fases del proceso de compostaje y dinámica de

fases del proceso de compostaje y dinámica de

FASES DEL PROCESO DE COMPOSTAJE Y DINÁMICA DE
TEMPERATURAS EN MEZCLAS DE ESTIÉRCOL BOVINO Y
RASTROJO DE MAÍZ
Phases of the Composting Process and Dynamic of Temperature in Mixtures of
Bovine Manure and Corn Straw
Lourdes Lucía López Romero1, María del Rosario Jacobo Saucedo1, Uriel
Figueroa Viramontes2*, Jesús Arcadio Muñoz Villalobos1
Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), Centro
Nacional de Investigación Disciplinaria Relación Agua-Suelo-Planta-Atmósfera (CENIDRASPA). Km. 6.5 Margen Derecha Canal de Sacramento, Gómez Palacio, Durango, C.P.
35140. 2INIFAP, Campo Experimental La Laguna. Blvd. José Santos Valdez 1200 Poniente,
Col. Centro, Matamoros, Coahuila C.P. 27440.
e-mail: [email protected]
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RESUMEN
La generación de residuos orgánicos como el
estiércol y residuos de cosecha, es una problemática ambiental a nivel mundial por las emisiones de gases efecto invernadero y lixiviados que
contaminan al suelo y mantos acuíferos. Lejos de
ser una problemática, los residuos orgánicos y sus
mezclas, pueden tener una aplicación en la elaboración de compostas. La temperatura es consecuencia del tipo de proceso y por tanto un indicador
de funcionamiento en el proceso de compostaje.
Se evaluó la evolución de la temperatura durante
las diferentes fases del proceso de compostaje
con proporciones variadas de estiércol de bovino lechero y rastrojo de maíz, como sigue: 100%
Estiércol, 0 % Rastrojo (T1); 80% Estiércol, 20%
Rastrojo (T2); 60% Estiércol, 40% Rastrojo (T3);
40% Estiércol, 60% Rastrojo (T4); 20% Estiércol,
80% Rastrojo (T5). Se llevó a cabo un registro de
temperaturas tres veces por semana en diferentes
zonas de la pila de compostaje, hasta observar
cambios inexistentes o nulos de temperatura en
el proceso. El tratamiento con proporción 40% estiércol (T4), tuvo una mayor duración de la fase de
descomposición, mientras que el tratamiento con
proporción 100% estiércol (T1), alcanzó la fase de
maduración en menor tiempo, pero con registros
de temperaturas más bajas dentro de la etapa
termogénica. Se observó que no existe diferencia
significativa entre las diferentes zonas de medición
de temperatura. Se recomienda un estudio posterior con mayor cantidad de materiales para las
mezclas de compostas para la confirmación de los
resultados.
Palabras clave: Etapa mesotérmica, etapa
termogénica, fase de descomposición, residuos
orgánicos.
SUMMARY
Generation of organic waste such as manure
and crop residues is a global environmental problem by emissions of greenhouse gases and leachates that contaminate the soil and groundwater.
Far from being a problem, organic waste and their
mixtures, may have an application in the production
of compost. The temperature is a consequence of
the type of process and therefore it is an indicator
of performance in the composting process. The
temperature evolution during different phases of
the composting process with varying proportions
of dairy cattle manure and corn stover were evaluated, as follows: 100% manure, 0 % corn stover
(T1); 80% manure, 20 % corn stover (T2); 60%
manure, 40 % corn stover (T3); 40% manure, 60
% corn stover (T4); 20% manure, 80 % corn stoAGROFAZ
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ver (T5). Temperature was registered three times
a week in different areas of the compost pile, until no temperature changes were observed in the
process. Treatment with 40 % manure proportion
(T4), had a longer duration of the phase of decomposition, whereas treatment with 100% manure
proportion (T1), reached the maturation phase in
less time, but with lower temperatures in the thermogenic stage. It was observed that there is no
significant difference among the different zones
of temperature measurement. Further study with
more materials for mixtures of compost for confirmation of the results is recommended.
Keywords: Mesothermic stage, organic waste,
decomposition phase, thermogenic stage.
INTRODUCCIÓN
La gran cantidad, acumulación, e inadecuado
procesamiento de desechos agropecuarios, es
uno de los principales problemas de la industria en
muchos países, incluyendo a México. Se estima
que en la Comarca Lagunera hay aproximadamente 575,000 cabezas de ganado bovino en explotación bajo sistemas de producción intensivos
de carne y leche (SIAP, 2013). El estiércol que se
genera, se acumula apilado en los corrales o los
ranchos y posteriormente es incorporado a suelos
agrícolas, ocasionándose un riesgo de contaminación ambiental y sanitario (Vázquez -Vázquez,
2010). Estos desechos son una fuente importante
de nutrimentos que se pueden reciclar en tierras
de cultivo. Para su aprovechamiento es necesario
el uso de diferentes tecnologías de tratamiento de
residuos orgánicos para estabilizar los nutrientes
que contienen, a través de procesos controlados
que minimicen el riesgo de contaminación ambiental y que a su vez eliminen las bacterias patógenas presentes normalmente en las excretas y que
constituyen un riesgo potencial para la salud de
los animales y de las personas (Gómez et al.,
2009; 2011), evitando así el uso desmedido de fertilizantes inorgánicos y fomentando al mismo tiempo la producción orgánica de alimentos. De esta
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manera, se le otorgará un valor agregado al estiércol implementando opciones de manejo y tratamiento a través de los cuales se favorezca la
menor pérdida y se logre tener mayor retención de
nutrientes en el producto final (Bernal et al., 2009;
Gómez et al., 2011). Una de las opciones más viables para dichos procesos, es el tratamiento biológico en fase aerobia, el cual puede ser utilizado
para los siguientes fines (Adani, 2003): producción
de una composta de calidad; producción de material compostado de calidad relativamente inferior
con aplicación limitada o para la recuperación de
espacios degradados; reducción de biodegradabilidad de material cuyo destino es la deposición en
vertedero (tratamiento de bioestabilización), y aumento del potencial calorífico del material gracias
a la evaporación de agua por la aireación forzada
y al incremento de temperaturas ocasionado por
el calor liberado durante la degradación biológica
(tratamiento de biosecado).
Uno de los procesos biológicos de conversión
de residuos más estudiados es el compostaje,
donde se realiza una descomposición de los desechos orgánicos y disminución de gases de efecto
invernadero (Comisión Europea, 2014) hasta llegar
a un producto denominado “compost” o composta.
En este proceso, se busca mantener un ambiente
aerobio ya que los productos finales de un mecanismo anaerobio no son los buscados para ser
aplicados en la agronomía y generan una pérdida
de nutrientes (Uicab-Brito y Sandoval, 2003).
En todo proceso de compostaje se pueden diferenciar por lo menos dos fases: la fase de descomposición y la fase de maduración (Torrento,
2001).
Fase de descomposición
También llamada fase activa, es un proceso
de simplificación donde las moléculas complejas
se degradan a moléculas orgánicas e inorgánicas
más sencillas. Es un proceso exotérmico debido
principalmente a la actividad biológica donde los
microorganismos consumen oxígeno y se alimen-
RELACIONES AGUA-SUELO-PLANTA
tan de la materia orgánica de los ingredientes en la
pila de compostaje, emitiendo a la atmosfera: calor,
bióxido de carbono (CO2), vapor de agua, metano
(CH4) y óxido nitroso (NO2), entre otros compuestos (Gómez et al., 2013). La fase de descomposición se caracteriza por la alternancia de etapas
mesotérmicas (10-40ºC) con etapas termogénicas
(40-75ºC), con la participación de microorganismos mesófilos y termófilos, respectivamente.
En una unidad de composta (UC) se distinguen
dos regiones o zonas: una zona central o núcleo
de compostaje, que presenta los cambios térmicos
más evidentes, y la corteza o zona cortical, que
rodea al núcleo, en donde su espesor dependerá
de la compactación y textura de los materiales utilizados (Rodríguez-Salinas y Rojas, 2000; Sztern y
Pravia 2001). Uicab-Brito y Sandoval (2003) tomaron como base las temperaturas alcanzadas en el
núcleo de la unidad de composta, diferenciando las
siguientes etapas en el proceso: Etapa de latencia,
presente desde la conformación de la UC hasta el
incremento de temperatura. Sztern y Pravia (2001)
mencionan que a una temperatura ambiente de 10
y 12 ºC, esta etapa puede durar de 24 a 72 hrs.
Etapa mesotérmica (10-40ºC), presencia de fermentaciones facultativas de la microflora mesófila,
en concordancia con respiraciones aeróbicas, en
condiciones de aerobiosis actúan Euactinomicetos
(aerobios estrictos), importantes en la producción
de antibióticos. Etapa termogénica 1 (40-75ºC): se
sustituye a la microflora mesófila por la termófila,
por la acción de Bacilos y Actinomicetos termófilos.
Por lo general, se eliminan todos los organismos
mesófilos patógenos, hongos, esporas, semillas
y elementos biológicos indeseables. Etapa mesotérmica 2: con el agotamiento de los nutrientes, y
la desaparición de los organismos termófilos, desciende la temperatura, ya que la masa de compostaje se recoloniza por microorganismos mesófilos
que son capaces de degradar los azúcares restantes, celulosa y hemicelulosa.
Fase de maduración
Se alcanza cuando la temperatura de la pila
baja paulatinamente a menos de 40º C hasta presentar valores muy cercanos a la temperatura ambiente y ya no rebasa esta temperatura después
de voltear y humedecer la pila. Durante la fase de
maduración y estabilización ocurre un proceso de
humificación de la materia orgánica, produciéndose una composta madura con características húmicas. Con esto se considera al material biológicamente estable y se da por culminado el proceso
(Mejía-Sánchez, 1995, Rodríguez-Salinas y Rojas,
2000; Sztern y Pravia, 2001). La duración de esta
fase también depende de la composición inicial de
la composta, del control de la temperatura y humedad que se haya tenido durante la fase termofílica
y de las condiciones ambientales que prevalecen
durante la maduración de la pila (Gómez et al.,
2013).
Partiendo de la base que en un proceso de
compostaje los responsables de la transformación
son los microorganismos, todos aquellos factores
que pueden limitar su desarrollo serán limitantes
también del propio proceso. Para conseguir que
esta transformación se realice en condiciones
controladas (aeróbicas y termófilas) hace falta una
serie de requisitos, que no son otros que los que
necesitan los microorganismos para desarrollarse
(Barrena, 2006).
El objetivo de este trabajo fue evaluar la dinámica de temperaturas en las diferentes fases del
proceso de compostaje de mezclas de estiércol
bovino lechero y rastrojo de maíz, hasta alcanzar
la fase de maduración, así como identificar la zona
de la unidad o pila de composta de mayor actividad
de los microorganismos encargados de la biodegradación de los materiales.
MATERIALES Y MÉTODOS
El trabajo se realizó en las instalaciones del
Centro Nacional de Investigación Disciplinaria
en Relación Agua, Suelo, Planta, Atmósfera (CEAGROFAZ
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NID-RASPA), ubicado en Gómez Palacio, Durango. Las coordenadas del sitio son 25º 35’ Latitud
norte, 103º 27’ Longitud oeste, a una altitud de 1135
msnm. El periodo de estudio se realizó durante los
meses Junio-Agosto de 2015. Para la producción
de las compostas se utilizó estiércol bovino lechero proveniente del rancho “El Lucero” ubicado en
la misma región de Gómez Palacio, Dgo. A dicho
estiércol se le dio una preparación de semi-molienda para reducir el tamaño grandes grumos con el
uso de una aplanadora y posteriormente tamizado
por una malla hexagonal de 25 mm. Como fuente
de carbono se utilizó rastrojo de maíz producido
en la región, mismo que se molió (partículas de
aproximadamente 5-10 cm de longitud) previo a
su utilización.
Las mezclas realizadas para la producción de
compostas fueron 5 tratamientos con proporciones
en base a peso de 60 kg cada pila de composta,
como sigue: 100% Estiércol, 0 % Rastrojo (T1);
80% Estiércol, 20% Rastrojo (T2); 60% Estiércol,
40% Rastrojo (T3); 40% Estiércol, 60% Rastrojo
(T4); 20% Estiércol, 80% Rastrojo (T5). Dichas
mezclas fueron establecidas como pilas a cielo
abierto, con riegos y volteos periódicos según las
necesidades observadas, utilizándose también
una cubierta plástica en caso de lluvia. El experimento consistió en el monitoreo y registro de temperatura cada 3 días en un mismo horario hasta
ser observado cambio nulo de temperaturas (fase
de maduración y estabilización del proceso de
compostaje), iniciando el 19 de junio de 2015. Se
utilizaron termómetros para compostas, realizando
la medición en la zona superior, lateral y central
de cada pila de composta. Así mismo se realizó el
registro diario de temperatura ambiental de la estación meteorológica presente en las instalaciones
del sitio experimental. El diseño experimental fue
de bloques al azar con 5 tratamientos y 4 repeticiones cada uno. Las temperaturas registradas fueron
sometidas a un análisis de varianza de un factor
para observar tendencias y probar diferencia significativa entre tratamientos.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN.
El proceso de compostaje tuvo una duración
total de 68 días, con término el día 28 de agosto de
2015. Durante este tiempo la temperatura ambiental promedio fue de 27.7, teniendo una máxima de
37.1 oC y mínima de 25.6 oC (Figura 1). De manera
general, la fase de descomposición se observó durante los primeros 60 días, coincidiendo con Bernal
et al. (2009), Crespo (2000) y Torres (2011) quienes indican que esta fase activa puede durar de
cuatro a más de 12 semanas, dependiendo de la
época del año y de los ingredientes en la pila de
compostaje.
Figura 1. Registros de temperatura ambiente durante el proceso de compostaje.
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RELACIONES AGUA-SUELO-PLANTA
En la figura 2 se observa la tendencia en el
comportamiento de las temperaturas en todos los
tratamientos en cada una de las zonas de medición. Las temperaturas alcanzadas de las mediciones realizadas en las pilas de composta dentro del
periodo de estudio varían de 64.2 a 34.3 oC en la
zona superior, 64.0 a 35.0 oC en la zona lateral, y
61.3 a 34.0 oC en la zona central. Las temperaturas
más altas corresponden a la etapa termogénica del
proceso, alcanzándose la mayor en el tratamiento
con proporción de 40% estiércol (T4); el tratamiento con proporción 100 % estiércol (T1) tuvo los registros de temperatura más baja al inicio y durante
todo el proceso.
Figura 2. Dinámica de temperatura medida en la zona superior (A), lateral (B) y central
(C) en compostas con diferente proporción de estiércol.
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Puede observarse también que el tratamiento con 20% de estiércol (T5) muestra evidentes
fluctuaciones de temperatura en las tres zonas de
medición. De igual manera, en la misma figura, se
observa que el tratamiento con proporción 40% estiércol (4), tuvo una mayor duración de la fase de
descomposición, mientras que el tratamiento con
proporción 100% estiércol (T1), alcanzó la fase de
maduración en menor tiempo, pero con menores
temperaturas, debido a la deficiente fuente de carbono contenida con la que fue producida, por lo
que se asume un inadecuado balance de nutrientes para los microorganismos. Gómez et al. (2013)
indican que durante el compostaje de excretas animales las pérdidas de carbono orgánico en forma
de bióxido de carbono pueden alcanzar el 67% en
excretas de ganado, lo que implicaría insuficiencia
de sustrato energético para los microorganismos.
En la Figura 3, se observan los tratamientos
con mayor y menor temperaturas registradas en
las tres zonas de medición así como las diferencias
significativas en los tiempos durante el proceso de
compostaje. Tomando como base la zona central
de la pila de composta, en la mayoría de los días
de registro de temperatura se observa diferencia
significativa entre tratamientos, a excepción de
los días 12, 19 y 31 que coinciden con eventos de
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AGROFAZ
lluvia horas antes a la toma de temperatura de dichos días, así como al exceso de humedad y falta de aireación momentánea de los materiales, lo
que provoca la caída temporal de temperatura y
por consecuencia, estrés de los microorganismos
termogénicos. Las temperaturas más bajas en las
pilas de composta fueron registradas los mismos
días que las temperaturas ambientales fueron más
bajas, por lo tanto se comprueba la relación entre
el ambiente y las pilas de composta para acelerar
o disminuir la velocidad del proceso en relación a
las temperaturas que se pueden alcanzar. Por lo
tanto, la humedad adicionada a las pilas por las
lluvias y las temperaturas ambientales más bajas
propiciaron el tener el registro de menor temperatura en todas las pilas de compostas en relación a
estos dos eventos, información que concuerda con
la FAO (2000) donde se menciona que el tiempo
y la temperatura para la producción de composta
puede variar en relación al clima de la región. Los
efectos circunstanciales debidos a los eventos antes mencionados, coinciden con los estudios realizados por Miller (1992) quien indica que con una
adecuada aireación se controla la concentración
de oxígeno en la pila de composta, y además se
controla mejor la temperatura, se elimina el exceso
de humedad y de bióxido de carbono.
RELACIONES AGUA-SUELO-PLANTA
Figura 3. Medias significativas de las temperaturas medidas en la zona superior (A),
lateral (B) y central (C) en compostas con proporciones 100% y 40 % estiércol.
*Líneas verticales no traslapadas indican diferencia significativa.
Según Roe (1998), una de las principales consecuencias de la anaerobiosis, es el exceso de
humedad o compactación excesiva del material, lo
que sería indeseable en el proceso de composteo.
En la Figura 4 se detectan las diferencias significativas de cada zona de medición de temperatura
en la pila de compostaje de los tratamientos T4 y
T1 (proporciones 40 y 100 % estiércol, respectivamente). Se puede observar como en los dos
tratamientos analizados no existe diferencia significativa en la mayor parte del proceso por zona de
medición. Esto se atribuye a la cantidad y volumen
de material composteado, el cual se apiló con una
altura no mayor a 50 centímetros, lo que provoca
facilidad de manejo y menor compactación de los
materiales. Saña and Soliva (1987) indicaron que
el parámetro limitante en un sistema dinámico de
compostaje es la altura, pues si es excesiva, provoca la compactación del material, lo que redundaría en diferencias de temperaturas en la pila de
compostaje.
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Figura 4. Medias significativas de temperaturas según la zona de medición en compostas con 40 (A) y 100% de estiércol (B). Temperatura medida en la parte central (C), lateral
(L) y superior (S).
*Líneas verticales no traslapadas indican diferencia significativa.
CONCLUSIONES
LITERATURA CITADA
Las mezclas de estiércol de bovino lechero y
rastrojo de maíz tienen efecto importante en las
fases de temperatura en el proceso de compostaje. El incremento de la actividad biológica genera
calor, lo que provoca un aumento general de la
temperatura, especialmente en el centro de la pila
de compostaje. El incremento de la temperatura en
la primera fase del compostaje, indica la presencia
de materiales muy degradables y condiciones adecuadas, mostrando el desarrollo correcto del proceso. Considerando las temperaturas alcanzadas
durante todo el proceso, el tratamiento con proporción de estiércol del 40% (T4), es el más efectivo
para obtener una composta de calidad. Se recomienda un estudio posterior con mayor cantidad de
materiales para las mezclas de compostas para la
confirmación de resultados.
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