Bio-indicadores de acidez de suelo: dinámica del microbioma de relaves mineros de pirita durante la fito-estabilización

Las prácticas de la minería a largo plazo han generado drenajes mineros ácidos (DMA) y muchos desechos que contienen grandes cantidades de pirita la cual necesita ser oxidada para permitir la recuperación de los suelos de los relaves. Recientemente, gracias a los estudios de secuenciación masiva, se ha podido estudiar a los consorcios microbianos que viven en los suelos de los relaves mineros y se ha encontrado que en estos es frecuente encontrar bacterias acidófilas las cuales pueden catalizar la oxidación de hierro y azufre a FeO y SO, acelerando así la disociación de pirita mediante la generación continua de acidez en el suelo. Sin embargo, se conoce muy poco sobre cómo se da la dinámica de la sucesión de estos  consorcios bacterianos en suelos moderadamente ácidos como son: aquellos que se han sometido a recuperación mediante fito-estabilización.

La fito-estabilización asistida por materia orgánica es el establecimiento de vegetación en los relaves mineros después de la adición de composta. Aunque es una alternativa prometedora para la recuperación de los relaves, el procedimiento y el establecimiento de la vegetación es bastante largo. En parte porque algunos de  los aditamentos que se  agregan para la fito-estabilización neutralizan la acidez de los relaves lo que disminuye la oxidación de Fe y S y con ello la oxidación de la pirita. En este estudio se exploró la dinámica de los consorcios microbianos de un relave minero en Arizona que fue fito-estabilizado usando sólo una aplicación de materia orgánica al inicio del experimento y, durante seis años se fue monitoreando el cambio en los consorcios. En este mismo estudio, a la par, se llevó a cabo un experimento controlado de microcosmos para identificar a los consorcios capaces de desarrollarse y mantenerse en condiciones fluctuantes de pH moderadamente ácido y ácido cuando el FeO, FeSO y el SO están presentes. Durante seis años fueron recabando datos del pH del suelo del relave sujeto a fito-estabilización y de los experimentos del microcosmos. Además, midieron las concentraciones de los minerales usando difracción de rayos X. Cada año tomaron muestra del suelo del relave e hicieron secuenciación de la región V4 del 16s rRNA del DNA total de las muestras para obtener los perfiles taxonómicos de los consorcios presentes durante el experimento en campo así como para el de microcosmo. Los resultados del estudio en campo, mostraron cambios en el consorcio nativo a lo largo del tiempo, siendo los organismos acidófilos los más abundantes. Se encontró que ciertos consorcios compuestos principalmente de bacterias lito-autótrofas (aquellas que viven dentro de las rocas) como Acidithiobacillus ferroxidans facilitan la acidificación del suelo. También, se identificaron ciertos consorcios de organoheterótrofos pertenecientes a las familias Acetobacteraceae, Alicyclobacillaceae, Xanthomonadaceae, y Sulfobacillaceae, organismos que forman parte de estas familias, facilitan la acidificación del medio debido a que son capaces de oxidar azufre mientras utilizan varias fuentes de carbono. Así mismo, se encontró que existen poblaciones de arqueas que podrían estar participando en el proceso de acidificación del suelo como son: Ferroplasma y Thermogymnomonas, las cuales han sido encontradas en otros DMA. Por otra parte, se encontró que la adición de composta estresa a los consorcios nativos de los relaves con alta acidez. Sin embargo, a medida que transcurre el tiempo y sin otra inoculación de composta,  estos consorcios se recuperan gracias a  presencia de bacterias órgano heterótrofas que mineralizan el carbón orgánico y crean microambientes oligotróficos que facilitan la oxidación del Fe y el S, lo que eventualmente favorece la oxidación de la pirita.  Los experimentos del microcosmos, fueron diseñados para identificar a aquellas poblaciones que permiten el desarrollo y mantenimiento de las condiciones ácidas en presencia de hierro, azufre o la combinación de ambos en su forma reducida. El pH en este experimento se mantuvo >4 con la adición de SO, FeO y FeSO, mientras que en el control de suelo estéril se mantiene el pH entre 4-5, en la condición de inoculación con los consorcios, hay una baja en el pH, por lo que los organismos que componen a los consorcios son importantes para mantener las condiciones de acidificación del medio, llegando a pH <3 (Figura 1). En resumen, en este trabajo se encontró que existen poblaciones claves de bacterias y arqueas que favorecen la acidificación de los suelos durante los estados de transición y que pueden usarse como bio-indicadores.

Finalmente, se demuestra que la actividad de las bacterias tiene un papel fundamental en la generación de ambientes ácidos para la oxidación de la pirita y la posible recuperación de los suelos de los relaves. La dinámica de los consorcios en los relaves mineros que están bajo un proceso de fito-estabilización a pHs moderadamente ácidos parecen caracterizarse por una dinámica de competencia entre organismos acidófilos, órgano tróficos y lito autotróficos que crecen en condiciones ácidas y que a su vez compiten con el consorcio que soporta la promoción del crecimiento vegetal. 

Referencia

Hottenstein JD, Neilson JW, Gil-Loaiza J, Root RA, White SA, Chorover J, Maier RM. Soil Microbiome Dynamics During Pyritic Mine Tailing Phytostabilization: Understanding Microbial Bioindicators of Soil Acidification. Front Microbiol. 2019 Jun 5;10:1211. doi: 10.3389/fmicb.2019.01211.