Descomposición de sustratos orgánicos para la elaboración de compost.
El compost es una forma principal para degradar desechos de origen orgánicos; no obstante, todo el procedimiento requiere de largos tiempo de maduración por lo cual, es indispensable la búsqueda de formas rápidas para descomponer y transformar estos desechos en subproductos con alto valor agronómico.
El objetivo de este estudio fue determinar el efecto de sustancias azucaradas en la descomposición de sustratos orgánicos para elaborar compost.
Las sustancias investigadas fueron azúcar, melaza y jugo de caña ( Saccharum officinarum), mezclados con un sustrato orgánico compuesto por 30% estiércol, 50% panca de maíz, 10% de restos de leguminosa, 9% de tierra y 1% de ceniza.
El diseño experimental fue completamente al azar, con 16 unidades experimentales, un testigo absoluto y cuatro repeticiones.
Las variables evaluadas fueron días para la descomposición, temperatura, humedad, peso del sustrato y contenido de nutrimentos.
La melaza mezclada con residuos orgánicos disminuyó 6 días (9.68%) el período de descomposición, con relación al testigo (62 días).
El tratamiento con melaza añadida presentó el mayor descenso de temperatura (8.7 ºC), aunque no se encontraron diferencias significativas entre tratamientos, al inicio y al final del ensayo.
El contenido de humedad entre los tratamientos osciló entre 56.5 y 59.0%, sin embargo, las diferencias no fueron significativas.
El tratamiento con melaza fue el que presentó la mayor pérdida de peso (10.8 kg) durante la descomposición del sustrato orgánico; no obstante, no hubo diferencias en el pH y contenido de nutrimentos (B, Ca, Cu, K, Mg, N, P, S, Zn, M.O.).
El tratamiento con mayor concentración de nutrimientos fue el conformado por sustancias orgánicas y melaza, por lo cual, se recomienda su uso o integración para acelerar el proceso de descomposición en el compost.
La agricultura requiere de suelos fértiles de buena calidad y saludables para garantizar el abasto y la alimentación mundial (UNESCOY FAO, 2019).
Sin embargo, la necesidad de usar los mismos terrenos para producir alimentos de forma permanente da como resultado el deterioro de los suelos. Para reactivar este medio de producción se ha usado a los fertilizantes químicos, sin considerar los daños que estos provocan al ser humano y medio ambiente.
Se ha confirmado que el uso inapropiado de fertilizantes químicos ocasiona problemas ecológicos graves, como la reducción de biodiversidad y la contaminación del medio ambiente ( Flores et al., 2012 ). De ahí la necesidad de utilizar otras alternativas para fertilizar los suelos como el uso del compost y otros abonos orgánicos.
El compost es una forma de transformar los residuos orgánicos de la zona urbana, agrícola o industrial en materia biológicamente estable que puede ser utilizado como abono del suelo o como sustrato para el cultivo sin suelo.
El proceso es prácticamente “la degradación de la materia orgánica mediante su oxidación y la acción de diversos microorganismos presentes en los propios residuos”, lo cual, es un proceso que tarda entre cinco y seis meses.
Autores como Storey et al. (2015) y Zahra et al. (2015) , han estudiado diferentes materias primas para mejorar la calidad del compost y su proceso de obtención, el uso de estiércol de animales herbívoros como: caballos, conejos, patos, pollos, ovejas, vacas, entre otros; plantas marinas ( Martínez, Rodríguez, Marín y López, 2019); algas, restos de cosechas, aserrín, pasto, complementos minerales como: fosfatos naturales, enmiendas calizas, oligoelementos, magnésicas, rocas silíceas trituradas en polvo y rocas ricas en potasio.
Entre las variables evaluadas para la producción de compost están la temperatura, la humedad, pH, aireación, volteo ,naturaleza del sustrato , tamaño de partícula , la relación carbono-nitrógeno (C/N) ,nutrimentos, materia orgánica, conductividad eléctrica y diversidad microbiana. Los parámetros óptimos están asociados al tipo de compostaje, condiciones medioambientales, tipo de materia prima, entre otros.
Los desechos de origen orgánico generados día con día van en aumento por lo tanto, es primordial la búsqueda de nuevas formas para degradar y transformar estos desechos de una manera rápida y eficaz.
La elaboración de compost es una de las formas principales para degradar desechos orgánicos, no obstante, el proceso toma tiempo, por lo que, al acelerar el proceso de fermentación, con el re-uso y disminución de contaminantes hace de esta tecnología económica y ambientalmente compatible.
Está comprobado que el proceso de fermentación por microorganismos se beneficia con la adición de sustancias azucaradas de fácil acceso como el azúcar, la melaza y jugo de caña.
Por lo tanto, el objetivo de este estudio fue determinar el efecto de sustancias azucaradas en la descomposición de sustratos orgánicos para la elaboración de compost, para disminuir los tiempos de compostaje y mejorar la calidad y rápido aprovechamiento de este tipo de abono orgánico por los beneficios que ofrece como fuente de nutrimentos y mejoras en la estructura del suelo.
Materiales y Métodos
Este estudio se realizó en la Finca Experimental “La María” de la Universidad Técnica Estatal de Quevedo, Ecuador (1º 02’ 46” S, 79º 38’ 01” O, a 120 m de altitud).
Diseño experimental
El diseño experimental fue un completamente al azar, con tres tratamientos con repeticiones por cuadriplicado y un testigo absoluto (16 unidades experimentales) ( Cuadro 1). Cada tratamiento estaba constituido por una pila de compost de 45.43 kg de sustrato.
Cuadro 1:
Descripción de los tratamientos
Preparación del compost
Por tratamiento se prepararon 45.43 kg de sustrato pesados con una báscula de plataforma (Camry, TCS 300 ZE21), constituido con 30% de estiércol de vaca fresco (13.63 kg), 50% de residuos de maíz (22.72 kg), 10% de restos de leguminosa (4.54 kg), 9% de tierra (4.09 kg) y 1% de ceniza (0.45 kg).
Al tratamiento T1 se les agregó azúcar, a T2 melaza y T3 jugo caña de azúcar (Cuadro 1), mientras que, al testigo (T4) no se le agregó sustancias azucaradas.
Las pilas de compost fueron irrigadas semanalmente con el 60% de agua en peso de material base (27 L), utilizando una regadera de mano.
La mezcla se volteó cada semana, con una pala para homogenizar, oxigenar, reducir la temperatura y mantener el porcentaje de humedad idóneo, de tal forma que el compost fuera uniforme. Una vez humedecida y homogenizada cada pila de compost, se cubrió nuevamente con plástico negro.
Toma de muestras
De cada pila de compost se tomó de manera aleatoria, una muestra de 500 g de material a una profundidad de 15 cm de la superficie; las muestras se homogenizaron por tratamiento y fueron almacenadas en bolsas plásticas negras a 4 °C hasta su posterior uso.
Variables analizadas
Las variables evaluadas en la descomposición de sustratos orgánicos para la elaboración de compost fueron: tiempo descomposición (d), temperatura, humedad, pH, peso del sustrato y contenido de nutrimentos.
Donde el tiempo de descomposición de los cuatro sustratos orgánicos, se cuantificó contando los días desde la preparación del compost hasta el momento de la descomposición de los sustratos.
Para determinar el estado de madurez del compost se evaluaron los parámetros de olor, prueba de mano, color y textura de acuerdo a Palmero (2010).
Otra variable evaluada fue la temperatura, la cual se midió al inicio y final del experimento con un termómetro digital EBRO, TFX 410. El peso de cada pila se registró al inicio y al final del estudio con una báscula de plataforma (Camry, TCS 300 ZE21). La humedad en las pilas de compost se evaluó con la prueba de la estufa, para ello, se tomó una muestra de cada tratamiento en la parte central de la pila, y se secó en una estufa a 105 °C por 24 h registrando el peso inicial de cada una de las muestras. El cálculo de la humedad se realizó mediante la siguiente Ecuación 1:
(1)
donde: Phm es peso húmedo de la muestra (g); Psm es peso seco de la muestra (g).
Para realizar la medición del pH se utilizó un potenciómetro de mesa HI 111, HANNA para hacer la medición se tomaron 5g de muestra y colocó en un vaso de precipitación de 100 mL, se añadió 60 mL de agua destilada y se agitó por 10 min posteriormente, se dejó reposar por 10 min hasta su total homogenización.
Una vez que el compost alcanzó su estado de madurez se tomaron muestras y se enviaron al Departamento de Suelo y Aguas de la Estación Experimental Tropical Pichilingue (EETP) del Instituto Nacional de Investigaciones Agropecuarias (INIAP) del Ecuador, en Quevedo.
Para su análisis nutricional (B, Ca, Cu, K, Mg, N, P, S y Zn) por el método de la mezcla tri-ácida y espectrofotometría de absorción atómica ( Márquez-Quiroz et al., 2014 ) y determinación del porcentaje de materia orgánica (M.O.) por medio de calcinación en mufla (Aguilar, 2019 1).
Análisis estadísticos
Se determinó por medio de análisis de varianza la diferencia entre las medias por tratamiento mediante la prueba de Tukey. Para la distribución normal de los resultados se utilizó la prueba de Kolmogorov-Smirno v ( Massey, 1951). Se obtuvo el coeficiente de variación expresado en porcentaje (C.V) en cada una de las variables analizadas; estos análisis se realizaron con una confianza del 95% (0.05). El software estadístico utilizado fue el Minitab 17 ( Minitab, 2010).
Resultados y Discusión
El efecto de sustancias azucaradas en la degradación de sustratos orgánicos para la obtención de compost, se analizó con variables como los días requeridos para la descomposición de las pilas de compost, cuyos valores promedios se presentan en el Cuadro 2.
Cuadro 2:
Parámetros obtenidos en las pilas de compost con la aplicación de sustancias azucaradas (azúcar, melaza y jugo de caña) para su aceleración y maduración
† Letras distintas en la misma columna indican diferencias significativas, de acuerdo a la prueba de Tukey ( P ≤ 0.05). Valor promedio (±DE; n = 4).† Different letters in the same column indicate significant differences, according to Tukey’s test ( P ≤ 0.05). Average value (±DE; n = 4).
El tratamiento con melaza fue el único tratamiento que mostró diferencias estadísticas ( P ≤ 0.05) con respecto al testigo (control), logrando una maduración del compost en un tiempo menor de 56 días. Nuestros resultados, son menores a los reportados por Zhu (2000) donde reporta un tiempo de maduración del compost de 170 días; Barleló-Quintal et al. (2019) utilizando residuos de Lirio acuático y excretas de borrego para preparar compost, los autores obtuvieron una maduración superior a los 120 días en sus tratamientos. No obstante, nuestros resultados son mayores a los reportados por Pedraza y Hernández (2019) donde aprovechando los residuos orgánicos obtenidos por tres mezclas a base de café, fruta, verduras crudas y aserrín obtiene un total de 32 días de maduración de su compost; y a los de Medina et al. (2018) quien obtuvo una biotransformación del compost de estiércol de ovino con paja de avena en 38 días. La variación de los días de maduración se debe posiblemente al tipo y calidad de sustrato presente en el compost, además de los elementos físicos, químicos y biológicos ( Sánchez, Crespo, Hernández y García, 2008; Medina et al., 2018 ). Los nutrientes o energía disponible para los microorganismos descomponedores encontrada en compuesto altamente energético como la melaza, también tienen un papel importante en la maduración del compost ( Sanclemente-Reyes, García y Valencia, 2011). Un acelerador en la descomposición de residuos vegetales es la melaza la cual, muestra una marcada tasa de descomposición en dichos residuos ( Álvarez-Vera et al., 2019 ).
Temperatura
En todos los tratamientos hubo un descenso general de la temperatura al final del experimento de aproximadamente el 17.83% ( Cuadro 2). La pila de compost con melaza añadida obtuvo al final del experimento el mayor descenso de temperatura (8.7 °C), sin embargo, este descenso de temperatura no fue una diferencia estadística significativa ( P > 0.05) con el resto de los tratamientos.
De acuerdo con Larreategui y Banchón (2014) las temperaturas optimas del compost son 35 y 55 °C esto con la finalidad de eliminar patógenos, parásitos y semillas de malas hierba; rango de temperatura obtenido en nuestro ensayo en todos los tratamientos analizados ( Cuadro 2).
Las temperaturas altas > 55 °C pueden afectar la presencia y supervivencia de microorganismos importantes para el proceso en la elaboración de compost. Por lo tanto, cabe indicar que la temperatura depende principalmente de los volteos que se dan a los sustratos durante su elaboración ( Chantal et al., 2013 ; Jusoh, Manaf y Latiff, 2013).
Humedad (%)
El porcentaje de humedad en el compost no tuvo diferencias significativas ( P ≥ 0.05) entre tratamientos ( Cuadro 2). La humedad, se conservó durante todo el experimento dentro del rango óptimo que favorecen el crecimiento de microrganismos (56.5 y 59.0%) ( Camacho et al., 2018 ; Millán et al., 2018).
Lo anterior, se puede atribuir a que las sustancias adicionadas no tienen una influencia directa en el contenido de humedad del compost.
Lo cual, concuerda con Sánchez et al. (2017) , quienes indican que dependiendo del contenido de las pilas de compost es el porcentaje de humedad.
En este trabajo, el contenido de humedad del compost está influenciado no solo por el material empleado que es el mismo para todos los tratamientos, sino por la adición de los 27 L de agua del riego semanal.
Razón por la cual, posiblemente no se observen diferencias estadísticas significativas en el porcentaje de humedad entre tratamientos.
Para materiales fibrosos o residuos forestales gruesos la humedad máxima permisible es 75-85% ( Varela y Basil, 2011), no obstante, para el material vegetal fresco el contenido de humedad oscila entre 50 a 60% (Ortiz, 2015 2). Soriano (2016 3) y García-Céspedes, Lima, Ruíz y Calderón (2014) sostienen que la humedad adecuada para el desarrollo de microorganismos está entre 50-70%; y que la actividad biológica disminuye cuando el contenido de humedad es menor a un 30%.
Por su parte, una humedad mayor al 70% produce que el H 2O reduzca los espacios libres entre las partículas al desplazar el aire, ocasionando una anaerobiosis, debido a que se reduce la transferencia de oxígeno en el compost ( Castro-García, Daza y Marmolejo, 2016).
Peso (kg)
Los valores de peso perdido de los tratamientos mostraron diferencias estadísticas ( P ≤ 0.05) en comparación con el testigo (T4).
Las pilas de compost con melaza y azúcar obtuvieron los valores mayores de peso perdido (10.8 y 9.8 kg, respectivamente); observando una mayor biotransformación de la materia orgánica en los tratamientos (T1, T2 y T3) en comparación con los valores observados en el testigo (T4).
Esto posiblemente se deba a la presencia de microorganismos atraídos por las sustancias azucaradas (azúcar, melaza y jugo de caña) agregadas al compost ( Cariello et al., 2007 ).
Se ha documentado que la comunidad microbiana presentes en las pilas de compost se vuelven metabólicamente activos cuando tienen disponibles sustratos para su desarrollo ( Camacho et al., 2014 ); degradando una gran variedad de materia orgánica procedentes de los tejidos animales y vegetales como: agar, almidón, celulosa, pectina, proteínas, entre otros ( Azurduy, Azero, Ortuño, 2016).
En este sentido Al-Bataina, Young y Ranieri (2016) mencionan que otro de los factores que depende la maduración y biotransformación del compost es el tamaño de las partículas iniciales a compostar porque “cuanto mayor sea la superficie expuesta al ataque microbiano por unidad de masa, más rápida y completa será la reacción” Sin embargo, esta variable no aplica en los cambios observados, ya que, el tamaño de partícula del compost era homogénea para todos los tratamientos.
Los nutrimentos como K, Ca, S, B, Zn y Mn a pesar de sus diferencias numéricas no presentaron diferencias estadísticas ( P ≥ 0.05) con respecto al tratamiento control (T4).
El tratamiento con melaza presentó mayor concentración de nitrógeno (1.8%), fósforo (0.48%) potasio (1.2%) y magnesio (0.48%); además, en este sustrato, hubo mayor contenido de boro (36 mg L -1), cobre (42 mg L -1), hierro (603 mg L -1) y manganeso (338 mg L -1) esto se debe posiblemente a una mejor transformación de los componentes del compost en este tratamiento. Nuestros valores están dentro del rango sugerido por la norma técnica colombiana (NTC) 5167, la cual sugiere que los valores de NPK deben ser superiores a 1% ( Bohórquez, Puentes, Menjívar, 2014). Nuestros resultados concuerdan con los obtenidos por Melgarejo, Ballesteros y Bendeck (1997) adonde el contenido de nutrimentos (P, K, Ca, Mg y S) totales y disponibles eran mayor en el compost con Melaza, urea y CaCO 3. Hernández et al. (2010) utilizó compost elaborado con estiércol seco de ganado vacuno, gallinaza, levadura y melaza y reportó valores inferiores de N (0.12 %) en 30 días de maduración además de valores superiores de los nutrimentos (P, Ca, Mg) y valores inferiores de (K y Fe) a los 60 días de maduración. Saldaña-Bardales (2018 4) determinó una alternativa de sustitución de fertilizantes sintéticos por medio de mezclas de residuos sólidos orgánicos y aserrín con bacteria eficientes obtenidos en campo encontrando valores menores de P (1.08%), K (0.85%), Ca (2.90%) mientras que, en Mg (0.49%) los valores son similares a los reportados en este trabajo.
Materia orgánica
Referente a la materia orgánica (M.O.) se observó valores menores en los tratamientos con adicción de sustancias azucaradas observando que el tratamiento T2 con melaza presentó los menores valores (11.3%) en comparación con el testigo (15.7%) encontrando diferencias significativas entre ambos tratamientos ( P ≤ 0.05) ( Cuadro 3) estos resultados posiblemente se deben a que a través del tiempo, la materia orgánica (MO) se ve disminuida gracias a la presencia de microorganismos que requieren de M.O. para su metabolismo ( Villacís-Aldaz et al., 2016 ) además que, algunos elementos presentes en el compost son más favorables para condiciones determinadas de aireación, humedad y pH mejorando de esta manera el proceso de maduración ( Melgarejo et al., 1997 ). Nuestros resultados son similares a Flores et al. (2020) donde reporta valores de 15.52% de materia orgánica en compost de biorresiduos sólidos urbanos a cielo descubierto. Sin embargo, son menores a los reportados por Medina et al. (2018) donde observó valores de M.O. arriba del 34% en compost elaborado con paja y estiércol de ovino a los 30 días de muestreo. Reporta valores superiores a 23.03 % de M.O. observados en un compost de estiércol vacuno y lombriz Eisenia foetida en una maduración de 90 días. Observó al inicio del experimento un valor de 80.6 % de M.O. y a los tres meses, se obtuvo un valor de 51.7%.
Cuadro 3:
Contenido nutricional de las pilas de compost con la aplicación de sustancias azucaradas (azúcar, melaza y jugo de caña de azúcar) para su aceleración y maduración
M.O. = materia orgánica. † Promedios con letras diferentes indican diferencias estadísticas (Tukey, P ≤ 0.05).M.O. = organic matter. † Means with different letters indicate statistical differences (Tukey, P ≤ 0.05).
pH
Los niveles de pH de las pilas de compost con sustancias azucaradas, no tuvo cambios significativos ( P ≤ 0.05) con respecto al testigo (T4). Se observó tendencia a la alcalinización con valores de pH entre 8.0 y 8.4 (Cuadro 3). Los valores de pH logrados en este estudio fueron similares a los obtenidos donde reportó valores de pH 8.0 en un compost realizado con azúcar de caña, utilizando dos tipos de compost inoculados con microorganismos de montaña y con sustrato tipo Takakura reportan valores por encima de 7.5. Cabe mencionar que, el pH tiene una influencia directa en la elaboración de compost esto se debe a la acción metabólica de los microorganismos durante su maduración. La aireación correcta genera compost con un pH óptimo (7 a 8); un pH por debajo de estos valoras, indicaría un fenómeno anaeróbico además de indicarnos que el material aún no está maduro concluyeron que, con valores bajos de pH, la degradación orgánica se inhibe, por lo tanto, un síntoma de una buena descomposición radica en que el pH se conserve arriba de 7.5 durante el proceso.
Conclusiones
La adición de sustancias azucaradas disminuye los días de maduración del compost, esto se asegura al mantener un buen pH, humedad y aireación.
La disponibilidad de nutrimentos en los abonos orgánicos no depende de su contenido, sino de los procesos físicos, químicos y microbianos; Además, algunos componentes pueden llegar a estar más biodisponibles gracias a las condiciones óptimas de aireación, pH y humedad.
De las sustancias azucaradas evaluadas en este estudio, la adición de melaza se propone para acelerar el proceso de maduración y degradación en los sistemas de compost.