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[SPA] Los depósitos de minería metálica presentan condiciones desfavorables que dificultan la funcionalidad del suelo y la colonización vegetal. El objetivo de este trabajo fue evaluar si la adicción de enmiendas orgánicas (compost de residuos sólidos urbanos + biochar de restos de podas) mejora la funcionalidad de suelos desnudos de un depósito bajo clima Mediterráneo y si favorece la colonización espontánea de la vegetación. Se evaluaron diversos parámetros estacionalmente durante un año tras la adición de las enmiendas (p.e. pH; salinidad; carbono orgánico soluble; metales solubles; carbono de la biomasa microbiana y descomposición de la materia orgánica) La adición de enmiendas orgánicas mejoro las condiciones del suelo. Esto mejoró la funcionalidad microbiana del suelo, que persistió estacionalmente, y favoreció la colonización espontánea de la vegetación. [ENG] Metallic mine tailings present unfavorable soil conditions that hinder soil functionality and plant colonization. The aim of this study was to asses if the addition of organic amendments (compost of urban solid waste + biochar from pruning trees) improved the functionality of bare tailing soils under Mediterranean climate and favored spontaneous plant colonization. A series of soil parameters were seasonally evaluated after organic amendments addition during one year (e.g., pH, salinity, soluble organic carbon, soluble metals, carbon from microbial biomass and decomposition of organic matter). Organic amendments addition improved soil conditions. This enhanced soil microbial functionality, which persisted seasonally, and favored spontaneous plant colonization. Trabajo financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad de España a través de fondos FEDER (Proyecto RESCLICONT- CGL2016-80981-R).

[SPA] Los ecosistemas terrestres degradados por residuos mineros, cuyas características funcionales y estructurales están deterioradas, pueden presentar condiciones estresantes para los organismos vivos, además de suponer un riesgo de transferencia de compuestos potencialmente tóxicos al medio. El objetivo de este trabajo fue evaluar el desarrollo edáfico, estructural y funcional, del suelo asociado a distintas etapas de colonización vegetal espontánea, relacionados con la regeneración del ecosistema, en ambientes Mediterráneos afectados por residuos mineros. Se evaluaron diversos parámetros estructurales (estructura; pH; salinidad; carbono orgánico total; nitrógeno total; metales) y funcionales (carbono de la biomasa microbiana; la actividad β-glucosidasa; el estudio de grupos funcionales de microorganismos) del suelo de cinco ambientes degradados con diferente grado de colonización vegetal, además de en un bosque control sin contaminación. Se observó que existen diferencias estructurales y funcionales entre ambientes, con propiedades del suelo y respuestas funcionales de los ecosistemas más próximas a las del bosque control en los ambientes con mayor colonización vegetal. [ENG] Terrestrial ecosystems degraded by mine waste with functional and structural characteristics deteriorated, can present stressful conditions to organisms, also to mean a transfer risk of potentially toxic compounds to environment. The aim of this study was to assess the soil development, structural and functional, associated to different spontaneous plant colonization stages related with ecosystem regeneration, in Mediterranean environments affected by mine waste. Structural (structure; pH; salinity; total organic carbon; total nitrogen; metals) and functional (microbial biomass carbon; β-glucosidase activity; functional groups of microorganisms study) soil parameters were evaluated in five degraded environments with different plant colonization stage, as well as, a control forest without pollution. Structural and functional differences between environments were observed, with soil properties and functional response of ecosystems closer to control forest in the environments with higher plant colonization. Trabajo financiado por el Ministerio de Industria, Economía y Competitividad (CGL2016-80981-R) y por fondos FEDER y por Campus Mare Nostrum de Excelencia Internacional a través de su Ayuda para la realización de estancias externas de jóvenes investigadores asociados a redes y nodos CMN durante el curso académico 2018/2019.

[SPA] El grave problema existente en la zona Campo de Cartagena‐Mar Menor debido a la alta carga de nitratos de los efluentes de las desalobradoras y de las aguas de drenaje agrícola ha llevado a buscar soluciones fáciles de implantar que permitan la eliminación de nitratos con un coste reducido. En este trabajo se ha evaluado la viabilidad de utilizar biorreactores, consistentes en depósitos o zanjas rellenos de astillas de madera u otros materiales lignocelulósicos a través de los cuales se hace pasar el agua para que se produzca la desnitrificación. Se han ensayado cuatro tipos de sustratos: cáscara de almendra, troceado de algarroba, hueso de oliva y astillas de cítrico, y se ha determinado que las astillas de cítrico son el más adecuado ya que mostraron el mejor rendimiento en la eliminación de nitrato (76%) siendo, además, el sustrato más económico de los cuatro ensayados. [ENG] The serious problem existing in the Campo de Cartagena-Mar Menor area due to the high nitrate load of desalination and agricultural drainage effluents has led to the search for easy-to-implement solutions that allow removing nitrates at a reduced cost. Among the possible measures, we find the use of bioreactors which consist on lignocellulosic materials of low cost as carbon source so that microorganisms can complete the denitrification in a container, tank or ditch in which the stagnant water is kept for long enough or circulating slowly. Four types of carbon media have been tested: almond shell, chopped carob, olive bone and citrus woodchip, and it has been determined that citrus woodchips are the most suitable because show the best performance in removing nitrate (76%) being, in addition, the most economical carbon media of the four tested. Este proyecto está siendo financiado parcialmente por la Cátedra de Agricultura Sostenible para el Campo de Cartagena, y por la entidad de saneamiento y depuración de aguas residuales de la Región de Murcia (ESAMUR). Carolina Díaz García fue becaria de la Cátedra y actualmente está contratada a cargo de un proyecto Art. 83 suscrito entre la UPCT y ESAMUR.

[SPA] Los suelos afectados por residuos mineros pueden presentar condiciones estresantes para los organismos vivos, además de suponer un riesgo de transferencia de compuestos potencialmente tóxicos al medio. Esto podría verse agravado en un futuro, ya que tales suelos, cuyas características funcionales y estructurales están deterioradas, tendrán menor capacidad de adaptación (resiliencia) frente al cambio climático. El objetivo de la tesis doctoral es conocer aspectos funcionales y estructurales del suelo relacionados con la regeneración del ecosistema, en ambientes Mediterráneos afectados por residuos mineros, y valorar su resiliencia frente a escenarios de cambio climático. Para ello se estudiarán ambientes con distinto grado de colonización vegetal. Además, se pretende evaluar si la adición de enmiendas orgánicas puede contribuir a mejorar la funcionalidad de los suelos y su respuesta frente a dichos escenarios. Los resultados iniciales indican que pueden existir diferencias funcionales y estructurales entre los distintos ambientes seleccionados, relacionadas con diferentes etapas de colonización vegetal. La adición de enmiendas orgánicas a estos suelos puede ser una práctica de manejo adecuada para mejorar sus propiedades. [ENG] Soils affected by mine wastes might show stressful conditions for biota, as well as to pose a risk of transfer of potentially toxic compounds to the environment. This may worsen in the upcoming decades since these soils, whose functional and structural characteristics are deteriorated, will have less adaptation capability (resilience) to climate change. The objective of the thesis is to know functional and structural aspects of the soil related to ecosystem regeneration, in Mediterranean environments affected by mine wastes, and to evaluate its resilience against climate change scenarios. Moreover, the aim is also to evaluate if organic amendments addition might improve soil functionality and its response to changing climate conditions. To achieve this, environments with different degree of vegetal colonization will be studied. The initial results show that functional and structural differences might exist among the different environments selected, in relation with the distinct stage of vegetal colonization. The addition of organic amendments to these soils could be an adequate management practice to improve their properties. Proyecto financiado por el Ministerio de Industria, Economía y Competitividad (CGL2016-80981-R) y por fondos FEDER.

[SPA] El objetivo fue conocer la respuesta de humedales frente a elevadas concentraciones de P, valorando su capacidad de retención. Se ensayó en mesocosmos que se inundaron con aguas de diferente nivel de eutrofización (bajo nivel –BN: 6,1 mg L-1 PO43-; alto nivel –AN: 61 mg L-1 PO43-) durante 1 año. Tratamientos: BN + no planta; AN + no planta; BN+ Phragmites australis; AN + Phragmites. Se midió PO43- en el agua de poro y drenajes y las fracciones de P retenido en el suelo. A las 24 h de haber inundado ya se había producido una reducción del ~90% del PO43- del agua de inundación, independientemente de la carga de nutrientes y la presencia de Phragmites. El suelo actuó como sumidero de P, que quedó retenido sobre todo en los compuestos de Ca/Mg y óxidos metálicos. [ENG] The objective was to determine the response of wetlands against high concentrations of P, assessing their retention capacity. This was tested in mesocosms that were flooded with waters of different eutrophication levels (low level –BN: 6.1 mg L-1 PO43-; high level –AN: 61 mg L-1 PO43-) for 1 year. Treatments: BN + not plant; AN + not plant; BN + Phragmites australis; AN + Phragmites. The concentrations of PO43- were measured in soil solution and drainage samples and the different P fractions retained by the soil were determined. After 24 h of flooding the concentrations of PO43- in the soil solution were decreased ~90% compared to the flooding water, regardless the eutrophication level and the presence of Phragmites. The soil acted as s sink of P that was mainly fixated by the Ca/Mg compounds and the metal oxides. Proyecto financiado por el MINISTERIO DE CIENCIA E INNOVACIÓN (CGL2010–20214.)

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

[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.

[SPA] El Campo de Cartagena (1316 km2) se localiza en la Región de Murcia (sureste de España) y es una de las principales cuencas dedicadas a la agricultura intensiva de regadío en Europa. A pesar deser un territorio de clima semiárido (temperatura media anual 18 ̊C; precipitación media anual ≈300 mm; evapotranspiración media anual 1275 mm), las áreas de regadío intensivo cubren actualmente entre el 30 y el 38 % de la cuenca (≈40 000 -50 000 ha).Constituye uno de los principales proveedores de productos hortícolas y cítricos de los mercados europeos. Durante muchos años, los efluentes de las actividades agrícolas, así como los vertidos de plantas depuradoras de aguas residuales urbanas y filtraciones de redes de alcantarillado, se estuvieron vertiendo a las agua superficiales y subterráneas enriqueciéndolas en nutrientes, principalmente nitratos, pero también fósforo y materia orgánica. Una de las masas de agua más afectadas ha sido el acuífero Cuaternario, cuyas concentraciones de NO3--Nse encuentran entre 22 y 34 mg NO3--N L−1, llegando a 30 –45 mg NO3--N L−1en algunas zonas. Sin embargo, a pesar de tener mala calidad, el agua subterránea, que se extrae por mediode pozos ubicados en las propias fincas y explotaciones agrícolas, constituye uno de los principales suministros hídricos para el regadío. No obstante, para poder utilizarla es necesario desalobrarla. Este proceso, que se realiza habitualmente en desalobradoras instaladas en las explotaciones agrícolas, genera un residuo, la salmuera, altamente salino y con elevadas concentraciones de nitratos, que puede desencadenar procesos de eutrofización si se vierte a las agua superficiales y subsuperficiales. De hecho, grandes volúmenes de estas masas de agua contaminadas por nitrato descargan en el Mar Menor, bien por vía superficial o subsuperficial, aportando así toneladas de nutrientes que han perjudicado gravemente a esta laguna. Todo ello llevó a la Comunidad Europea a declarar la zona Mar Menor-Campo de Cartagena como Zona Vulnerable a la Contaminación por Nitratos bajo la Directiva 91/676/EEC. El Mar Menor es la laguna hipersalina costera más grande de la cuenca mediterránea. Su singularidad y su elevado valor ambiental han sido reconocidos internacionalmente de modo que fue incluida en la Convención de Ramsar como humedal de importancia internacional, está declarada como Zona Especialmente Protegida de Importancia para el Mediterráneo (ZEPIM) y forma parte dela Red Natura 2000 como Lugar de Importancia Comunitaria (LIC) y como Zona de Especial Protección para las Aves (ZEPA) [ENG] The Campo de Cartagena watershed (1316 km2), Murcia Region, located in the southeast of Spain, is one of the main agricultural fertigation areas within Europe. Despite being a dryland territory, agricultural fertigation areas currently cover about 30–38% of the basin (≈ 40000–50000 ha). The areais a major supplier to European markets, particularly of horticulture products and citrus.For many years, effluents from agricultural activities, as well as from municipal wastewater treatment plants and sewage networks, have led to surface and subsurface water bodies being enriched in nutrients, mainly nitrate, but also phosphorus and organic matter. Of particular concern is the high nitrate content in the Quaternary aquifer (22 to 34 mg NO3--NL−1, reaching 30–45 mg NO3--N L−1in some sectors). To support the intensive fertigation agriculture,one of the main water resourcesconsists ofgroundwater withdrawal and desalinization. However, this activity implies significant environmental impacts since the brine (wastewater resulting from desalination)contains a high concentration of nitrate.Most of the nutrients present in the water bodies have reached the Mar Menor lagoon through surface and subsurface discharges. The MarMenor is the largest coastal hypersaline lagoon in the Mediterranean basin. Itis included in the Ramsar Convention of wetlandsand is a Specially Protected Area of Mediterranean Importance (SPAMI), a Site of Community Importance (SCI) and a Special Protection Area (SPA). Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad Politécnica de Cartagena Universidad Politécnica de Cartagena Programa Doctorado en Técnicas Avanzadas en Investigación y Desarrollo Agrario y Alimentario

[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)

[SPA] El Mar Menor, localizado en el sureste de España, es una de las lagunas costeras más grandes de Europa y del Mediterráneo. A pesar de las diversas figuras de protección medioambiental que obstenta, esta laguna y sus humedales asociados se encuentran afectados por diversas actividades antrópicas, entre las que destacan la presencia de residuos mineros procedentes de la antigua zona minera de Cartagena-La Unión, transportados y depositados durante los periodos de lluvias torrenciales a través de las ramblas que drenan ese área. Como caso de estudio, el presente trabajo se centra en dos saladares, la Marina del Carmolí y Lo Poyo, y en la línea de costa del Mar Menor asociada a ambos parajes. [ENG] The present work focuses on two salt marshes, the Marina del Carmolí and Lo Poyo, and along the shoreline of the Mar Menor associated to both wetlands. Due to the activities that population develops in the area, which include harvesting of plants for feeding and adornment, sheepherding, capture of molluscs for eating, several recreational activities, and bathing, there may be some risks of toxicity and transfer of heavy metals and arsenic to the food chain. Thus, it was proposed a project with the following aims: (1) To carry out a first approximation to the risks of toxicity associated with the presence of heavy metals and arsenic in these environments, including their transfer to the food chain. (2) To study the biogeochemical processes associated with mobilization-immobilization of those toxic elements in the studied wetlands, under different flooding regimes either with or without rhizosphere. (3) To establish recommendations for use to preserve these ecosystems and reduce the risks associated with the presence of those contaminants. To achieve the first aim, the concentrations of heavy metals (cadmium, copper, manganese, lead, and zinc) and arsenic were determined in several rhizospheric and non-rhizospheric soil samples (total contents and the labile fraction extracted with 1 N hydrochloric acid) and in the most representative species of plants of both salt marshes, including those consumed by population and those used for sheepherding. Litter, roots, rhizomes, bulbs, green stems, ligneous stems, and leaves were separately analyzed. With the same objective, it was determined the accumulation of the same toxic elements in the sediments of the lagoon in sites adjacent to both salt marshes and in two species of marine molluscs collected that live in them and which are consumed by population: the carnivorous gastropod Hexaplex trunculus (commonly called 'seashell' or 'horn'), and a filter bivalve, the clam Tapes decussatus. Besides, it was determined the speciation of arsenic in H. trunculus because the different forms of this metalloid have very different toxicities. To achieve the second aim, it was performed a greenhouse experiment to study the influence of pH, flooding and rhizosphere on the mobilization of cited elements plus iron. For that, different pots were filled with mining wastes collected from two polluted areas: one acidic (from Lo Poyo salt marsh) and one basic (from the Marina del Carmolí salt marsh). For each mining waste, small specimens of Sarcocornia fruticosa and Phragmites australis were planted in the pots. Also, it was prepared pots without plant. Two different flooding regime were applied: (1) pots flooded three months and afterwards drying, and (2) pots flooded one month and another drying, alternately for six months. The water used to irrigate the pots was a mixture of water collected from two of the main surface watercourses of the zone. The Eh and pH were measured weekly with appropriate electrodes. Also the solution was extracted weekly from the pots using Rhizon type samplers. After acidifying the solution with two drops of concentrated sulphuric acid, dissolved organic carbon and dissolved As, Cd, Cu, Mn, Pb, Zn and Fe were measured. To achieve the third aim, the results and conclusions of the two previous points were integrated and combined. The results of field analyses indicated that the soils of the Marina del Carmolí and Lo Poyo salt marshes are strongly polluted by As, Cd, Mn, Pb, and Zn, but not for copper. Besides, the contents extracted with 1 N hydrochloric acid (a labile fraction) were high, which indicate that there is a risk of mobilization of those elements. Therefore, according to field and greenhouse data, it can be proposed some recommendations in order to minimize the risks due to metallic pollution. A possible strategy would be the continuous flooding of the polluted areas, together with the planting of the most appropriate species to perform a phytostabilization program. Based on the capacity to grow in the wettest soils and on their capability to accumulate toxic elements in roots, Arthrocnemum macrostachyum, Sarcocornia fruticosa, Juncus maritimus, Scirpus holoschoenus, and Phragmites australis, would be the most suitable species. The presence of vegetation also would prevent the erosion and the dragging of the mining wastes. Nevertheless, these practices should be accompanied with the addition of some kind of amendment to further immobilize the contaminants, as for example carbonates. After the addition of amendments it is necessary to follow a monitoring program in the areas in restoration in order to check that those actions are effective enough in short and long term. Universidad Politécnica de Cartagena

The Mar Menor lagoon (SE Spain) is one of the largest coastal lagoons of the Mediterranean basin (135 km2 surface). The lagoon and its associated wetlands are affected by eutrophic water of agricultural and urban origin, with high loads of nitrogen and phosphorus, and by metal mine wastes carried by the surface watercourses coming from the former mining area of Sierra de Cartagena-La Unión. The objectives of this work were: 1) To study the biogeochemical processes related to the dynamics of nitrogen and phosphorus in the soil-water-plant system of eutrophic wetlands polluted by metal mine wastes, in order to identify their possible role as sinks or sources of both nutrients, and 2) To assay the effect of liming, presence of plants, and hydric/flooding conditions on metals mobility in the soil-water-plant system of eutrophic wetlands polluted by metal mine wastes, in order to identify the advantages and drawbacks of these conventional remediation treatments. To achieve these objectives, three experimental studies were performed under greenhouse conditions. In the experiments, soils polluted by metal mine wastes from the Marina del Carmolí and the Lo Poyo salt marshes, and plant species typical of these environments (Sarcocornia fruticosa and Phragmites australis) were used. In addition, eutrophic water from local surface watercourses and eutrophic water synthetically prepared were employed. In the first experiment, loam soils from the Marina del Carmolí (pH~7.8) and sandy-loam soils from the Lo Poyo salt marsh (pH~6.2) were used. Three pot treatments were assayed: S. fruticosa, P. australis, and bare soil. The pots were flooded for 15 weeks with eutrophic water, and pH, Eh, and the concentrations of NO3-, PO43-, and water-soluble organic carbon in the soil solution were regularly monitored. Before and after the flooding period, a soil P-fractionation was performed. -In relation to N dynamics, the NO3- concentrations in the soil solution decreased between 70 and 90% by the second day of flooding, except in the unvegetated pots with the soil of pH~6.2. Denitrification was the main mechanism associated to the removal of NO3-. The role of vegetation in improving the rhizospheric environment was relevant in the soil of pH~6.2 because higher sand content, lower pH, and higher soluble metal concentrations might strongly hinder microbial activity. -In relation to P dynamics, the PO43- concentrations in the soil solution decreased between 80 and 90% after three hours of flooding, with and without vegetation. The Fe/Mn/Al oxides and the Ca/Mg compounds played an important role in soil P retention. In the pots with S. fruticosa, the reductive conditions induced P release from metal oxides and P retention to Ca/Mg compounds. In turn, P. australis may have favoured the release of P from carbonates, which was transferred to Fe/Mn/Al compounds. In the second experiment, soils with fine texture from the Marina del Carmolí (in this case of pH~6.4) and sandy soils from the Lo Poyo salt marsh (in this case of pH~3.1) were used. Each type of polluted soil was mixed with a lime amendment (dose of 20 g kg-1), assaying two treatments: non-limed and limed soil. Cuttings of S. fruticosa were planted in pots prepared with the soil treatments. The pots were irrigated for 10 months with eutrophic water and soluble metal concentrations (Al, Cd, Mn, Pb, and Zn) and plant survival, plant biomass, and plant metal content were determined. The lime amendment decreased the concentrations of soluble metals and favoured the growth of S. fruticosa, enhancing the capacity of the plant to phytostabilise metals in roots. In the third experiment, soils with fine texture from the Marina del Carmolí (in this case of pH~6.4) and sandy soils from the Lo Poyo salt marsh (in this case of pH~3.1) were used. Each type of polluted soil was mixed with a lime amendment (dose of 20 g kg-1). Simulated soil profiles (60 cm depth) were constructed and four treatments were assayed: without liming + without plant, without liming + with plant, with liming + without plant, and with liming + with plant. The plant species employed was S. fruticosa. Three horizons were differentiated in the soil profiles: A (never under water), C1 (alternating flooding-drying conditions), and C2 (always under water). The pH, Eh, and soluble metal concentrations (Cd, Cu, Fe, Mn, Pb, and Zn) were measured regularly at each depth for 18 weeks. At the end of the experiment a soil metal-fractionation was applied. The lime amendment favoured the growth of S. fruticosa, an increase in pH, and a drop in Eh. -In relation to Fe dynamics, liming decreased Fe solubility, mainly in the soil of pH~3.1, but also facilitated a drop in Eh, favouring the dissolution of amorphous Fe oxides and hence increasing the concentration of soluble Fe. The plant rhizosphere contributed to the decrease of Eh and actively re-distributed the dissolved Fe along the soil profiles. -In relation to Cd, Cu, Mn, Pb, and Zn dynamics in the soil of pH~6.4, the lime amendment was effective for immobilising Mn, Zn, and Cd, but not Cu and Pb. The growth of S. fruticosa counteracted the effect of liming, strongly increasing the concentrations of soluble metals and distributing them through the soil profiles. -In relation to Cd, Cu, Mn, Pb, and Zn dynamics in the soil of pH~3.1, liming was effective for immobilising Zn, Cu, and Pb, but not Mn and Cd. The amendment increased the contents of Zn, Mn, and Cd bound to potentially-mobilisable soil fractions at the expense of the most-environmentally-inert fractions. In conclusion, the choice of the most appropriate phytomanagement techniques for recovering eutrophic wetlands polluted by metal mine wastes depends on the particular characteristics of the soil-water-plant system, the hydric/flooding regime, and the type of pollutant (nitrogen, phosphorus, and metals)., Universidad Politécnica de Cartagena

[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

Para la regeneración de la cubierta vegetal en ambientes degradados como balsas/pantanos de estériles mineros se hace necesario realizar estudios previos acerca de la toxicidad de estos residuos mineros en semillas, plántulas y plantas jóvenes/adultas, así como del efecto que pueden tener posibles enmiendas utilizadas para mejorar las condiciones edáficas. Con este proyecto fin de grado se pretende conocer el comportamiento de las semillas y plántulas de dos especies halófitas en áreas salinas afectadas por residuos mineros y evaluar en qué medida la adición de biochar a esos residuos puede mejorar la respuesta germinativa de dichas especies y el crecimiento de sus plántulas. Escuela Técnica superior de Ingeniería Agronómica Universidad Politécnica de Cartagena