Soil macronutrients cycling and plants as indicators of Mediterranean urban ecosystem condition

Abstract

Nutrient enrichment is one of the main environmental pressures in cities; thus, knowledge of macronutrient cycle functioning in urban greenspaces, as specific key indicators of the condition of the urban ecosystems, is essential. We studied soil physical, chemical, and biological properties under four widespread ruderal plant communities in Mediterranean urban greenspaces. Generalized Linear Model (GLM) revealed that the perennial herb communities occurred on soils with a higher content in easily assimilable forms of macronutrients, but also with a higher soil enzyme activity related to these macronutrients. Annual herb communities developed on soils with a higher available S but with a depleted enzyme activity. Perennial grasslands were related to soils with a lower S content and higher enzyme activities. Multivariate analyses revealed that environmental factors such as soil available phosphorus, pH, and arylsulfatase activity are crucial in shaping plant distribution. We conclude that perennial herb communities indicated a poorer ecosystem quality due to rapid nutrient cycling. Conversely, a higher quality was found in perennial grasslands which showed a more balanced macronutrient cycling. Management strategies for urban greenspaces should incorporate ruderal vegetation and soil macronutrient cycling as indicators of ecosystem condition.El artículo evalúa cómo el funcionamiento de los ciclos de macronutrientes en el suelo (N, P y S) y las comunidades vegetales ruderalizadas pueden utilizarse como indicadores del estado ecológico de espacios verdes urbanos mediterráneos. El estudio se llevó a cabo en cuatro greenspaces urbanos de Madrid (Ciudad Universitaria, Pinar de Conde de Orgaz, Parque de La Elipa y Casa de Campo), en los que se seleccionaron cuatro tipos de comunidades ruderalizadas frecuentes: hierbas perennes altas dominadas por Malva spp. (perennial herbs), comunidades de hierbas anuales dominadas por Diplotaxis virgata (annual herbs), pastizales anuales de Bromus spp. y Hordeum murinum subsp. leporinum (annual grasslands) y pastizales perennes dominados por Dactylis glomerata (perennial grasslands). En cada tipo se muestrearon parcelas de 1 m² donde se caracterizó la vegetación (composición florística y grupos funcionales) y se analizaron propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo, incluyendo pH, conductividad eléctrica, macronutrientes disponibles (N inorgánico, P Olsen, sulfatos) y actividades enzimáticas clave (NAG, ureasa, N‑aryl‑amidasa, fosfatasas ácida y alcalina, arilsulfatasa). ​Los modelos lineales generalizados mostraron que las comunidades de hierbas perennes (Malva) crecen sobre suelos con mayores contenidos de formas fácilmente asimilables de N, P y S, y presentan también mayores actividades enzimáticas asociadas a estos nutrientes, lo que indica ciclos de macronutrientes más rápidos. Las comunidades de hierbas anuales (Diplotaxis) se desarrollan en suelos con mayor S disponible (sulfatos), pero con actividades enzimáticas más bajas, especialmente arilsulfatasa y N‑aryl‑amidasa, lo que sugiere inhibición enzimática o efectos biocidas relacionados con compuestos azufrados (glucosinolatos). Los pastizales perennes de Dactylis se asocian a suelos con menor contenido de S disponible, pero con actividades enzimáticas relativamente altas, reflejando ciclos de macronutrientes más equilibrados y menos acelerados. Los pastizales anuales ocupan posiciones intermedias en la mayoría de variables. ​Los análisis multivariantes (CCA y RDA) identificaron al fósforo disponible, el pH del suelo y la actividad de arilsulfatasa (ARYL‑S) como gradientes edáficos clave que estructuran la distribución de las comunidades y de los grupos funcionales de plantas. Las comunidades dominadas por Malva se relacionan con suelos de mayor P disponible, pH relativamente alto, mayor conductividad eléctrica y elevada actividad de fosfatasas, encajando con su carácter de especies muy demandantes en nutrientes y productivas. En cambio, las comunidades de Dactylis aparecen vinculadas a condiciones de macronutrientes más moderadas y a un ciclado más balanceado de N, P y S, mientras que las de Diplotaxis asocian suelos con alto S disponible y menor actividad enzimática, posiblemente por efectos biocidas de glucosinolatos. Los autores concluyen que las comunidades de hierbas perennes (Malva) indican una calidad ecosistémica más baja por su ciclado rápido y “desbocado” de nutrientes, mientras que los pastizales perennes (Dactylis) reflejan una mayor calidad por su ciclado más equilibrado, proponiendo el uso conjunto de vegetación ruderal y funcionamiento de ciclos de macronutrientes del suelo como indicadores del estado de ecosistemas urbanos mediterráneos.