidence supporting the value of spontaneous vegetation for phytomanagement of soil ecosystem functions in abandoned metal(loid) mine tailings. Catena 201, 105191; doi: https://doi.org/10.1016/j.catena.2021.105191. Chapter 6. This chapter includes the work planned to respond to the second specific objective, based on the field work campaign carried out in spring 2018. Vegetation ecological indexes, plant life forms and species functional roles, together with physicochemical and functional soils parameters, were studied in B, P, P+S, DP+S, FN and FA environments. Vegetated patches showed only small differences in physicochemical parameters related to soil abiotic stress conditions (pH, salinity and metals), regardless of the vegetation. However, vegetated patches with greater species diversity and richness and presence of plants with contrasted life forms and functional traits that facilitate the growth of less stress-tolerant species showed an increase of soil microbial functionality (higher microbial biomass C, β-glucosidase activity, bacterial metabolic activity, and functional diversity). Moreover, these vegetated patches showed a functional soil status comparable to that of the forests outside the mine tailings. The results of this work were published in the following scientific paper: Peñalver-Alcalá, A., Álvarez-Rogel, J., Peixoto, S., Silva, I., Silva, A.R.R., González-Alcaraz, M.N. 2021. The relationships between functional and physicochemical soil parameters in metal(loid) mine tailings from Mediterranean semiarid areas support the value of spontaneous vegetation colonization for phytomanagement. Ecological Engineering 168: 106293; doi: https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2021.106293. Chapter 7. This chapter includes the work planned to respond to the third specific objective. In April 2017, an organic amendment consisting of a 3:1 mixture of biochar and composted USR was applied (3% d.w. dose) to acidic barren areas of one of the mine tailings (pH ≈5.5). Total metal(loid) concentrations in the amended soils were (in mg kg-1): As ≈220, Cd ≈40, Mn ≈1800, Pb ≈5300, and Zn ≈8600. Two months after amendment addition were enough to observe improvements in chemical and physicochemical tailing soil properties (reduced acidity, salinity and water soluble metals and increased organic C and nutrients content), which resulted in lowered ecotoxicity for the soil invertebrate E. crypticus. Recalcitrant organic C provided by biochar remained in soil whereas labile organic compounds provided by USR were consumed over time. These improvements were consistent for at least one year and led to lower bulk density, higher water retention capacity and higher scores for microbial/functional-related parameters (microbial biomass C, microbial catabolic activity, and CO2 emission) in the amended tailing soil. Spontaneous growth of native vegetation was favored with amendment addition, but adult plants of remarkable size were only found after three years. The results of this work were published in the following scientific paper: Peñalver-Alcalá, A., Álvarez-Rogel, J., Conesa, H.M., González-Alcaraz, M.N. 2021. Biochar and urban solid refuse ameliorate the inhospitality of acidic mine tailings and foster effective spontaneous plant colonization under semiarid climate. Journal of Environmental Management 292: 112824; https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.112824. The general conclusions of the PhD Thesis are three: 1) Spontaneous vegetation colonization of abandoned metal(loid) mine tailings from Mediterranean semiarid areas induces improvement of physical, physicochemical, functional and ecotoxicological soil conditions regardless of total metal(loid) levels. 2) Plant species richness and diversity with contrasting life forms and functional traits seem to be key factors for achieving effective functional soil improvement in spontaneously vegetated mine tailings patches. 3) The combination of biochar from pruning trees and composted URS is, in general, a suitable amendment to improve barren acidic mine tailing soils, by promoting their functional recovery and triggering spontaneous vegetation colonization. Esta Tesis se ha realizado bajo la financiación del siguiente proyecto: “Funcionalidad y resiliencia de suelos frente al cambio climático en ambientes mediterráneos contaminados por residuos mineros: aspectos ecotoxicológicos y uso de biochar para la remediación”, cofinanciado por el Ministerio de Economía y Competitividad (proyecto RESCLICONT - CGL2016-80981-R) – Fondos FEDER. Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad Politécnica de Cartagena Universidad Politécnica de Cartagena Programa de Doctorado en Técnicas Avanzadas en Investigación y Desarrollo Agrario y Alimentario (TAIDA)

This work examines the results of a soil incubation experiment in the laboratory, under controlled conditions of humidity and temperature. The purpose was to determine the medium-term influence of the presence of antibiotics on the total and specific microbial biomass, determined by means of the phospholipid fatty acids (PLFAs) analysis (total microbial biomass, and specific fungal, bacterial, actinobacterial, Gram-negative bacterial and Gram-positive bacterial biomass), as well as the relationship between some of these groups (fungal biomass/bacterial biomass, Gram-negative-bacterial /Gram-positive bacterial). The experiment was performed with four different cultivated soils with a similar pH but different organic matter (OM) content, to which eight doses of three antibiotics of the tetracycline group (tetracycline, oxytetracycline and chlorotetracycline) were added. Microbial biomass measurements (total and specific groups) were performed after 42 days of incubation. As expected, the total and specific microbial biomass values were different in the four soils studied. Both the total and the specific microbial biomass showed a similar response to the presence of antibiotics, although in several cases the data were inconsistent and difficult to interpret. In general, in all soils the addition of chlorotetracycline and tetracycline slightly modified or increased, to a greater or lesser extent, the values of both total and specific microbial biomass, particularly at higher doses. However, in certain cases, biomass values decreased due to the addition of the highest dose of oxytetracycline. With regard to fungal/bacterial and Grambacteria/Gram bacterial biomass ratios, values slightly changed after the addition of the antibiotics. [ES] En este trabajo se examinan los resultados de una experiencia de incubación de suelos en el laboratorio, bajo condiciones controladas de humedad y temperatura, cuya finalidad fue determinar la influencia a medio plazo de la presencia de antibióticos en la biomasa microbiana total y específica, establecida a partir de los ácidos grasos de los fosfolípidos (biomasa microbiana total, biomasa fúngica, bacteriana, de actinobacterias, de bacterias Gramnegativas y de bacterias Gram-positivas) y de la relación entre algunos de estos grupos (hongos/bacterias, bacterias Gram-negativas/bacterias Gram-positivas). La experiencia se realizó con cuatro suelos de cultivo diferentes con un pH similar y con un diferente contenido de materia orgánica, a los que se aplicaron 8 dosis de tres antibióticos del grupo de las tetraciclinas (tetraciclina, oxitetraciclina y clorotetraciclina). Las medidas de biomasa microbiana (total y grupos específicos) se realizaron después de 42 días de incubación. Tal como era de esperar, los valores de la biomasa microbiana total y específica fueron diferentes en los cuatro suelos estudiados. Tanto la biomasa microbiana total como la específica mostraron una respuesta similar frente a la presencia de los antibióticos, aunque en varios casos los datos fueron inconsistentes y difíciles de interpretar. En general, en todos los suelos la adición de la clorotetraciclina y la tetraciclina modificó o incrementó en mayor o menor medida los valores tanto de la biomasa microbiana total e específica, particularmente a las dosis más altas. Sin embargo, en determinados casos, como consecuencia de la adición de la dosis más alta de oxitetraciclina, los valores de biomasa disminuyeron. En lo que respecta a las relaciones biomasa fúngica/bacteriana y biomasa bacterias Gram-positivas/bacterias Gram-negativas, los valores apenas variaron tras la adición de los antibióticos. [PT] Este artigo examina os resultados de uma experiência de incubação do solo em laboratório, sob condições controladas de humidade e temperatura. O objetivo foi determinar a influência, a médio prazo, da presença de antibióticos na biomassa microbiana total e em grupos específicos de microrganismos, a partir da análise de ácidos gordos fosfolipídicos (biomassa microbiana total, biomassa fúngica, biomassa bacteriana e de actinobactérias, e de biomassa de bactérias Gram-negativas e de bactérias Gram-positivas), assim como a relação entre alguns desses grupos (biomassa fúngica/biomassa bacteriana, bactérias Gram-negativas/bactérias Gram-positivas). A experiência foi realizada com quatro solos cultivados diferentes, com pH semelhante e com um conteúdo diferente de matéria orgânica, aos quais foram aplicadas oito doses de três antibióticos do grupo das tetraciclinas (tetraciclina, oxitetraciclina e clorotetraciclina). As determinações de biomassa microbiana (total e grupos específicos) foram realizadas após 42 dias de incubação. Como esperado, os valores da biomassa microbiana total e específica foram diferentes nos quatro solos estudados. Tanto a biomassa total como a específica mostraram uma resposta semelhante à presença de antibióticos, embora em vários casos os dados sejam inconsistentes e difíceis de interpretar. Em geral, em todos os solos, a adição de clorotetraciclina e tetraciclina modificou ou aumentou, em maior ou menor grau, os valores da biomassa microbiana total e específica, particularmente nas doses mais altas. Contudo, em certos casos, como resultado da adição de uma dose mais alta de oxitetraciclina, os valores de biomassa diminuíram. Em relação às razões biomassa fúngica/biomassa bacteriana e biomassa de bactérias Gram-negativas/biomassa de bactérias Gram-positivas, os valores variaram ligeiramente após a adição de antibiótico. Spanish Ministry of Economy and Competitiveness through the projects CGL2015-67333-C2-1-R and -2-R (FEDER Funds)

[SPA] Los humedales naturales y artificiales son sistemas capaces de transformar y/o eliminar compuestos nocivos, depurando las aguas eutrofizadas y/o contaminadas que fluyen a través de los mismos. Su papel como filtros verdes está determinado, fundamentalmente, por los procesos biogeoquímicos asociados a los cambios en las condiciones de oxidación-reducción, tales como la desnitrificación, así como por la fijación de contaminantes a diversos componentes del suelo, su precipitación y co-precipitación con otros compuestos e inmovilización en la biomasa vegetal. La laguna del Mar Menor y sus humedales asociados (por ejemplo, la Marina del Carmolí), se encuentran afectados por vertidos de aguas eutrofizadas de origen agrícola y urbano, con altas concentraciones de N y P. El deterioro de la calidad de las aguas de la laguna se ha acentuado en los últimos años, debido principalmente al aumento del grado de eutrofización, conduciendo a una crisis medioambiental en 2016. El objetivo principal de la Tesis fue estudiar, en condiciones experimentales, los procesos biogeoquímicos, microbiológicos y fisiológicos en el sistema suelo-agua-planta de humedales del entorno del Mar Menor afectados por aguas eutrofizadas, bajo condiciones alternantes de inundación-secado, a fin de determinar en qué medida la presencia de plantas de Phragmites australis, la carga de nutrientes (C orgánico, N y P) y el periodo del año influyen en la capacidad de estos sistemas para depurar aguas eutrofizadas y su relación con la emisión de CO2 y N2O. Los objetivos específicos fueron: 1. Evaluar el papel de la carga de nutrientes del agua de inundación y la presencia de Phragmites australis en la variabilidad estacional de las propiedades físico-químicas y microbiológicas del suelo, así como de las emisiones de CO2, en humedales afectados por aguas eutrofizadas. 2. Evaluar la capacidad de eliminación de N-N2O del suelo, el humedales afectados por aguas eutrofizadas, y determinar si dichos procesos están condicionados por la carga de nutrientes, la presencia de Phragmites australis y el periodo del año. 3. Evaluar la capacidad de retención de P en humedales afectados por aguas eutrofizadas y determinar si dicha retención está condicionada por la carga de nutrientes, la presencia de Phragmites australis y el periodo del año, así como la contribución de las plantas y de diferentes componentes del suelo en la retención de P., [ENG] Wetlands have the capacity to transformand/or remove harmful compounds (e.g. nutrients), improving the quality of eutrophic and/or contaminated waters flowing through them. Their role as green filters mainly depend on the biogeochemical processes related to the changes in the oxidation reduction conditions, such as denitrification, as well as on the fixation of contaminants to various soil components, their precipitation or co –precipitation with other substances and their immobilization in plant biomass. The Mar Menor lagoon (SE Spain), with 135 km2 of surface area, is the largest coastal lagoon of the Mediterranean basin. The lagoon and its associated wetlands (e.g. Marina del Carmolí salt marsh) are affected by eutrophic waters of agricultural and urban origin, with high loads of nitrogen (N) and phosphorus (P). The wáter quality deterioration of the lagoon has increased in the last years, mainly due to its eutrophication, leading to an environmental crisis in 2016. The general objective of the PhD Thesis was to study, under experimental conditions, the biogeochemical, microbiological and physiological processes in the soil –water–plant system of the Mar Menor’s wetlands affected by eutrophic waters, under alternating flooding–drying conditions, in order to assess to what extent the presence of Phragmites australis ,the nutrient load (organic carbon, N and P) and the time of the year influence the capacity of these systems to depurate eutrophic waters and its relation to carbon dioxide (CO2) and nitrous oxide (N2O) emissions., Esta Tesis se ha realizado bajo la financiación del siguiente proyecto: Relaciones entre los ciclos biogeoquímicos y la función de los humedales como filtros verdes: efecto de la eutrofización, la especie vegetal y el periodo del año sobre el secuestro de carbono ”, cofinanciado por el Ministerio de Economía y Competitividad (CGL2010–20214)–Fondos FEDER, Escuela Internacional de Doctorado, Universidad Politécnica de Cartagena, Programa Doctorado en Técnicas Avanzadas en Investigación y Desarrollo Agrario y Alimentario

[SPA] La intensa actividad minera llevada a cabo en el distrito minero de Cartagena-La Unión durante más de dos mil quinientos años ha generado un gran volumen de residuos, muchos de los cuales se acumulan en balsas de estériles. Aunque la mayoría de estas balsas carecen de vegetación, en determinadas zonas proliferan ciertas especies pioneras que están sometidas a una exposición crónica a altas concentraciones de diversos metales pesados y metaloides. Por su carácter pionero y su tolerancia a metales, estas especies presentan un gran potencial en programas de fitomanejo encaminados a evitar la dispersión de contaminantes mediante el establecimiento de una cubierta vegetal estable y autosostenible a largo plazo. La colonización por especies vegetales de las balsas mineras de la Sierra de Cartagena no sólo está condicionada por la presencia de concentraciones fitotóxicas de metales, bajos niveles de nutrientes esenciales y alta salinidad, sino también por las condiciones de sequía y los altos niveles de radiación solar que son característicos de climas semiáridos. El estudio de las plantas pioneras que colonizan estas estructuras ofrece, por lo tanto, la oportunidad de encontrar mecanismos adaptativos a condiciones de estrés múltiple que permitan dar un salto cualitativo en la aplicación de las técnicas de fitomanejo. La presente Tesis Doctoral se centró, por un lado, en el estudio de sistemas antioxidantes, así como de diversos marcadores de estrés oxidativo y de otros parámetros relacionados con el estrés en tres especies de plantas pioneras crecidas de forma espontánea en balsas de estériles; dos de ellas herbáceas (Zygophyllum fabago y Dittrichia viscosa) y una arbórea (Pinus halepensis). Teniendo en cuenta el marco climático semiárido de este distrito minero, los análisis se realizaron tanto en primavera como en verano en dos años consecutivos (2012 y 2013). Por otro lado, considerando que esta zona minera contiene altos niveles de Pb, se estudió en condiciones controladas de laboratorio el efecto de la exposición, tanto aguda como crónica, a este metal en plantas de Z. fabago, con el fin de determinar los mecanismos de tolerancia que esta especie pone en marcha para contrarrestar la toxicidad del Pb., [ENG] The intense mining activity carried out in the mining district of Cartagena-La Unión for more than two thousand five hundred years has generated a large volume of mine tailings. Although most of these mine tailings remain unvegetated, in certain areas some pioneer species proliferate even though they are chronically exposed to high concentrations of various heavy metals and metalloids. Owing to their pioneer characteristic and their heavy metal tolerance, these species have a great potential in phytoremediation programs aimed at avoiding the dispersion of contaminants through the establishment of a stable and self-sustainable plant cover. The colonization by plant species into mine tailings in semi-arid climates is not only conditioned by the presence of phytotoxic concentrations of metals, low levels of essential nutrients and high salinity, but also by drought conditions and the high sunlight irradiance that are characteristic of these climatic areas. The study of the pioneer plants able to colonize these degraded zones offers the opportunity to find adaptive mechanisms under multi-stress scenarios that allow a qualitative leap in the application of phytomanagement techniques. The present PhD Thesis was focused, on the one hand, on the study of antioxidative response mechanisms, as well as on various oxidative stress markers in different pioneer plants species both herbaceous (Zygophyllum fabago and Dittrichia viscosa) and woody (Pinus halepensis) ones. Taking into account the semiarid climate framework of this mining district, the analyses were conducted both in spring and summer in two consecutive years (2012 and 2013). On the other hand, considering that this mining area contains high levels of Pb, the effect of both acute and chronic exposure to this metal in Z. fabago plants was studied under controlled laboratory conditions in order to determine the tolerance mechanisms that this species used to counteract Pb toxicity., _, Escuela Internacional de Doctorado, Universidad Politécnica de Cartagena, Programa de doctorado Técnicas Avanzadas en Investigación y Desarrollo Agrario y Alimentario (TAIDA)

[SPA] Los sistemas de cubiertas verdes extensivos se basan fundamentalmente en el diseño de sustratos ligeros y de poco espesor los cuales promueven la conservación de especies vegetales en zonas urbanas. Estos techos verdes son diseñados con el fin de imitar paisajes naturales en zonas carentes de vegetación, como son las azoteas de los edificios, mediante el uso de subproductos y materiales reciclados como parte de sustratos para el crecimiento vegetal. La selección y optimización de cada componente de las cubiertas verdes es el aspecto más importante a tener en cuenta a la hora de diseñar una cubierta verde. En este sentido, el objetivo de esta Tesis es el diseño de sustratos artificiales capaces de albergar y promover la actividad de la comunidad microbiana presente en cada tipo de mezcla así como el crecimiento de varias especies vegetales de la zona Mediterránea, bajo condiciones de clima semi-árido. Además, se estimó la capacidad de fijación de C y N llevada a cabo por diversos prototipos de cubiertas verdes o Green roofs, con el fin de recomendar la mejor combinación sustrato-planta en cuanto a producción vegetal y capacidad de secuestro de contaminantes se refiere. Para llevar a cabo este objetivo, se realizaron cuatro ensayos diferentes, dos ensayos en laboratorio y dos en campo. Concretamente, el primer ensayo de laboratorio tuvo por objetivo estudiar el efecto de la composición del sustrato y la dosis de materia orgánica (compost) sobre las propiedades fisicoquímicas y bioquímicas del sustrato, así como su influencia en la comunidad microbiana presente en cada una de las mezclas diseñadas, tanto a nivel estructural como funcional. Se observó que la combinación compost-ladrillo triturado fue capaz de mantener el desarrollo de la comunidad microbiana presente en el mismo y que, por tanto, podría ser una mezcla apropiada para su uso como sustrato de plantas. Por el contrario, la mezcla compost-suelo mostró mejores propiedades bioquímicas que la mezcla compost-ladrillo debido a la elevada actividad enzimática hidrolítica extracelular observada en esta mezcla, probablemente asociada al complejo arcillo-húmico creado en la misma. En el segundo ensayo de laboratorio se utilizaron sustratos similares a los diseñados en el ensayo anterior, en los cuales se estudió la germinación y el crecimiento de varias especies vegetales (Silene vulgaris (Moench) Garcke, Crithmum maritimum L., Silene secundiflora Otth., Lagurus ovatus L., Asteriscus maritimus L., y Lotus creticus L) mediante ensayo en macetas, bajo condiciones controladas de humedad y temperatura. En general, se observó que las mezclas más porosas (compost-arcilla y compost-ladrillo triturado) fueron más apropiadas para el crecimiento de las especies estudiadas que la mezcla compost-suelo, promoviendo especialmente su desarrollo radicular. En cuanto a las especies de plantas estudiadas, S. vulgaris mostró un mayor desarrollo radicular en las mezclas más porosas (elevado root:shoot ratio) mientras que L. ovatus se desarrolló mejor en la mezcla C+Soil. Silene secundiflora y C. maritimum también tuvieron un mayor desarrollo en las mezclas más porosas que en la mezcla con suelo, mientras que A. maritimus y L. creticus mostraron una germinación muy baja en los tres sustratos. El primer ensayo de campo fue llevado a cabo con el fin de estudiar la influencia de la composición del sustrato y su profundidad sobre el desarrollo de L. ovatus y S. vulgaris. Además, se evaluó si la presencia de riego adicional es requisito indispensable para el desarrollo vegetal en este tipo de cubiertas. Por otro lado, se estimó el secuestro de C y N llevado a cabo por cada combinación sustrato-planta. Para ello, se probaron dos sustratos diferentes (CSB: compost-suelo-ladrillo triturado, y CB: compost-ladrillo triturado, en proporción volumétrica 1:1:3 y 1:4). Estas mezclas fueron dispuestas en mesas de cultivo o ?demostradores? a dos profundidades diferentes (5 y 10 cm). Los resultados obtenidos señalan que S. vulgaris presenta cualidades óptimas para ser utilizada en este tipo de sustratos artificiales debido a la elevada actividad enzimática extracelular observada en sustratos bajo su influencia, probablemente asociada a los exudados radiculares específicos de esta especie, promoviendo así la dinámica de nutrientes y el secuestro de C y N. Se constató también que la ausencia de riego no permite el desarrollo de estas plantas bajo las condiciones probadas, pero que un riego ajustado a una demanda hídrica ?moderada? (40-50% de la ET0) es suficiente para garantizar el crecimiento de ambas especies. Por último, el segundo ensayo de campo fue realizado con el objetivo de evaluar la influencia de la composición del sustrato sobre el desarrollo de Asteriscus maritimus y Lotus creticus. Los sustratos probados fueron: CsB (compost-arena de sílice-ladrillo triturado; 1:1:8, en volumen), CB (compost-ladrillo triturado; 1:9), CSB (compost-suelo franco-arcilloso-ladrillo triturado, 1:1:8), y CsS (compost-arena de sílice- suelo franco-arcilloso 1:1:8). Todos se dispusieron a la misma profundidad (10 cm) en mesas de cultivo. En esta ocasión, el riego se fijó al 48% de la ET0. El ensayo demostró que la composición inorgánica de los sustratos influye en las propiedades químicas y bioquímicas de cada uno de ellos y, por tanto, en el desarrollo vegetal. Lotus creticus tuvo un mayor desarrollo en la mezcla CsB, mientras que A. maritimus tuvo un mayor crecimiento en las mezclas con suelo. Estos sustratos fueron también los más idóneos en cuanto a fijación de C y N. [ENG] Green roofs are multi-layered, engineered structures with a vegetated upper surface (Razzaghmanesh et al., 2014) and are an important part of the urban green infrastructure for building sustainable cities. Extensive green roof systems are generally substrate-based with very little in the way of a true soil component, offering root zones between 5 and 20 cm deep for vegetation. Extensive green roofs concentrate on maximizing overall biodiversity with the use of lightweight substrates and encouragement of plant species diversity (Gedge and Kadas, 2005; Rumble and Gange, 2013). These roofs are typically designed to mimic open mosaic habitats on brownfield sites found in urban environments (Grant et al., 2003; Gedge, 2000), by using recycled waste materials (Molineux et al., 2009) as growing media. Selecting and optimizing each green roof component are the most important design issues faced Although green roofs have been widely used in Europe for decades and more recently in temperate areas of the United States, green roof design, implementation, and performance parameters are not yet entirely understood in semi-arid and arid climates. In this area low annual precipitation, low average relative humidity, high solar radiation due to elevation, high wind velocities, and predominantly sunny days make it more difficult to grow plants on a roof than in other climates. Because of this, specific design strategies, plant selection, growing media, and supplemental irrigation requirements are key considerations for green roof projects to continue to evolve for the climate in the semi-arid Mediterranean area (Tolderlund, 2010). Therefore, the general objective of this Thesis was the design of new artificial substrates capable of sustaining and promoting the activity of the microbial community inhabiting the resulting mixtures, thus maintaining their fertility, as well as the growth of several Mediterranean endemic plant species under semi-arid Mediterranean conditions. A further aim was to estimate the C and N sequestration potential of the different designed green roofs in order to recommend the best substrate-plant combination in this regard. To achieve this main goal, four different experiments were conducted in relation to the specific objectives of this Thesis, which were: 1) to design and characterize different organic-inorganic mixtures as green roofs substrates; 2) to study the germination and growth capacity of several Mediterranean endemic species under controlled conditions; 3) to determine the response of the tested plant species in different substrate combinations under realistic semi-arid conditions; 4) To research the evolution of biochemical activities in the substrates studied under different plant covers; and 5) to propose the best plantsubstrate combination in terms of plant production and nutrient sequestration. Programa de doctorado en Técnicas Avanzadas en Investigación y Desarrollo Agrario y Alimentario

[ESP] 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 Cartagena

Las escorrentías superficiales provocadas por eventos de precipitación contribuyen al proceso de contaminación difusa de cursos de agua adyacentes a establecimientos agropecuarios a través de la exportación de nutrientes desde los suelos. Un conocimiento acabado de este proceso permitirá desarrollar medidas tendientes a disminuir el impacto ambiental provocado. El presente trabajo se desarrolló sobre suelos pertenecientes a distintos órdenes taxonómicos ubicados a lo largo de una transecta transversal al curso de un arroyo tributario del río Matanza-Riachuelo (Provincia de Buenos Aires, Argentina). Los sitios muestreados se encontraban ubicados en distintas posiciones en el paisaje, a saber: Brandsen 6 (Loma), San Vicente 7 (Media Loma), Complejo Arroyo Morales (Plano aluvial) y Brandsen 13 (Media Loma). Se utilizó un micro simulador de lluvia del tipo formador de gota (Irurtia y Mon, 1994) para evaluar la emisión de sedimentos, nutrientes y metales en la fase particulada y disuelta de la escorrentía. Los ensayos fueron realizados en condiciones de laboratorio, confeccionando parcelas metálicas de escorrentía con muestras disturbadas de los horizontes superficiales de los suelos. Asimismo, se realizaron simulaciones a campo en los sitios de Media Loma (Sv7) y CoAoMo (Plano aluvial), para corroborar los resultados obtenidos en laboratorio. Los efluentes producidos durante las simulaciones fueron separadas por decantación y filtración en sus fases disueltas y particuladas. Los suelos, sedimentos producto de la escorrentía y los suelos luego de la simulación se analizaron para determinar sus contenidos de pH, Conductividad Eléctrica, Fósforo Bray, Materia Orgánica, Nitrógeno Kjeldahl, cationes intercambiables (Ca, Mg, Na y K), Concentración de Metales Totales (Cu, Zn, Pb, Cr y Ni). Asimismo, se realizó un Fraccionamiento secuencial de los citados metales siguiendo el procedimiento del BCR (Ure et al., 1993). En la fase disuelta se determinó el pH, CE, cationes, N Kjeldahl, Fósforo Total Disuelto y COD (Carbono Orgánico Disuelto). Paralelamente en la fase disuelta se determinó el contenido de metales disueltos (Cu, Zn, Pb, Cr y Ni). Las simulaciones de lluvia produjeron un efecto de erosión selectiva, donde las arcillas y los limos fueron transportados en mayor proporción. Las cantidades de sedimentos exportados desde el Complejo Alcalino (CoAoMo) fueron significativamente menores (psuperficiales está representado por la concentración de los mismos asociados al material particulado producto de la escorrentía superficial. Los metales son transportados en las escorrentías mayoritariamente en forma particulada, y a su vez son emitidos, durante los procesos de erosión hídrica en proporción a su concentración en el suelo. En los cuatro suelos estudiados, los sedimentos transportados por las escorrentías se enriquecieron en Cu, Zn, y Pb. El Cr, sin embargo no siguió la misma tendencia posiblemente a que este metal en estos suelos es de origen mayoritariamente litogénico. Se encontró una correlación lineal positiva entre el % COD y el % de Metal disuelto para el caso del Cu, Zn y Pb, indicando una asociación de estos metales con la materia orgánica disuelta. Sin embargo, no se observó una correlación significativa en el caso del Cr y el Ni. En todos los suelos analizados los metales se encuentran mayoritariamente en la fracción residual. Los suelos bajo estudio están contaminados con Pb. El Cu, Zn, Pb y Cr en los sedimentos exportados aumentaron su concentración en las fracciones más móviles; el Pb, Cu y Cr mayoritariamente en la fracción materia orgánica y el Zn en la fracción óxidos de Fe y Mn. Por otro lado, el Cu y Zn aumentaron su concentración en la Fracción 1, la mas disponible para la biota. El porcentaje de Cu, Pb , Ni y Zn disuelto con respecto a la carga total de este metal es mayor en la escorrentía del CoAoMo, aunque para el Zn es muy baja. En todas las escorrentías analizadas el porcentaje de Cr disuelto es importante, significando una contaminación inmediata al cuerpo de agua. Se detecta un alto grado de complejación de Cu, Pb, Cr y en menor medida para el Ni con la materia orgánica disuelta, es importante considerar la especiación del metal disuelto ya que el metal complejado disminuye su toxicidad para la biota acuática. Para el caso del Zn el porcentaje de complejación es bajo. De los metales bajo estudio, el Pb es que presenta mayor concentración en la fase líquida de las escorrentías analizadas, y dada la alta afinidad de este metal por la materia orgánica se favorecerán la formación de complejos orgánicos solubles de Pb Por otra parte, la mayor concentración de Pb disuelto implica mayor posibilidad de afectar el cuerpo de agua del arroyo Morales. La escorrentía que más efecto negativo producirá sobre las aguas del arroyo, en lo que respecta a los metales analizados, será la proveniente del CoAoMo. En las simulaciones a campo, la presencia de sedimentos en el agua de escorrentía tanto en las simulaciones realizadas en la posición de plano aluvial (CoAoMo) y en la posición media loma (Sv7) se encontrarían asociados a la falta de cobertura y/o sustento radicular, la falta de cohesión del suelo superficial, el cual potenciaría al escurrimiento. Con respecto al Ajuste de los Datos al modelo Número de Curva, tanto en el caso de Sv7, como en el de CoAoMo los valores calculados estarían indicando que el modelo es bastante ajustado a los datos reales en este punto. Con respecto al contenido de metales (Cu, Zn y Pb) los sedimentos exportados presentaron un enriquecimiento en relación con la concentración total en los suelos. Las tendencias seguidas por las concentraciones totales y disueltas de los metales en las aguas de escorrentía serían análogas con respecto a lo encontrado en las simulaciones realizadas en laboratorio. Se pudo determinar una tendencia similar en el Cu, Zn, Pb y el Ni en lo referente a su asociación con el COD y su proporción con la emisión de Carbono orgánico Total emitido. 1. Las simulaciones de lluvia realizadas en laboratorio produjeron un efecto de erosión selectiva, donde las arcillas y los limos fueron transportados en mayor proporción, y como consecuencia los sedimentos presentaron un enriquecimiento en materiales finos. El menor tamaño de estas fracciones favorecería su transporte debido a su mayor capacidad de sustentación en el agua de escorrentía. 2. Las concentraciones de sedimentos exportados desde el Complejo Alcalino (CoAoMo) fueron significativamente menores que las de los demás suelos analizados. La elevada concentración de sodio presente en el CoAoMo actuaría incrementando la cohesión del mismo y formando un sello superficial que disminuiría el desprendimiento de sedimentos durante los procesos erosivos. 3. Las concentraciones de materia orgánica, nitrógeno Kjeldahl y fósforo extractable fueron significativamente mayores en los sedimentos que en los suelos que les dieron origen, ya que se produciría un enriquecimiento en nutrientes de los sedimentos, consecuencia del efecto de erosión selectiva. 4. Las exportaciones totales de todos los nutrientes bajo estudio (disuelto + particulado) mostraron una regresión lineal y positiva con las concentraciones de sedimentos transportados durante las simulaciones de lluvia. Los resultados obtenidos permitirían afirmar que el mayor aporte de nutrientes hacia los cursos de agua superficiales está representado por la concentración de los mismos asociados al material particulado producto de la escorrentía superficial, y no como iones disueltos en las aguas de escorrentía. 5. Los resultados obtenidos en el CoAoMo muestran que la calidad de los cursos de agua superficiales ubicados en zonas con actividades agropecuarias podrían modificar las características de los suelos adyacentes a los mismos. Las concentraciones proporcionalmente mayores de fósforo extractable halladas en el suelo original del Complejo serían también producto de contaminación exógena. 6. Los metales son transportados en las escorrentías mayoritariamente en forma particulada durante los procesos de erosión hídrica, y en una concentración proporcional a la concentración en el suelo original. 7. En los cuatro suelos estudiados, los sedimentos transportados por las escorrentías se enriquecieron en Cu, Zn, y Pb. El Cr particulado no siguió la misma tendencia debido a que este metal en estos suelos sería de origen mayoritariamente litogénico. 8. Los coeficientes de enriquecimiento en Cr y Ni de los sedimentos resultaron menores a la unidad, excepto para el Ni en CoAoMo (Plano aluvial), posiblemente a que en este suelo la elevada concentración de Na haría que la fracción en que se encuentra este metal se disperse y pueda pasar a la fracción particulada, sumado al efecto producido por la presencia de Ca disuelto en elevadas concentraciones que produciría una libración del Ni para que se una a los sedimentos producto de la escorrentía. 9. Las concentraciones de Cu, Pb y Cr total disuelto medidos en las aguas de escorrentía fueron en todos los casos superiores a los valores establecidos por organismos nacionales e internacionales para la protección de la vida acuática. En el caso del Ni Total disuelto el nivel guía fue superado sólo en la fase líquida del suelo correspondiente a la serie CoAoMo. 10. Se encontró una correlación lineal positiva entre el % COD y el % de Metal disuelto para el caso del Cu, Zn y Pb, indicando una asociación de estos metales con la materia orgánica disuelta. Sin embargo, no se observó una correlación significativa en el caso del Cr y el Ni. 11. En todos los suelos analizados los metales se encuentran mayoritariamente en la fracción residual. Los suelos bajo estudio están contaminados con Pb. 12. El Cu, Zn, Pb y Cr en los sedimentos exportados aumentaron su concentración en las fracciones más móviles, Pb, Cu y Cr mayoritariamente en la fracción materia orgánica y el Zn en la fracción óxidos de Fe y Mn, por otro lado Cu y Zn aumentaron su concentración en la Fracción 1, la mas disponible para la biota. 13. El porcentaje de Cu, Pb, Ni y Zn disuelto con respecto a la carga total de este metal es mayor en la escorrentía del CoAoMo, aunque para el Zn es muy baja. En todas las escorrentías analizadas el porcentaje de Cr disuelto es importante, significando una contaminación inmediata al cuerpo de agua 14. Se detecta un alto grado de complejación del Cu, Pb, Cr y en menor medida para el Ni con la materia orgánica disuelta, es importante considerar la especiación del metal disuelto ya que el metal complejado disminuye su toxicidad para la biota acuática. Para el caso del Zn el porcentaje de complejación es bajo 15. De los metales bajo estudio, el Pb es que presenta mayor concentración en la fase líquida de las escorrentías analizadas, y dada la alta afinidad de este metal por la materia orgánica se favorecerán la formación de complejos orgánicos solubles de Pb. 16. La escorrentía que más efecto negativo producirá sobre las aguas del arroyo, en lo que respecta a los metales analizados, será la proveniente del CoAoMo. 17. En las simulaciones a campo, la presencia de sedimentos en el agua de escorrentía tanto en las simulaciones realizadas en la posición de plano aluvial (CoAoMo) y en la posición media loma (Sv7) se encontrarían asociados a la falta de cobertura y/o sustento radicular, la falta de cohesión del suelo superficial, el cual potenciaría al escurrimiento. 18. Con respecto al Ajuste de los Datos al modelo Número de Curva, tanto en el caso de Sv7, como en el de CoAoMo los valores de S calculado fueron similares a la capacidad de retención máxima de agua por parte del suelo medida en la simulación lo cual estaría indicando que el modelo es bastante ajustado a los datos reales en este punto. 19. En CoAoMo la proporción de la lámina de escorrentía supera a la de infiltración, y a su vez comenzaría a escurrir más rápidamente que el ubicado en la posición de media loma (SV7). 20. Con respecto al contenido de Cu, Zn y Pb, estos presentaron un incremento en la concentración total del metal en los sedimentos producto de la escorrentía en relación con la concentración total en los suelos. En el caso del Cr, la tendencia observada en los tres metales anteriormente citados parecería invertirse, y en el caso del Ni no se determinaron diferencia significativas entre los suelos y los sedimentos en el caso de Sv7, siguiendo una tendencia similar al Cu, Zn y Pb en el caso del suelo de CoAoMo. 21. Con respecto a la proporción del metal Total (Particulado + Disuelto) expresado como mg L-1 de escorrentía, se pudo determinar una tendencia similar en el Cu, Zn, Pb y el Ni en lo referente a su asociación con el COD y su proporción con la emisión de Carbono orgánico Total emitido. En el caso del Cr, esta tendencia no pudo ser corroborada. UBACyT. Proyecto Cuenca Matanza-Riachuelo. Dinámica de contaminantes en relación con los usos de la tierra ANPCyT. Programa de modernización tecnológica contrato préstamo BID 1201/OC-AR

[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.

The aim of this work was to study and describe fungal communities regarding their productivity, diversity and species composition in Mediterranean areas covered by Pinus pinaster. The objective was to determine how fungal communities were affected by the different edaphoclimatic conditions that characterized three different habitats. Sporocarps were collected and identified from 100 m2 transects during the autumn seasons from 2006 to 2012. Data analysed were originated from three different sites characterised by a siliceous soil treatment, an inner dune and a calcareous soil type. Total fungal production and richness were much higher in the siliceous and calcareous forests than in the inner dune type. The results were similar when analysing production of mycorrhizal taxa and diversity index for saprotrophic fungi. On the other hand, the fungal taxa composition was mainly correlated with climatic variables such as precipitation and temperature. Moreover nitrogen and potassium soil contents significantly affect the distribution of taxa for both saprophytic and mycorrhizal functional groups. The results showed a broad range of ecological taxa such as Lycoperdum perlatum, Russula torulosa and species within genus Galerina and Mycena. Moreover, other species showed a great specificity according to environmental conditions. Thus, all the species included within Macrolepiota genera were collected in the calcareous soils whereas Laccaria laccata and L. bicolor were exclusively associated with higher precipitations and contents of nitrogenous in the siliceous plots. The results showed a noticeable high fungal production and diversity associated to P. pinaster in extreme Mediterranean conditions which could represent ecological and economical implications to be taken into account by forest managers in order to add value to these forests., En el presente trabajo se estudió y describió la productividad, diversidad y composición de especies en comunidades fúngicas de zonas Mediterráneas dominadas por Pinus pinaster. El objetivo fue determinar cómo las comunidades fúngicas se vieron afectadas por las diferentes condiciones edafoclimáticas que caracterizaron tres diferentes hábitats. Los esporocarpos fueron recolectados e identificados a partir de transectos de 100 m2 durante las estaciones de otoño de 2006 a 2012. Los datos analizados se originaron a partir de tres sitios diferentes caracterizados como tratamientos de 1) suelo silíceo, 2) duna continental y 3) suelo calcáreo. La producción y riqueza totales de hongos fueron mucho más altas en los bosques silíceos y calcáreos que en los de duna interior. Los resultados fueron similares en cuanto al análisis de la producción en hongos micorrícicos y para el índice de diversidad de hongos saprófitos. Por otra parte, la composición de taxones fúngicos se correlacionó principalmente con variables climáticas tales como precipitación y temperatura. Por otra parte el contenido de nitrógeno y potasio del suelo afectaron de manera significativa la distribución de los taxones pertenecientes a los dos grupos funcionales (saprófitos y micorrícicos). Los resultados mostraron un amplio rango ecológico para grupos taxonómicos como Lycoperdum perlatum, Russula torulosa y especies del género Galerina y Mycena. Por otra parte, algunas especies mostraron una gran especificidad de acuerdo a las condiciones ambientales. Por lo tanto, todas las especies incluidas en los géneros Macrolepiota se recogieron en los suelos calcáreos mientras que Laccaria bicolor y L. Laccata se asociaron exclusivamente a parcelas silíceas donde las precipitaciones son mayores y el contenido de nitrógeno es más alto. Los resultados mostraron una notable alta producción y diversidad de hongos asociada a P. pinaster en condiciones mediterráneas extremas, pudiendo representar implicaciones ecológicas y económicas que los gestores forestales deberían tener en cuenta para dar mayor valor a estos bosques., Máster Erasmus Mundus en Gestión Forestal y de Recursos Naturales en el Mediterráneo (MEDFOR)

Tesis doctoral. Universidad de Salamanca. Departamento de Microbiología y Genética. Instituto de Recursos Naturales y Agrobilogía de Salamanca-CSIC. 179 p. Leída: 17-09-2012, [EN]Soil is a pivotal component of the environment and the maintenance of soil quality is critical for ensuring the sustainability of the environment and the biosphere. The use of fertilizers has increased at a faster rate than global food production. Modern agriculture is dependent on phosphorus derived from phosphate rock, which is a non-renewable resource. It is needed to improve P acquisition efficiency for both low input and intensive agroecosystems. However, few studies have focused on cereal-legume interactions with regard to soil P. The objective of this work was to study the effects of grass-legume mixtures and phosphorus fertilization on soil biochemical and microbiological properties. A field experiment including mono-cropping and intercropping of alfalfa and orchard grass at different densities and at two levels of phosphorus fertilization. Soil microbial biomass and the relative abundance of saprophytic fungi and actinobacteria were the microbial parameters most affected by seasonality. The structure of the soil microbial community also changed over years and seasons. Soil basal respiration potential rates, nitrogen mineralization rates, and activities glucosidase and phosphatase were higher in spring and the arylsulphatase activity in summer than in the rest of seasons. The type of plant cover affected both the soil microbial and biochemical parameters. Soil microbial biomass and the relative abundance of mycorrhizal fungi increased with the predominance of orchard grass, while those of saprophytic fungi, actinobacteria and Gram positive and Gram negative bacteria did it with the predominance of alfalfa. In relation to the structure of the soil microbial community, monocrops of orchard grass were very different to the rest of plant cover treatments. Nitrogen mineralization rates were higher in those plant cover treatments with predominance of alfalfa. The soils with high phosphorus fertilization had consistently the lowest levels of arylsulfatase activity., [ES] El suelo es un componente esencial del medio ambiente y mantener su calidad es crítico para asegurar la sostenibilidad. El empleo de fertilizantes viene incrementándose en unas tasas mayores que la producción de alimentos. La agricultura depende del fósforo obtenido del fosfato de roca, que es un recurso no renovable. Por tanto, es necesario mejorar la eficiencia en el uso del fósforo en todos los agroecosistemas. Sin embargo, aún son escasos los estudios sobre la interacción de gramíneas y leguminosas en relación con el fósforo. El objetivo fue estudiar los efectos de la mezcla gramínea-leguminosa y la fertilización fosfórica sobre las propiedades bioquímicas y microbiológicas del suelo. Se estableció un experimento de campo con monocultivos y mezclas de alfalfa y dactilo a diferentes proporciones y bajo dos regimenes de fertilización fosfórica. La biomasa microbiana total, y la abundancia relativa de hongos saprofitos y actinobacterias fueron los parámetros microbiológicos más afectados por la estacionalidad. La estructura de la comunidad microbiana cambió también con los años y estaciones. La respiración del suelo, la mineralización de nitrógeno, y las actividades glucosidasa y fosfatasa fueron más elevadas en primavera, mientras que la actividad arilsulfatasa lo fue en verano. El tipo de cobertura vegetal afectó a ambos tipos de parámetros. La biomasa microbiana total y la abundancia relativa de hongos micorrícicos se incrementó a medida que lo hacía la proporción de dactilo, mientras que la de hongos saprofitos, actinobacterias y bacterias Gram positivas y negativas lo hizo con la de la alfalfa. La estructura de la comunidad microbiana, la de los monocultivos de dactilo fue muy diferente a la del resto de tratamientos. La tasa de mineralización de nitrógeno del suelo fue más elevada en los cultivos con predominio de alfalfa. Los suelos con alta fertilización fosfórica tuvieron consistentemente los menores valores de actividad arilsulfatasa.

362 p. Fire prone ecosystems dominated by Pinus pinaster Ait. and Pinus halepensis Mill. are the forests most affected by fire in the Mediterranean Basin. Consequently, they are priority ecosystems to study the ecological consequences of changes in fire regimes, which are expected in the current context of global change. The objective of this Doctoral Thesis is to analyze the effects of different regimes of fire recurrence and burn severity in fire-prone ecosystems dominated by P. pinaster and P. halepensis. The starting point has been to study the ability of multispectral Landsat scenes to characterize fire recurrence (article I) and burn severity (article II) in pine forests affected by large forest fires. The spatio-temporal patterns of wildfires during the period 1978-2014 were determined by visual analysis of Landsat false-color composites, specifically using Landsat 2, 4, 5, 7 and 8 time series (MSS, TM, ETM + and OLI respectively). Then, fire scars were validated with the official wildfire reports. This method allowed mapping all fires documented in the official wildfire reports, demonstrating that the use of Landsat image time series is an effective tool to characterize fire recurrence. Similarly, to characterize burn severity we calculated different spectral indices (thermal, reflective and mixed metrics) using Landsat imagery. The ability of these metrics to determine the soil burn severity, the vegetation burn severity and the site burn severity (soil plus vegetation) along a climatic gradient was evaluated using linear regression models. We calculated the CBI (Composite Burn Index) in field plots to be used as ground truth in the evaluation of the performance of the spectral indices. Overall, bi-temporal indices based on the near-infrared and short-wave infrared regions of the spectrum (dNBR -differenced Normalized Burn Ratio- type indices) showed a high capacity to quantify the vegetation burn severity and site burn severity, whereas the capacity of Landsat spectral indices to determine the soil burn severity was relatively low. Additionally, we found large differences in indices performance along the climatic gradient, so we proposed a new spectral index, the dNBR-EVI, which shows greater capacity to determine burn severity and better transferability throughout of the different climatic conditions than the previously existing indices. To investigate the effects of burn severity on soil properties, we conducted a study immediately after the fire (1 week) in a P. pinaster forest with siliceous soils (article III) and another study over the medium term after the fire (3 years) in both, P. pinaster and P. halepensis ecosystems, with siliceous and calcareous soils respectively (article IV). Results showed significant effects of burn severity on most soil properties studied immediately after the fire (aggregate size, pH, organic carbon, available phosphorus, microbial biomass carbon, and enzymatic activities β-glucosidase and acid phosphatase), as well as in some ratios between these properties (C:N ratio, microbial quotient and the specific activity of β-glucosidase). Among these properties and quotients, those related to enzymatic activities showed the highest sensitivity to fire, as they start to decrease at low severities. Over the medium term after the fire, we found that some soil properties (available phosphorus, microbial biomass carbon and enzymatic activities) remained affected by burn severity. The microbial biomass carbon, the β-glucosidase activity and the urease activity decreased with burn severity in the two studied ecosystems, and therefore, they could be used as potential indicators to investigate the burn severity legacy over the medium term after the fire in Mediterranean fire-prone pine forests. The effects of fire recurrence and burn severity in the natural regeneration of vegetation were studied through remote sensing methods (article V) and through studies based on field information, focused on both the pine population (article VI) and the woody plant community (article VII). In the study based on remote sensing methods, we used the difference of the NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) calculated with Landsat to estimate the vegetation greenness recovery after the fire. Results indicated that, following the fire (2 and 5 years), areas affected by high severity showed a low greenness recovery. On the contrary, the areas with high fire recurrence showed higher greenness recovery than low recurrence areas, because of the dominance of shrub species in high recurrence scenarios, which require less time than trees to reach the pre-fire situation. The field study revealed that in low recurrence and low severity areas the density and coverage of P. pinaster and P. halepensis seedlings was relatively high and enough to ensure the recovery of the tree canopy. As opposed, in the areas affected by high recurrence (3 fires in 34 years), as well as moderate recurrence with high severity (2 fires in 34 years), the natural regeneration of pines was endangered due to the lack of a viable seed bank. At the community level, we found that shifts in fire recurrence and burn severity modified the woody species diversity, as well as the species relative cover depending on their functional traits. The effects were particularly significant in the regions with summer drought such as Mediterranean areas. In general, our results indicated that woody vegetation with (i) non-arboreal life form, (ii) high specific leaf area, (iii) nitrogen fixing capacity, (iv) resprouting ability, (v) low seed mass or (vi) heat-stimulated germination may be more resilient to increases in fire recurrence and severity. The results obtained in this PhD Thesis contribute to the advancement of knowledge in the discipline of fire ecology, and provide the scientific basis for an efficient forest management in fire-prone pine forests of the Mediterranean Basin. Likewise, this work can be considered as a reference to design forest management strategies in the face of future changes in fire regimes.