Introducción

Alrededor del 90% de la superficie ocu pada por matorrales xerófitos en Vene zuela muestra evidencias de degrada ción, y aproximadamente 43% del total muestra altos intervalos de intervención antrópica, por lo que se los clasifica como ecosistemas en peligro (^{Huber & Oliveira-Miranda, 2010}). En la penínsu la de Macanao, ubicada al oeste de la isla de Margarita, la explotación de minas de arena ha producido alteraciones en los matorrales xerófitos, los cuales represen tan una de las comunidades vegetales de mayor complejidad y riqueza de especies de las áreas bajas de Macanao (^{Fajardo, 2007}; ^{González, 2007}).

Este tipo de perturbación produce el deterioro de los mecanismos naturales de regeneración, y en muchos casos, la eliminación del causante del disturbio no resulta suficiente para la recuperación de estas áreas, debido principalmente al deterioro de las características estructu rales, químicas, nutricionales, hídricas y microbiológicas del suelo que generan restricciones para el establecimiento, crecimiento y sobrevivencia de las plan tas. Para contrarrestar estos impactos adversos es necesaria la restauración ecológica, lo cual requiere de una plani ficación e integración de operaciones de minería y rehabilitación, basadas en el conocimiento de principios ecológicos y fisiológicos de especies nativas seleccio nadas (^{Ceccon, 2013}; ^{Tezara et al., 2014}; ^{Pérez, et al., 2019}, ²⁰²⁰).

El proceso de restauración se logra, entre otras cosas, con la revegetación del ecosistema, y se toma como un criterio importante la selección de especies que actúen como “islas de recursos” o “plan tas nodrizas” (^{Padilla & Pugnaire, 2006}). El nodricismo se refiere al mecanismo en el cual algunas plantas poseen adap taciones que les permiten establecerse en ambientes muy estresantes y modifican el microhábitat que ocupan, para facilitar el desarrollo de otras especies que sue len estar adaptadas a ambientes menos estresantes y, por este motivo, necesitan de la presencia de nodrizas para reducir la severidad del microhábitat y favorecer su establecimiento (^{Navarro-Cano et al., 2019}). Diferentes estudios han validado la importancia de considerar el nodricismo con plantas que poseen la doble simbiosis (micorrizas y rizobios), ya que la suma de todos los efectos beneficiosos de la sim biosis tripartita facilita el reclutamiento de nuevos individuos de las especies vegeta les típicas de la comunidad. De esta forma se aceleran los procesos de sucesión vege tal a condiciones de mayor estabilidad con una composición más diversa, tanto vege tal como microbiológica (^{Caravaca et al., 2005}; ^{Navarro-Cano et al., 2019}).

La pérdida de vegetación en los pro cesos de deforestación trae consigo una reducción de la actividad microbiológica del suelo, dado que los microorganismos presentan una elevada sensibilidad a dis turbios antropogénicos y que responden a escalas de tiempo mucho más cortas en comparación con aquellos físicos o quí micos, lo que los convierten en indica dores ideales de la calidad del suelo (^{Molina-Montenegro et al., 2016}). Dentro de estos microorganismos cabe destacar la simbiosis con los hongos micorrízicos arbusculares (HMA), los cuales tienen un papel importante en la mejora de los atributos fisiológicos y morfológicos de las plantas, a través de la simbiosis que se establece con sus raíces. Adicionalmen te, otros estudios han encontrado una alta frecuencia de colonización en las especies vegetales del matorral xerófito y parcelas sucesionales de la zona (^{Cáceres & Kalinhoff, 2014}). La presencia de esta simbiosis está asociada a interacciones con otros microorganismos en la rizósfe ra de las plantas, lo que produce un efec to sinérgico importante en los procesos de mineralización de nutrientes del suelo (^{Azcón-Aguilar & Barea, 2015}).

En la Arenera La Chica, en la península de Macanao, se han llevado a cabo diver sos estudios como parte de proyectos de restauración de estas áreas degradadas por la extracción de arena, pero la eva luación de los mismos ha sido efectuada solo a corto plazo (^{Fajardo et al., 2007}; ^{Cáceres-Mago, 2012}). Se considera que el monitoreo en el tiempo es fundamental, para lo cual se deben seleccionar indica dores que permitan evaluar el desempeño o consecución de los objetivos ambienta les propuestos (^{Cuevas et al., 2019}).

En base a lo anteriormente expues to, retomamos el trabajo de ^{Kalinhoff (2012}), quien al revegetar con Piscidia carthagenensis (Fabaceae), demostró la la importancia de realizar una selección de HMA nativos que incrementen el de sarrollo y sobrevivencia de la especie una vez trasplantada a campo, en compara ción con plantas no inoculadas. A partir de este trabajo y después de 8 años de re vegetar la zona, planteamos como objeti vo evaluar los indicadores de calidad del suelo en áreas perturbadas y restauradas, con el fin de establecer: a) el impacto de la actividad minera y b) su eventual re cuperación con las labores de restaura ción. Para ello se parte de las hipótesis de que con la perturbación del ecosistema se reduce la calidad del suelo, y esta a su vez mejora con la restauración con P. carthagenensis inoculada con micorrizas arbusculares.

Materiales y métodos

Resultados

El suelo del MX presentó una mayor CCque los demás suelos, lo cual se asociacon el mayor contenido de CO y unatextura franco-arcillosa, en relación alfranco-arenoso que presentan el AR yAP. Entre estos dos últimos no se ob servarondiferencias significativas en la CC (Tabla 1).

Tabla 1: Indicadores físicos y químicos de calidad del suelo de tres localidades ubicadas en la Arenera La Chica: MX: Matorral xerófito de referencia; AR: Área recuperada; AP: Área pertur bada. CC: Capacidad de campo. CO: Carbono orgánico. NT: Nitrógeno total. Pdisp: Fósforo disponible. Se presentan los valores medios ± error estándar (n=3). Letras diferentes indican diferencias significativas entre columnas (Kruskal-Wallis, p< 0,05) Table 1: Physical and chemical indicators of soil quality of three locations in the Arenera La Chica: MX: Xerophytic scrub of reference; AR: Recovered area; AP: Disturbed area. CC: Field capacity. CO: Organic carbon. NT: Total nitrogen. Pdisp: Available phosphorus. Mean values ± standard error are presented (n=3). Different letters indicate significant differences between columns (Kruskal-Wallis, p< 0.05) 

El pH del suelo en AP fue de 6,53, el de MX de 6,70 y el del AR de 7,12. El conte nido de CO en MX resultó ser 1,6 veces mayor al encontrado en AR, mientras que los valores de CO en AP resultaron ser los más bajos (Tabla 1).

El NT presentó el mayor valor en el MX seguido del AR el cual fue 1,4 veces mayor que en AP. Por su parte, la mayor disponibilidad de P se encuentra en MX, con valores 2,36 y 1,13 veces mayores que el AP y AR, respectivamente. Para todas las localidades, los contenidos de NT y Pdis son bajos (Tabla 1).

El MX presentó los mayores valores en las variables RB y Cmic_, seguido del AR y los menores valores en AP, probable mente producto de la menor entrada de carbono al sistema. Igualmente, ADH y AFA presentaron la misma tendencia que las variables microbiológicas, en cuanto a una mayor actividad en MX, seguido del AR y finalmente AP, que presentó los me nores valores (Tabla 2).

Tabla 2: Indicadores microbiológicos de la calidad del suelo de tres localidades ubicadas en la Arenera La Chica: MX: Matorral xerófito de referencia; AR: Área recuperada; AP: Área per turbada. RB: Respiración basal. Cmic: Carbono microbiano. ADH: Deshidrogenasa. AFA: Fos fatasa ácida. Se presentan los valores medios ± error estándar (n=3). Letras diferentes indican diferencias significativas entre columnas (Kruskal-Wallis, p< 0,05) Table 2: Microbiological indicators of soil quality of three locations in the Arenera La Chica: MX: Xerophytic scrub of reference; AR: Recovered area; AP: Disturbed area. RB: Basal respiration. Cmic: Microbial carbon. ADH: Dehydrogenase. AFA: Acid phosphatase. Mean values ± standard error are presented (n=3). Different letters indicate significant differences between columns (Kruskal-Wallis, p< 0.05) 

Por su parte, los microorganismos pertenecientes a los grupos funcionales BSP, BFN y BC mostraron abundancias significativamente mayores en MX, se guida del AR y por último AP (Tabla 3).

Tabla 3: Abundancia de grupos funcionales identificados a partir de muestras de suelos provenientes de tres localidades ubicadas en la Arenera La Chica: MX: Matorral xerófito de referencia; AR: Área recuperada; AP: Área perturbada. BSP: Bacterias solubilizadoras de fós foro. BFN: Bacterias fijadoras de nitrógeno. BC: Bacterias celulolíticas. BN: Bacterias nitrifi cantes. UFC.g^-1: Unidades formadoras de colonias por gramo de suelo. NMP.g^-1: Número más probable por gramo de suelo. Se presentan los valores medios ± error estándar (n=4). Letras diferentes indican diferencias significativas entre columnas (Kruskal-Wallis, p< 0,05) Table 3: Abundance of functional groups identified from soil of three locations in the Arenera La Chica: MX: Xerophytic scrub of reference; AR: Recovered area; AP: Disturbed area. BSP: Phosphorus solubilizing bacteria. BFN: Nitrogen-fixing bacteria. BC: Cellulolytic bacteria. BN: Nitrifying bacteria. CFU.g^-1: Colony-forming units per gram of soil. NMP.g^-1: Most probable number per gram of soil. Mean values ± standard error are presented (n=4). Different letters indicate significant differences between columns (Kruskal-Wallis, p< 0.05) 

La abundancia de las BSP en el MX fue el doble de abundancia de la AR y esta última 4 veces más que el AP. Las BFN del MX fueron 1,5 veces mayor que las del AR. El AP presentó un valor mucho menor de abundancia de este grupo que las otras dos áreas, siendo casi 12 veces menor que la del AR. La abundancia de las BC fue 1,5 veces mayor en MX con respecto a la AR, mientras que en esta úl tima fue 6 veces mayor que AP, siendo el título promedio de AP hasta un orden de magnitud menor que la abundancia en el MX. Lo contrario ocurrió con la abun dancia de las BN donde el mayor valor se encontró en AR, con casi el doble de abundancia del MX y por último, va lores bajos en AP (Tabla 3).

Respecto a las variables micorrízicas, la CMA fue significativamente mayor en el AR que en MX, mientras que los menores valores de CMA fueron obser vados en AP. En cuanto al contenido de GFE y GT se observó una disminución significativa en el AP en comparación con las otras localidades, encontrando valores por debajo del método de de tección en la GFE. El MX y el AR pre sentaron diferencias significativas entre sí, siendo los mayores valores en el MX, seguido por AR (Tabla 4).

Tabla 4: Parámetros micorrízicos evaluados en los suelos de tres localidades de la Arenera La Chica: MX: Matorral xerófito de referencia; AR: Área recuperada; AP: Área perturbada. CMA: Porcentaje de colonización de micorrizas arbusculares. GFE: Glomalina fácilmente extraíble. GT: Glomalina total. Se presentan los valores medios ± error estándar (n=3). Letras diferentes indican diferencias significativas entre columnas (Kruskal-Wallis, p< 0,05) Table 4: Mycorrhizal parameters evaluated in the soils of three locations in the Arenera La Chica: MX: Xerophytic scrub of reference; AR: Recovered area; AP: Disturbed area. CMA: Percentage of colonization of arbuscular mycorrhizae. GFE: Easily extractable glomalin. GT: Total glomalin. Mean values ± standard error are presented (n=3). Different letters indicate significant differences between columns (Kruskal-Wallis, p< 0.05) 

El heatmap mostró las correlaciones entre las variables estudiadas de calidad del suelo y GFME (Figura 1), permitien do que las tres áreas de estudios (MX, AR y AP) se distinguieran claramente en el eje horizontal.

Figura 1: Análisis de agrupamiento jerárquico y mapa de calor (heatmap) con base en las variables de calidad de suelo y abundancia de grupos funcionales de microorganismos edá ficos (GFME). Las muestras fueron agrupadas con base en la similaridad con las otras y los agrupamientos resultantes son arreglados horizontalmente de acuerdo a los agrupamientos de correlación entre las variables. En la figura, tonos oscuros representan valores altos y tonos claros representan valores bajos para la variable evaluada. MX: Matorral xerófito de referen cia; AR: Área recuperada; AP: Área perturbada. CC: Capacidad de campo. ADH: Actividad deshidrogenasa. RB: Respiración basal. GFE: Glomalina fácilmente extraíble. NT: Nitrógeno total. BFN: Bacterias fijadoras de nitrógeno. BC: Bacterias celulolíticas. Cmic: Carbono microbiano. FAC: Fosfatasa ácida del suelo. CO: Carbono orgánico. BSP: Bacterias solubilizadoras de fósforo. GT: Glomalina total. Pdisp: Fósforo disponible. CMA: Porcentaje de colonización de micorrizas arbusculares. BN: Bacterias nitrificantes. pH: Concentración de iones hidrógeno Figure 1: Hierarchical grouping analysis and heatmap based on soil quality variables and abundance of functional groups of edaphic microorganisms (FGEM). The samples were grouped based on similarity with the others and the resulting groupings are arranged horizontally according to the correlation groupings between the variables. In the figure, dark tones represent high values and light tones represent low values for the evaluated variable. MX: Xerophytic scrub of reference; AR: Recovered area; AP: Disturbed area. CC: Field capacity. ADH: Dehydrogenase activity. RB: Basal respiration. GFE: Easily removable glomalin. NT: Total nitrogen. BFN: Nitrogen-fixing bacteria. BC: Cellulolytic bacteria. Cmic: Microbial carbon. FAC: Soil acid phosphatase. CO: Organic carbon. BSP: Phosphorus solubilizing bacteria. GT: Total glomalin. Pdisp: Available phosphorus. CMA: Percentage of colonization of arbuscular mycorrhizae. BN: Nitrifying bacteria. pH: Concentration of hydrogen ions 

Los resultados se pue den dividir en dos grupos de variables que se diferencian notablemente. En pri mer lugar, las variables pH, BN y CMA se correlacionan significativamente y se separan del resto de las variables estu diadas. Las mismas fueron significativa mente más altas en el AR que en MX. El resto de las variables se congregaron en otro gran grupo donde sus valores son más altos en el MX que en AR. Todos los parámetros evaluados revelaron valores bajos en el AP.

Discusión

El estudio de las variables en el MX pro porcionó la información referencial de calidad del suelo que debe alcanzarse en las labores de restauración, mientras que la comparación de estas variables entre AP y MX permite valorar el impacto de la perturbación. Los indicadores quími cos demostraron que en AP disminuye el pH, CO, Pdis y NT comparado con MX, hecho que está asociado a la remoción del suelo y la vegetación. Bajo estas con diciones el bajo aporte de materia orgáni ca y su consecuente descomposición está determinada por la actividad de la mi crobiota edáfica y de algunas propieda des del suelo (textura, pH, temperatura, humedad, entre otras) que afecten dicha actividad (^{Mohammadi et al., 2011}). En contraste, estos parámetros incrementan en AR respecto a AP, debido a las labo res de revegetación con P. carthagenensis que procuran una mejora en la fertili dad del suelo. Se ha demostrado que la diversidad y actividad de comunidades microbianas durante la revegetación in fluyen directamente sobre las variables químicas del suelo como el CO, N y P, debido a su papel crucial en el ciclado de nutrientes y a la descomposición de la materia orgánica (^{Fterich et al., 2014}; ^{Li et al., 2015}), de allí que una reducida actividad microbiana podría estar aso ciada a la baja disponibilidad de recur sos (CO, calidad de la materia orgánica, y exudados radicales entre otros) y a la capacidad de estos microrganismos de utilizarlos. En el caso de AP, la baja con centración de CO afecta directamente la actividad microbiana dado que este ele mento resulta esencial por ser la fuente de energía necesaria para que todos los grupos microbianos se desarrollen como sistemas autocatalíticos (^{Matsumoto et al., 2005}; ^{Bastidas et al., 2006}).

Los menores valores de los parámetros microbiológicos (RB, Cmic) encontra dos en el AP en comparación al MX y al AR, podrían ser producto de una serie de eventos concatenados que incluyen la baja cobertura vegetal que disminuye el hábitat de los microrganismos edáficos asociados a la rizósfera de las plantas, y por consiguiente, todos los procesos que impliquen actividad microbiana y des composición de la materia orgánica. En concordancia con nuestros resultados, ^{Deng et al. (2018}), señalan la importan cia de tomar en cuenta que estos indica dores pueden variar ampliamente con el tiempo de recuperación de las áreas perturbadas, con el tipo de vegetación (sucesión natural o asistida) que se esta blezca y con la cantidad y calidad de la materia orgánica producida.

La AFA y ADH fueron altas en el MX y el AR, al compararlas con el AP. Ello evidencia una mejora significativa en la recuperación de la funcionalidad del sis tema, referido a la alta relación que existe en el aumento de la entrada de compues tos orgánicos-actividad microbiana-síntesis enzimática (^{An et al., 2009}). La mayor ADH en el AR y MX, refleja una mayor capacidad oxidativa sobre la ma teria orgánica, producto del incremento en la actividad microbiana (RB), mien tras que en el AP la remoción de la capa vegetal produce alteraciones en la mi crobiota edáfica y por consiguiente en la actividad de las enzimas (^{Li et al., 2015}). Por su parte, la AFA como un indicador importante de los cambios en fertilidad del suelo por su relación con los proce sos de mineralización de P, presentó el mismo comportamiento que la ADH, lo que confirma la relación existente entre las variables químicas y bioquímicas. Re sultados similares muestran que existe un mejoramiento de la calidad de suelo como consecuencia de la revegetación, y encuentran una mayor actividad enzimática al compararlo con suelos pertur bados (^{Bastidas et al., 2006}; ^{Deng et al., 2018}).

En cuanto a las variables micorrízicas evaluadas, se observó que tanto la CMA como los valores de glomalina (GT y GFE) del MX y el AR fueron mayores que en el AP. Estos resultados indican que los valores de GT y GFE están de terminados por la presencia de los HMA y por la composición de las comunida des vegetales (^{Singh et al., 2017}). Igual mente, los contenidos de CO están aso ciados a los contenidos de glomalina, debido a la contribución de esta glico proteína en la formación de agregados del suelo, que protege a los compuestos lábiles de la descomposición y por lo tan to incrementa el secuestro de carbono en el suelo (^{Vasconcellos et al., 2013}; ^{Singh et al., 2017}).

La abundancia de los GFME en las tres áreas evaluadas mostró una recupera ción de la microbiota edáfica en el AR. Este resultado podría indicar que ini cialmente el proceso de revegetación con Piscidia carthaginensis habría afectado el crecimiento, composición y actividad de los microorganismos como conse cuencia de los cambios en la exudación de compuestos carbonados en las plan tas micorrizadas y nutrientes en el suelo (^{Williams & De Vries, 2020}). Además, es importante considerar que la compo sición y estructura de las comunidades bacterianas en ecosistemas semiáridos no solamente genera un entramado de interacciones que afectan el desempeño de las plantas y la calidad del suelo, sino que también inciden sobre la formación y funcionabilidad de los HMA (^{Barea et al., 2011}; ^{Bi et al., 2020}). Por ejemplo, en el MX y AR la mayor abundancia de BSP y de CMA podría indicar que existe una estrecha relación entre las bacterias y los HMA. Esta sinergia se basa en que las bacterias solubilizan el P de fuentes no disponibles para las plantas, y el hongo lo incorpora a la planta debido a la alta afinidad de las hifas por el P disponible (^{Azcón & Barea, 2015}). Por su parte, la presencia de BFN puede producir un in cremento en los niveles de micorrización y por ende, se podría estar favoreciendo el desarrollo vegetal en el AR, donde los valores de BFN resultaron mayores res pecto al AP (^{Aseri et al., 2008}).

En cuanto a la abundancia de BC, se ha señalado que los HMA producen un estímulo indirecto, a través del creci miento radical y consiguiente aumento en la cantidad de celulosa, que podría estar activando a bacterias con la capaci dad enzimática para degradar polímeros de mayor complejidad química, como es el caso de la celulosa (^{Veresoglou et al., 2011}; ^{Li et al., 2015}). La menor abundan cia de BN en el MX en comparación con el AR, podría estar indicando que la dis ponibilidad de CO del suelo favorece la inmovilización del N y decrece la nitri ficación por un efecto negativo sobre la disponibilidad de amonio para las comu nidades nitrificantes, además las comunidades nitrificantes no están limitadas por C disponible, debido a que obtienen energía por la oxidación del amonio y no del C orgánico (^{Montaño et al., 2013}).

Los resultados destacan el efecto nega tivo de la minería de extracción de arena sobre la composición de las poblaciones de los GFME en el AP, ya que se acentuó la baja disponibilidad de nutrientes y el aumento de las condiciones ambientales adversas, producto de los procesos de deforestación provocados por esta acti vidad antropogénica.

En general, el heatmap muestra un impacto positivo y significativo de la revegetación con P. carthagenensis en la estructura de la comunidad microbiana y en la calidad del suelo, al haber correla ciones significativas entre ellas en el AR, lo que podría indicar una mejora ecoló gica regulada entre los procesos bióticos y abióticos del suelo a lo largo de la res tauración de un área perturbada.

Conclusiones

De los resultados se deriva que la pertur bación del ecosistema por la extracción de arena produjo una disminución de la calidad del suelo, debido a la deforesta ción y remoción de las capas superficiales del suelo. Por otra parte, luego de 8 años, el establecimiento de P. carthagenen sis mejoró las características químicas, bioquímicas y microbiológicas del sue lo. Aunque las mismas no se equiparan a las del matorral xerófito de referencia, es un inicio de recuperación de las áreas degradadas por la actividad minera. En este sentido, se recomienda llevar a cabo más evaluaciones en el tiempo, que per mitan continuar con el monitoreo a largo plazo y establecer si se alcanzan las metas de restauración de la calidad del suelo.