Organic materials and their humic substances as sources of free and immobilized enzymes for soils and plants

Abstract

[SPA] El principal desafío de los países mediterráneos es restaurar la fertilidad y productividad de sus suelos agrícolas degradados ubicados en zonas áridas y semiáridas, mediante la adición de materia orgánica exógena (enmienda orgánica), consiguiendo así frenar los procesos de degradación y desertificación, e incentivado la introducción de C exógeno en el suelo que será capaz de aumentar la calidad biológica, bioquímica y microbiológica del mencionado suelo. Con la materia orgánica exógena añadida al suelo, basada en muchas ocasiones en residuos orgánicos que sean de calidad, se incluyen sustratos que pueden incentivar la síntesis de algunas enzimas, y por esta razón, los ciclos de elementos como C, N, P o S, consiguiendo así aumentar la fertilidad del suelo y su productividad. El uso de residuos orgánicos (posiblemente tratados) procedentes de origen animal, vegetal o incluso urbano (lodos de depuradora) representa un "valor añadido" para los suelos donde se adicionan, tanto desde el punto de vista económico como ecológico. El objetivo de la presente Tesis Doctoral es el estudio de residuos orgánicos sin estabilizar o estabilizados mediante compostaje, y su valorización desde diferentes puntos de vista: i) como fuente de enzima total de interés en los ciclos de elementos; ii) como fuente de enzimas inmovilizadas en las sustancias húmicas, quedando por tanto dichas enzimas estabilizadas y resistentes a la desnaturalización térmica, iii) conocer el efecto de las diferentes enmiendas orgánicas estudiadas (basadas en residuos orgánicos de diferente origen: urbano, animal o vegetal), sobre la calidad bioquímica, biológica y microbiológica de los suelos degradados donde se adicionan; iv) determinar los cambios de tipo químico estructural de las sustancias húmicas (ácidos húmicos y ácidos fúlvicos) obtenidas de los suelos degradados cuando son enmendados con materiales orgánicos, v) por el efecto sobre el crecimiento de las raíces de las plantas de maíz, debido a las sustancias húmicas del suelo modificado, con esto los desechos orgánicos. La presente Tesis Doctoral se compone de 5 experimentos correspondientes a los objetivos mencionados.

[ENG] The objectives of this study are to compare the biochemical responses of soil microorganisms to different organic amendments and doses and the dynamics of humic-enzyme complexes versus total enzyme activity. The experiment was carried out under laboratory conditions using soil microcosms (500 g) amended with two different doses (5 and 10g) of different materials during 360 days: sewage sludge from a wastewater treatment plant (SS), compost from that sludge (CSS), the organic fraction of municipal solid wastes (MSW), and compost from MSW (CMSW). The different carbon fractions, such as the total organic carbon (TOC), water-soluble carbon (WSC), and microbial biomass carbon (MBC), increased compared to the control soil without amendment, as well as dehydrogenase and hydrolytic enzymes (β-glucosidase and urease) activities. The immobilized enzymes in the soil humic extracts exhibited different behaviors compared to total activity, depending on the origin of the organic material which suggest neo-formation of humic-enzyme complexes.