En las regiones áridas del suroeste de Estados Unidos, un mundo invisible se encuentra bajo nuestros pies. Las biocostras, o costras biológicas del suelo, son comunidades de organismos vivos.
por la Universidad Estatal de Arizona
Estos laboriosos microbios incluyen cianobacterias, algas verdes, hongos, líquenes y musgos, que forman una fina capa sobre la superficie de los suelos en ecosistemas áridos y semiáridos.
Las biocortezas juegan un papel crucial en el mantenimiento de la salud del suelo y la sostenibilidad del ecosistema, pero actualmente están bajo ataque. Las actividades humanas, incluida la agricultura, la urbanización y el uso de vehículos todoterreno, pueden provocar la degradación de las biocrustas, lo que tiene consecuencias a largo plazo para estos entornos frágiles. El cambio climático también está ejerciendo presión sobre las biocortezas, que luchan por adaptarse a la luz solar y al calor abrasador en paisajes áridos como el desierto de Sonora.
Ahora, Ferran García-Pichel y sus estudiantes de la Universidad Estatal de Arizona proponen un enfoque innovador para restaurar biocortezas saludables. La idea es utilizar granjas de energía solar nuevas y existentes como viveros para generar biocorteza fresca.
Los hallazgos del grupo aparecen en la edición actual de la revista Nature Sustainability , en una publicación codirigida por la estudiante de posgrado Ana «Meches» Heredia-Velásquez, y la exestudiante de posgrado Dra. Ana Giraldo-Silva, ahora profesora de la Universidad Pública de Navarra en España. Un resumen separado de esta contribución aparece al mismo tiempo en Nature .
Protegidas de forma segura del sol bajo conjuntos de paneles solares, como los bañistas bajo una sombrilla, las biocortezas están protegidas del calor excesivo y pueden florecer y desarrollarse. En última instancia, las biocortezas recién generadas se pueden usar para reponer las tierras áridas donde dichos suelos han sido dañados o destruidos.
℞ para suelo desértico
En un estudio de prueba de concepto, los investigadores de ASU adaptaron una granja solar suburbana en la parte baja del desierto de Sonora como caldo de cultivo experimental para la biocorteza. Durante el estudio de tres años, los paneles fotovoltaicos promovieron la formación de biocorteza, duplicando la biomasa de biocorteza y triplicando la cobertura de biocorteza en comparación con áreas abiertas con características de suelo similares.
Cuando se recogieron las biocortezas, la recuperación natural fue moderada, tardando entre 6 y 8 años en recuperarse por completo sin intervención. Sin embargo, cuando las áreas cosechadas se volvieron a inocular, la recuperación fue mucho más rápida y la cubierta de biocorte alcanzó niveles casi originales en un año.
Los investigadores enfatizan que el uso de granjas solares similares pero más grandes podría proporcionar un método de bajo costo, bajo impacto y alta capacidad para regenerar biocrusts y expandir los enfoques de restauración del suelo a escalas regionales. Han denominado a su enfoque pionero «crustivoltaics».
El estudio estima que el uso de las tres granjas solares más grandes en el condado de Maricopa, Arizona, como viveros de biocorteza podría empoderar a una pequeña empresa para rejuvenecer todas las tierras agrícolas inactivas dentro del condado, que abarcan más de 70,000 hectáreas, en menos de cinco años. Entre muchos beneficios ambientales, este esfuerzo de restauración tiene el potencial de reducir significativamente el polvo en el aire que actualmente afecta a la región metropolitana de Phoenix.
«Esta tecnología puede cambiar las reglas del juego para la restauración de suelos áridos», dice García-Pichel. «Por primera vez alcanzamos escalas regionales al alcance de la mano, y no podríamos estar más emocionados. Para empezar, la energía crustivoltaica representa un enfoque en el que todos ganan para la conservación de las tierras áridas y para la industria energética por igual».
García-Pichel es profesora de Regentes en la Facultad de Ciencias de la Vida y directora fundadora del Centro de Biodiseño para Microbiómica Fundamental y Aplicada. El centro reúne a investigadores que estudian ensamblajes de microbios (o microbiomas) que actúan al unísono en varios entornos, desde humanos hasta animales y plantas, océanos y desiertos. El laboratorio de García-Pichel se ha especializado en el estudio y las aplicaciones de los microbiomas del suelo del desierto.
matriz viva
Las biocortezas son ecosistemas complejos que los investigadores han comenzado a explorar recientemente. Entre sus muchas funciones de limpieza, actúan para estabilizar el suelo al unir las partículas del suelo, minimizando la pérdida de la capa superficial del suelo causada por el viento y el agua. Contribuyen al ciclo de nutrientes mediante la fijación de nitrógeno atmosférico, un proceso en el que el nitrógeno gaseoso se convierte en amoníaco y lo pone a disposición de las plantas. Las cianobacterias, que están presentes en las biocortezas, son los principales organismos responsables de este proceso.
Las actividades fotosintéticas dentro de las biocortezas juegan un papel en el almacenamiento de carbono al fijar el dióxido de carbono atmosférico. Este proceso puede ayudar a mitigar algunos de los efectos del cambio climático al eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera. Las biocrusts también aumentan la capacidad de retención de agua del suelo, lo que permite que se infiltre más agua en el suelo y reduce la escorrentía. Esto ayuda a mejorar la disponibilidad de agua para las plantas y otros organismos en los ecosistemas áridos.
Finalmente, las biocortezas sustentan una comunidad diversa de microorganismos que contribuyen a la biodiversidad y resiliencia general del ecosistema.
Las tierras secas, que constituyen aproximadamente el 41 % del área continental de la Tierra, están experimentando una grave degradación debido a las actividades humanas y al cambio climático . Las comunidades de microorganismos en la superficie del suelo son vitales para proteger y fertilizar estos suelos y son esenciales para la sustentabilidad de las tierras secas. Sin embargo, los métodos actuales de restauración de la biocorteza implican un gran esfuerzo y una baja capacidad, lo que limita su aplicación a áreas pequeñas. Los métodos existentes han tenido problemas para reponer más de unos pocos cientos de metros cuadrados de tierra.
Soluciones solares
La investigación sugiere que las granjas solares sirven como puntos calientes de la biocorteza, ya que los paneles fotovoltaicos elevados crean un microclima similar al de un invernadero que promueve el desarrollo de la biocorteza. Aunque la crustivoltáica es un método más lento y dependiente del clima en comparación con los viveros de biocorteza del tamaño de un invernadero, tiene muchas ventajas. La técnica requiere menos recursos, una gestión mínima y ninguna inversión inicial. De hecho, el uso de crustivovoltaicos es 10.000 veces más rentable que los métodos actuales, según los resultados de la investigación.
Los próximos pasos incluirán la implementación de la crustivoltáica a escala regional a través de la cooperación de científicos, agencias colaboradoras, usuarios de la tierra y administradores. El uso de la técnica puede brindar incentivos a los operadores de granjas solares, incluida la reducción de la formación de polvo en los paneles solares y el aumento de los ingresos de los créditos de carbono.
El enfoque crustivoltaico tiene el potencial de ofrecer una solución de doble uso tanto para la generación de energía solar como para la restauración de la biocorteza a gran escala, al tiempo que proporciona beneficios socioeconómicos. Este método podría desempeñar un papel importante en la restauración y sostenibilidad de los ecosistemas de tierras secas.
Más información: Ferran García-Pichel, Uso dual de plantas de energía solar como viveros de biocorteza para la restauración de suelos áridos a gran escala, Nature Sustainability (2023). DOI: 10.1038/s41893-023-01106-8 . www.nature.com/articles/s41893-023-01106-8
