EVALUACIÓN DE COMPOSTA DE LODO RESIDUAL EN EL CRECIMIENTO DE PLANTAS ORNAMENTALES Lina Cardoso Vigueros, Esperanza Ramírez Camperos, Socorro López Armenta, Gabriela Moeller Chávez, Reyna Palma Auyón, Petia Mijaylova Nacheva Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, Paseo Cuauhnahuac 8532, Col. Progreso, Jiutepec, Morelos, México, C.P. 62500, Teléfono y número de fax: (73) 19-40-00 y 19-45-45 ext. 432 y 430. E-mail: [email protected]

Palabras clave: lodo residual, composta, pila estática, nutrimentos, metales pesados.

Resumen En México, los principales sistemas de tratamiento de agua residual que se utilizan son convencionales (lagunas de oxidación y estabilización, lodos activados, filtros biológicos, etc.). Estos sistemas tienen como desecho el lodo residual, en el que se depositan los contaminantes removidos como patógenos, metales pesados y tóxicos orgánicos. En el país, los lodos se definen como desechos peligrosos de acuerdo a la NOM-052--ECOL/93, por lo que deben disponerse en confinamientos controlados. De los trabajos realizados durante los años de 19881990 por el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, se concluyó que el composteo es adecuado para el manejo de lodos, ya que la composta se caracteriza por un elevado contenido de materia orgánica, y algunos macro y micronutrimentos. Por otra parte, desde hace tiempo en México se practica, en forma sistemática, la explotación de bancos de tierra ubicados en las áreas forestales, para proveer de sustratos a las actividades de horticultura ornamental, como la floricultura y el viverismo. Esto ha ocasionado un empobrecimiento de los suelos forestales, principalmente de la capa superior donde se almacenan los elementos requeridos por las plantas. La extracción ilimitada de tierras orgánicas ha provocado como consecuencia su escasez y encarecimiento. Una solución a la demanda de sustratos es la producción de composta a partir de desechos orgánicos como el lodo residual. Sin embargo, estos desechos tienen que ser tratados para poder ser utilizados sin riesgos de contaminación. En el IMTA se hizo un estudio para evaluar la eficiencia en la remoción de contaminantes y la estabilización de la materia orgánica por cuatro sistemas de tratamiento de lodos residuales: estabilización aerobia, anaerobia, encalado y composteo, Moeller et. al 1996, en este trabajo se concluyó que aún cuando los cuatro sistemas de tratamiento de lodos permiten alcanzar la estabilización de la materia orgánica, con el composteo se logró reducir más la concentración de contaminantes y obtener un producto con alto valor de nutrimentos para el crecimiento de plantas, el siguiente paso consistió en comprobar que efectivamente este producto servía para el desarrollo de vegetales por lo que se decidió realizar estudios que demostraran la eficiencia de la composta en el crecimiento de plantas ornamentales. En este estudio se inició con una evaluación y análisis comparativos de la calidad de dos compostas, una de lodos industriales y la otra de lodos municipales, los valores obtenidos se compararon con relación a sustratos orgánicos utilizados en viveros. Para llevar a cabo la evaluación del crecimiento de las plantas se realizaron dos experimentos en condiciones de vivero uno para evaluar el porcentaje de composta (20-100%) que podía ser utilizado sin dañar el crecimiento vegetativo y el otro que consistió en comparar la eficiencia de dos compostas con relación a sustratos utilizados en plantaciones comerciales de plantas ornamentales . En ambos casos el análisis de crecimiento se realizó por medio de la cuantificación de parámetros fisiológicos, se tomaron datos de las plantas en cada uno de los tratamientos y se sometieron a un análisis de varianza. Para la distribución de los tratamientos en vivero se seleccionó un diseño completamente al azar. En la comparación analítica de la calidad de las compostas con relación a los sustratos orgánicos comerciales, las compostas de lodo residual industrial tuvieron un mayor contenido de materia orgánica y macro y micronutrimentos que los sustratos comerciales de vivero. Las formas orgánicas de los nutrimentos son mayores que las formas disponibles lo que puede constituir una desventaja si se requiere de un crecimiento rápido por lo que sería necesario el uso complementario de fertilizantes comerciales. Las compostas constituyen una fuente de micronutrimentos, estos elementos debido a que se encuentran fuertemente enlazados en la materia orgánica, pierden su poder tóxico para convertirse en reserva nutrimental para las plantas. En el análisis estadístico del crecimiento de las plantas de ornato no se señalan diferencias significativas entre los diferentes tratamientos, sin embargo se observó un porcentaje ligeramente mayor de crecimiento de los tratamientos, por lo que se concluye que la composta de lodos residuales pueden ser utilizadas como sustratos orgánico para el crecimiento de plantas ornamentales. Antecedentes En México, los principales sistemas de tratamiento de agua residual que se utilizan son lagunas de estabilización, lodos activados y algunos otros sistemas en menor escala como filtros rociadores, tanques Inhof, tratamiento primario, etc.. Con estos sistemas se generan aproximadamente 170 m3 por segundo de aguas residuales. Aunque en el país no se cuenta con una estadística completa de las cantidades de lodos generadas por el tratamiento de estas aguas residuales, de las características que presentan y de las plantas que tienen un sistema de manejo adecuado para este tipo de desechos, se puede considerar que, si se tuviera una concentración de DBO5 de 200 mg/l de sólidos suspendidos totales en el agua residual generada, el lodo

producido sería de 734.4 ton de lodos por día, de los cuales el 60% serían lodos primarios (440.64 ton/día). Estos lodos concentran materia orgánica no estabilizada, contaminantes como patógenos, metales pesados y tóxicos orgánicos que se han removido del agua durante su depuración. La eficiencia real de remoción de contaminantes de estas plantas es nula, debido a que la mayor parte de los lodos generados en los procesos son vertidos en los sistemas de alcantarillado o en cuerpos de aguas superficiales o bien dispuestos en basureros a cielo abierto, sin que se tomen las medidas de protección adecuadas para evitar la contaminación del suelo, de los cuerpos receptores y del acuífero, provocando un problema ambiental y de salud pública mayor del que se pretende resolver (Moeller, et al. 1996). El tratamiento y disposición de estos sólidos es complejo y se considera que de los costos totales de operación de una planta el 50% corresponden a los costos de tratamiento, manejo y disposición de los lodos (WEF, 1992-1993). Existen diferentes tecnologías para tratar estos residuos, las más usuales se representan en la figura 1.

LODO RESIDUAL CRUDO

TRATAMIENTOS TÉRMICOS (>55 º C): -Tratamiento aerobio y anaerobio, 55-60 º C -Pasteurización, 70 º C -Secado con calor, 70 º C

DESHIDRATACIÓN: -Filtro prensa -Centrífuga

DIGESTIÓN MESOFÍLICA: -Anaerobia -Aerobia -Encalado

APLICACIÓN EN SUELO: Lodo Clase B, uso restringido Composteo tempertura > 55 º C, durante tres días

PRODUCTO PARA VENTA Y APLICACIÓN EN SUELO: Lodo Clase A, uso sin restricciones Nota: La clasificación del lodo en A y B, se refiere al contenido de patógenos de acuerdo a la Norma 503 (40 CFR, Part 503, USEPA, 1994.

Figura 1. Tratamientos de lodo para uso con y sin restricciones

En México se han hecho algunos estudios sobre tratamiento de lodos residuales, el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA), desarrolló tecnología específica sobre el composteo de lodos residuales. En 1991 Ramírez, et al., llevaron a cabo experimentos con lodos residuales industriales con buenos resultados, (90-100% de remoción de coliformes fecales, reducción de 50-100% de compuestos orgánicos y dilución de 25-78% de metales pesados). En 1996, Moeller, et al. compararon la eficiencia de estabilización de la materia orgánica y la reducción de cuatro sistemas de tratamiento de lodos (digestión aerobia y anaerobia, encalado y composteo), y concluyeron que aún cuando los cuatro sistemas de tratamiento permiten alcanzar la estabilización de la materia orgánica, con el composteo se logró reducir más la concentración de contaminantes y obtener un producto con alto valor de nutrimentos y de fácil manejo para el crecimiento de vegetales. Con estos estudios se logró mostrar que el composteo es un proceso microbiológico que degrada el lodo y lo estabiliza, es uno de los métodos térmicos que provee una destrucción significativa de patógenos y produce un sustrato estéticamente aceptable que puede ser usado benéficamente sobre el suelo como un fertilizante o como un acondicionador de suelo. En la figura 2 se muestran las etapas que se llevan a cabo durante el proceso.

MAT. ACOND. RECICLADO

LODO RESIDUAL

SECADO

MEZCLADO

CRIBADO

PILA ESTÁTICA (21 DIAS)

MATERIAL ACONDICIONADOR

CURADO (30DIAS)

ALMACEN

CURADO (30 DIAS)

SECADO

COMPOSTA (PRODUCTO FINAL)

CRIBADO

MAT. ACOND. RECICLADO

Fuente: Benedict Arthur, et al., 1986. Figura 2. Etapas básicas en el composteo de pila estática

Evaluación de la composta de lodo residual como sustrato de vivero Después de comprobar que el composteo era un proceso por medio del cual se podía obtener un producto parecido a un sustrato orgánico, el siguiente paso consistió en comprobar que la composta efectivamente servía para el desarrollo de vegetales, por lo que se decidió realizar estudios que demostraran la eficiencia de la composta en el crecimiento de plantas ornamentales. En estos estudios se hizo en primer término una evaluación y análisis comparativo de la calidad de tres compostas una de lodos industriales y la dos de lodos municipales, los valores obtenidos se compararon con los registrados por tres sustratos utilizados en la producción comercial de plantas ornamentales. Las muestras de estos materiales se analizaron de acuerdo a los parámetros de interés que se muestran en el cuadro 1.

Cuadro 1. Métodos utilizados para la caracterización de compostas y sustratos de vivero

Parámetro

Método analítico

Nitrógeno total

Método Kjeldahl, Jackson, 1970

Nitrógeno inorgánico NH4, NO3, NO2

Se extrajo KCL según técnica de arrastre de vapor (Bremner, 1965, Keeny y Nelson, 1982)

Fósforo total y orgánico

Método de ignición Saunders and Williams, 1955, modificado por Walker and Adams, 1958, Agronomy 9 Part. 2, pp 411, 1982.

Fósforo disponible

Método Bray (Bray y Kurt, 1945) y el Método Olsen( Olsen, et al. 1965).

Sulfatos

Turbidimetría (APHA, 1992 SECC. 4500)

Cloruros

Potenciométrico CAQAF6-09 NOM-AA-73, 1981

Carbonatos y bicarbonatos

Por titulación con H2SO4, 0.01 N y Cl por valoración con AgNO3, 0.005N (Richards, 1974)

Densidad real

Método del picnómetro

Densidad aparente

Método de la probeta

% de portosidad

Calculado (DR-DA/DR) x 100

Potasio, calcio, magnesio, sodio como bases intercambiables y metales pesados

Espectrofotometría de absorción atómica, cromo total se extrajo con HNO3 4 N y se cuantificó por absorción atómica, sodio y potasio se determinaron por flamometría

Materia orgánica

Método de Walkey, 1977

Capacidad de intercambio catiónico

Método de acetato de amonio de amonio y acetato de sodio Jackson, 1976)

Reacción de adsorción de sodio y porciento de sodio intercambiable

Calculadas de acuerdo a Richards, 1985

pH

Preparación de la muestra relación suelo agua 1:2 y extracto de saturación (Richards, 1974) , y análisis potenciométrico

Metodología para la evaluación en vivero Para llevar a cabo la evaluación del crecimiento de las plantas se realizaron dos experimentos en condiciones de vivero, uno para evaluar el porcentaje de composta (20-100%) que podía ser utilizado sin dañar el crecimiento vegetativo, el otro que consistió en comparar la eficiencia de dos compostas con relación a sustratos utilizados comúnmente para el crecimiento de plantas ornamentales. En ambos casos el análisis de crecimiento se realizó por medio de la cuantificación de parámetros fisiológicos, se tomaron datos de las plantas en cada uno de los tratamientos y se sometieron a un análisis de varianza. El diseño experimental utilizado para llevar a cabo la evaluación de la composta fue una distribución completamente al azar, que permitió trabajar con las siguientes condiciones: con unidades experimentales homogéneas y con un margen de error experimental aleatorio.

En ambas pruebas se llevó a cabo un análisis de crecimiento por medio de la cuantificación de parámetros fisiológicos. Se tomaron en cuenta los valores primarios que se refieren al número de hojas, ramas, diámetro de tallos, brácteas florales y altura de plantas. Los datos que se tomaron de las especies ornamentales se sometieron a un análisis de varianza. Con los resultados obtenidos se realizaron gráficas de crecimiento e incremento en número de estructuras (hojas, ramas y brácteas florales), con respecto al tiempo considerado. Para la primer prueba se evaluaron un modulo con plantas de flores (bugambilia) y dos módulos de follajes (aralia y amaranta). Cada módulo tuvo cinco tratamientos y un testigo (A,B,C,D,E,F) con cinco repeticiones los materiales utilizados como sustratos fueron: a) Para el testigo, mezcla utilizada por los viveristas que consiste en 35% de bagazo, 35% de tierra de hoja fresca y 30% de tierra de hoja completamente humificada o digerida. b)Para los tratamientos se mezcló composta de lodo industrial en diferentes porcentajes 20 a 80% con la mezcla utilizada por los viveritas, cuadro 2 . . Cuadro 2. Distribución de tratamientos para la primera prueba de vivero Tratamientos A

Dosis de composta por tratamiento -Testigo, mezcla utilizada por los viveristas.

B

-20% composta + 80% mezcla utilizada por los viveristas.

C

-40% composta + 60% “

“

“

“

D

-60% composta + 40% “

“

“

“

E

-80% composta + 20% “

“

“

“

F

-100% composta de lodo residual industrial

La distribución en campo de las unidades experimentales se muestra en el cuadro 3. Cuadro 3. Distribución de las unidades experimentales A1 B2 C3 D4 E5 F6

C7 F8 D9 B10 A11 E12

E13 C14 F15 A16 B17 D18

D19 A20 E21 C22 F23 B24

B25 E26 A27 F28 D29 C30

En la segunda prueba los materiales utilizados como sustratos fueron: a) Composta 1, de lodo residual municipal elaborada con base a los siguientes materiales: lodo municipal, pasto o grama, viruta de madera y cascara de coco.

b) Composta 2, de lodo residual municipal elaborada con base a los siguientes materiales: municipal y desperdicios de jardinería (pasto o grama, ramas, etc.).

lodo residual

c) Además se utilizaron tierras orgánicas como: tierra de río, la cual se extráe de las orillas y recodos de riveras, hoja de encino y hoja de pino, las cuales se extraén de áreas forestales. Como material vegetativo se utilizaron bugambilia, aralia y crisantemo, cada especie fue evaluada por separada en módulos de cinco tratamientos con 25 repeticiones. La distribución de tratamientos y de éstos en campo se muestra en los cuadros 4 y 5. Cuadro 4. Distribución de tratamientos para la segunda prueba de vivero Tratamientos A

Dosis de composta por tratamiento -Composta 1.

B

-Composta 2.

C

-Tierra de río.

D

-Hoja de encino.

E

-Hoja de pino.

Cuadro 5. Distribución de las unidades experimentales en la segunda prueba de vivero E 1 E 5 E 15 B 15 D 19

E 2 E 6 B 10 E 22 A 20

D 1 B 6 E 16 D 12 D 20

E 3 E 7 A 13 A 18 D 21

A 1 C 4 C 8 C 13 C 20

E 4 C 5 A 14 E 23 C 21

A 2 D 6 B 11 D 13 B 21

D 2 E 8 B 12 D 14 C 22

C 1 A 9 B 13 D 15 B 22

A 3 A 10 C 9 C 14 D 22

A 4 D 7 D 9 D 16 C 23

B 1 E 9 B 14 B 16 D 23

D 3 C 6 A 15 B 17 C 24

C 2 C 7 C 10 B 18 B 23

A 5 E 10 D 10 C 15 B 24

A 6 D 8 E 17 C 16 C 25

B 2 E 11 C 11 C 17 B 25

C 3 A 11 A 16 C 18 E 25

B 3 E 12 E 18 E 24 D 24

D 4 A 12 E 19 A 19 A 21

D 5 B 7 C 12 D 17 D 25

B 4 E 13 A 17 C 19 A 22

B 5 B 8 E 20 B 19 A 23

A 7 E 14 D 11 B 20 A 24

A 8 B 9 E 21 D 18 A 25

Resultados En la comparación analítica de la calidad de las compostas con relación a los sustratos orgánicos comerciales, las compostas de lodo residual industrial tuvieron un mayor contenido de materia orgánica y macro y micronutrimentos que los sustratos comerciales de vivero. Las formas orgánicas de los nutrimentos son mayores que las formas disponibles, lo que puede constituir una desventaja si se requiere de un crecimiento rápido por lo que sería necesario el uso complementario de fertilizantes comerciales. Las compostas constituyen una fuente de micronutrimentos, estos elementos debido a que se encuentran fuertemente enlazados en la materia orgánica, pierden su poder tóxico para convertirse en reserva nutrimental para las plantas. En el cuadro 6, se aprecia el contenido de nutrimentos en compostas de lodo residual de origen industrial y municipal con relación a sustratos comerciales de vivero.

Cuadro 6. Composición orgánica y contenido de nutrimentos en tres compostas de lodo Nutrimentos

Sustratos utilizados en vivero

Compostas de lodo residual industrial

Compostas de lodo residual municipal

Hoja de encino

Hoja de pino

Tierra de río

Bagazo de caña

Reciclo

Pedacería de madera

Bagazo de caña

Bagazo de caña + desperdicios de jardín

Materia orgánica %

33.0

13.0

2.4

41.7

41.3

48.3

11.5

2.4

Capacidad de intercambio catiónica meq/l

40.0

42.0

19.0

66.2

69.0

42.6

24

35

Nitrógeno total

1.0

0.53

0.26

5.0

4.3

4.2

0.65

0.87

N-NH4 ppm

139.0

193.0

15.0

7 380

5 708

5 110

324

19

N-NO3+NO2 ppm

127.0

123.0

135.0

1 444

849

415

359

160

Fósforo total %

0.017

0.018

0.011

0.94

0.89

0.40

0.079

0.084

Fósforo orgánico ppm

55.0

99.0

82.0

1 798

1 554

1 117

664

437

Fósforo disponible ppm

28.0

7.0

23.0

1 105

1 058

586

290

219

Potasio %

0.005

0.005

0.001

0.36

0.26

0.07

0.0155

0.0324

Calcio %

0.005

0.006

0.014

1.25

1.27

0.55

0.054

0.056

Magnesio %

0.003

0.002

0.004

0.03

0.13

0.13

0.005

0.005

Hierro ppm

40

39

194

3 484

4 269

1 518

35

93

Cinc ppm

0.3

0.4

0.4

547

686

289

0.3

0.3

Manganeso ppm

46

28

13

97

105

49

87

10

Cobre ppm

1.5

0.7

4.0

129

124

35

4.9

12

Níquel

N.A.

N.A.

N.A.

89

102

40

N.A.

N.A.

Cobalto

0.3

0.4

0.4

0.4

0.3

N.D.

N.D.

N.D.

Componentes químicos de las compostas y sustratos de viveros Materia orgánica Durante el composteo hay una tendencia a disminuir el porcentaje de materia orgánica debido al proceso de mineralización y al consumo de carbono llevado a cabo durante la degración de la materia orgánica, sin embargo al final del proceso todavía se presentan valores altos en el contenido de materia orgánica. De acuerdo a la clasificación del contenido de materia orgánica de Velasco (1983), las compostas van de ricas con un valor de 2.4%, a extremadamente ricas con un valor de 11.5% para las compostas de lodo residual de origen municipal. Las compostas de lodo industrial alcanzan una categoria parecida a materiales orgánicos como el humus, turbas comerciales como el peatmoss y abonos de excremento animal (vacuno 48.24%, gallinaza 29.43%, porcino 46.90%, ovino 48.24%). La tierra de hoja de encino presentó valores más altos de materia orgánica que las compostas de lodo residual municipal. Capacidad de intercambio catiónica La capacidad de intercambio catiónica en las compostas y en los materiales de uso común en los viveros nos da una idea de la capacidad nutritiva que pueden proporcionar estos sustratos, en este caso para las compostas de lodo industrial se tuvieron valores muy altos de 62.2, 69.0 y 42.6 meq/100 g; seguidas de los sustratos de vivero (hoja de encino 40, hoja de pino 42 y tierra de río 19 meq/100 g), mientras que las compostas de lodos de origen municipal obtuvieron 24 y 35 meq/100 g. Por lo que respecta a la reserva nutrimental se considera que ésta es abundante cuando la CIC es mayor de 25 meq/100 g de suelo, por lo que todos los materiales analizados tienen un aporte de nutrimentos considerable para el crecimiento vegetal, principalmente las compostas elaboradas con lodos industriales. Macronutrimentos Las plantas requieren de algunos elementos como carbono, hidrógeno y oxígeno en grandes cantidades; no obstante estos elementos se encuentran en forma disponible en el ambiente y no necesitan ser aplicados por los agricultores. Otros elementos requeridos por las plantas en proporciones altas son: el nitrógeno, fósforo, potasio, calcio y magnesio. Todos estos elementos tienen importancia estructural y funcional en los tejidos de las plantas, por lo que se conocen como macronutrimentos. En las compostas se estudiaron dichos elementos, en sus formas totales, orgánicas y disponibles, las formas orgánicas representan un porcentaje considerable lo que indica que estos nutrimentos no se encuentran disponibles fácilmente pero constituyen una reserva de nutrimentos que se va liberando con el tiempo. Este aspecto puede constituir una desventaja si se requiere de un rápido crecimiento vegetativo por lo que es necesario para esto agregar fertilizantes comerciales. A continuación se describe la concentración de nutrimentos de cada una de ellas: Nitrógeno Las formas de nitrógeno analizadas en las compostas fueron: nitrógeno total, amoniacal, nitratos y nitritos. La concentración de nitrógeno aumenta en el lodo debido a la adición de materiales acondicionadores (bagazo de caña, pedacería de madera, etc.), al lodo. Durante el composteo los niveles de nitrógeno amoniacal disminuyen, acompañados de un incremento en la cantidad de nitratos, que indica que la nitrificación se llevó a cabo, Bishop and Godfrey, 1986. Si la aeración durante el proceso no ha sido suficiente o la fuente de amoniaco es elevada, la nitrificación no se lleva a cabo, ya que ésta ocurre como consecuencia de un proceso aerobio. La acumulación de nitritos diminuye cuando los niveles de amoniaco descienden debido a la oxidación, y/o a la diminución del pH durante la nitrificación. Los microorganismos que oxidan el nitrito se desarrollan

asimilando su sustrato. En las compostas de lodo industrial la concentración de nitritos y nitratos fueron superiores a los valores presentados por las compostas de lodo municipal. Los sustratos utilizados comúnmente en vivero como la hoja de encino, la de pino y tierra de río presentaron valores muy bajos con respecto a todas las compostas. En las compostas de lodo residual industrial se observó alta concentración de nitrógeno amoniacal y nitritos con valores más bajos de nitratos, lo cual indica que no hubo nitrificación adecuada. Altas dosis de nitrógeno amoniacal en las compostas pueden causar daño en la germinación de semillas o estacas. Se debe, por lo tanto, permitir su estabilización mediante el mezclado de otros sustratos durante siete u ocho días antes de la siembra. Los nitritos NO2, son tóxicos a las plantas y microorganismos, representan un problema cuando se acumulan como resultado de la alcalinidad y elevados niveles de amonio. Sin embargo se oxidan con facilidad en nitratos en presencia de oxígeno, por lo cual las concentraciones elevadas no son frecuentes una vez mezclados con otros sustratos. La recomendación hecha respecto al nitrógeno amoniacal con respecto a una estabilización previa antes de la siembra, mencionada en el párrafo anterior, puede ser aplicada también, para contrarrestar la toxicidad de los nitritos. Fósforo En las compostas el fósforo fue analizado como fósforo total, fósforo orgánico y fósforo disponible,(este último constituye el fósforo que puede ser utilizado por los vegetales directamente). El fósforo orgánico se encuentra en las compostas en porcentajes que van de 53 a 83%. El fósforo disponible en la composta representa hasta el 35% del fósforo total. Las mayores concentraciones de fósforo total se encontraron en las compostas de lodo industrial (1,105, 1058 y 586 ppm), seguidas por las compostas de lodo municipal (290 y 219 ppm), los valores más bajos se obtuvieron con los sustratos de uso común en viveros (hoja de encino, 28; hoja de pino 7; y tierra de río 23 ppm). Potasio Dentro de los tres principales macronutrimentos se encuentra el postasio. Al igual que el calcio y el magnesio este elemento está en competencia en el complejo de intercambio, cualquier variación en la concentración de alguno, aumentará o disminuirá su disponibilidad. Los valores más altos se registraron con las compostas de lodo industrial, (9.25, 6.90 y 1.82) y los más bajos con los sustratos de vivero, (1.11, 1.21 y 0.70 meq/100 g). Calcio y Magnesio El calcio es otro constituyente importante de las plantas. La cantidad de calcio intercambiable decrece con el incremento de la capacidad de intercambio catiónica. En las compostas se obtuvieron valores tan altos como 63.50 meq/100 (composta de lodo industrial). El magnesio está disponible para las plantas como ion Mg++. Al igual que el calcio, su disponibilidad depende de la concentración de otros elementos. Si el potasio o el calcio se encuentran en mayor cantidad, las plantas tendrán deficiencias de magnesio. En las compostas el valor del magnesio varió de 11.09 meq/100 g (composta de lodo industrial) a 4.3 (composta de lodo municipal). Los sustratos de vivero obtuvieron valores de 4.7 a 5.4 meq/100g. Micronutrimentos En este grupo quedan comprendidos el hierro, cinc, manganeso, cobre, níquel y cobalto. En la etapa de mezclado, anterior al proceso de composteo, existe un efecto de dilución de estos metales debido a la adición de materiales acondicionadores, durante el composteo y después en la composta muchos de estos

metales quedan inmovilizados en la propia biomasa de los microorganismos o forman compuestos organometálicos con la materia orgánica, de esta manera quedan fuertemente enlazados y no se encuenta fácilmente disponibles a las plantas. Muchas veces se consideran a los metales pesados como tóxicos inorgánicos, sin embargo es importante saber que los micronutrimentos, así conocidos por que son requeridos por los seres vivos en pequeñas dosis, son esenciales debido a que toman parte en funciones catalíticas, y que en concentraciones adecuadas, constituyen un aporte de nutrimentos del lodo o la composta para el correcto desarrollo de los vegetales. Todos los materiales analizados fueron ricos en micronutrimentos, las compostas de lodos industriales tuvieron valores muy altos de estos metales. El elemento que se presentó con más alta concentración fue el hierro, el cual es un elemento muy estable y no representa un peligro de toxicidad ni para las plantas, ni para la cadena alimenticia en concentraciones altas. Para comprobar que los metales se encontraban en rangos adecuados para la nutrición vegetal los valores de estos elementos en las compostas, se compararon con los de las concentraciones máximas establecidos por la EPA en 1994 en la norma 40 CFR Parte 503. Cuadro 7. Concentración de metales pesados en lodos y compostas comparados con los valores máximos permitidos por la EPA Elemento

Compostas de lodo industrial ppm

Compostas de lodo municipal ppm

Norma EPA (1994) ppm

Bagazo de caña

Reciclo

Pedacería de madera

Bagazo de caña

Bagazo de caña + desperdicios de jardín

3 480

4 269

1 518

35

93

No hay límite

547

686

289

0.3

0.3

7 500

97

105

49

87

10

No hay límite

Cobre

129

124

35

4.9

12

4 300

Níquel

89

102

40

N.A.

N.A.

Cobalto*

N.D.

N.D.

N.D.

0.4

0.3

Hierro Cinc Manganeso

420 No hay límite

*No se ha provado que el cobalto sea un elemento escencial para el desarrollo de las plantas superiores. Pero las bacterias noduladoras lo necesitan para fijar el nitrógeno atmosférico en las legumbres. Como se puede observar no existe ningún riesgo de toxicidad de metales pesados por el uso de las compostas de acuerdo a estas normas. Otros metales que si tienen un riesgo potencial y que pueden considerarse como tóxicos ya que no se requeridos por las plantas son: el cadmio que es fácilmente absorvido por las plantas desplazando al cinc, plomo y cromo. En el cuadro se compararan los valores obtenidos en las compostas con los establecidos por la EPA (1994).

Cuadro 8. Presencia de metales pesados con potencial contaminante Elemento

Compostas de lodo industrial

Compostas de lodo municipal

Norma EPA-503

Bagazo de caña

Reciclo

Pedacería de madera

Bagazo de caña

Bagazo de caña + desperdicios de jardín

Cadmio

1.29

1.49

0.86

0.4

0.4

85

Cromo

N.D.

N.D.

N.D.

18

20

3 000

Plomo

553

482

232

6

10

840

Componentes físicos de las compostas y sustratos de viveros Las características físicas de los sustratos utilizados se muestran en el cuadro 9. Cuadro 9. Características físicas de sustratos orgánicos y compostas Tierra orgánica

% arena

% arcilla

%limo Clasificación textural

Densidad Densidad % real aparente Porosidad g/cm3 g/cm3

Tierra de río

66.92

19.0

14.08

2.40

1.30

45.0

Peso de sustrato en bolsa de 8 litros (kg/bolsa) 10.4

Hoja de encino Hoja de pino Composta 1 66.92

-

-

1.72

0.0714

95.8

0.57

7.0

26.08

1.9 2.20

0.122 0.79

93.7 64.0

0.98 6.3

Composta 2

-

-

2.15

0.70

67.45

5.6

-

Franco arenoso -

Franco arenoso -

Como se puede observar dentro de la clasificación de texturas sólo se incluye la tierra de río y la composta 2, la cualtuvo un proceso de mineralización mayor que la 1. Los demás sustratos debido a su alto componente orgánico deberán incluirse dentro de las categorías de turbas más que de suelos. La porosidad de todos los materiales es muy alta. La densidad de los sustratos es una característica directamente relacionada con el peso específico del sustrato, este parámetro es importante desde el punto de vista de manejo de materiales de vivero. Si el peso específico del sustrato es mayor representa una desventaja porque aumentan los costos de operación (estiba y transporte de plantas), en el caso del sustrato de tierra de río este alcanza un peso de 10.4 kg por bolsa, mientras de las hojas de encido y pino no llegan a pesar ni un kilogramo, las compostas obtuvieron un peso de 6.3 y 5.6 kg/bolsa. Por otro lado la cantidad de riegos en vivero aumenta si incrementa la porosidad, lo que incrementaría también los costos de operación, las tierras de encino y hoja de pino tienen una porosidad muy alta lo que aumenta el número de riegos necesarios para mantener un cultivo de vivero. Las compostas ofrecen como ventaja, un peso no muy alto y una porosidad adecuada que permite mayor retención de humedad.

Evaluación del crecimiento de plantas de ornato con uso de compostas de lodo residual y sustratos de vivero Como se observó en el análisis de la composición fisicoquímica hecha a las compostas, estas tienen un alto contenido de nutrimentos y materia orgánica. En este inciso se describe la evaluación del efecto de estas características nutritivas en el desarrollo de plantas ornamentales en condiciones de vivero. En este trabajo se consideró el crecimiento de las plantas como un indicador biológico de la factibilidad del uso de la composta. Los resultados que se obtuvieron en la primera prueba de vivero utilizando diferentes porcentajes de composta (20-100%), se observan en las figuras 3-8.

50

Composta 0%

45

Composta 20%

40 35 30

Composta 40% Composta 60%

25

Composta 80%

20

Composta 100%

15 10 5 0 27/07/97

10/09/97

10/10/97

4/12/97

Fecha de muestreo

Figura 3. Altura alcanzada en cada tratamiento para la amaranta.

10

Composta 0%

9

Composta 20%

8

Composta 40%

7

Composta 60%

6

Composta 80%

5

Composta 100%

4 3 2 1 0 18/10/97

Fecha

4/12/97

Figura 4. Registro del número de ramas en plantas de amaranta con sustratos de vivero y mezclas de composta

25

Composta 0% Composta 20%

20

Composta 40% Composta 60%

15

Composta 80% Composta 100%

10

5

0

Fechas de muestreo

Figura 5. Altura alcanzada en cada tratamiento para la aralia 45

Composta 0%

40

Composta 20%

35

Composta 40%

30

Composta 60%

25

Composta 80%

20

Composta 100%

15 10 5 0 3/05/96

25/07/96

10/08/96 10/09/96 Fechas de muestreo

18/10/96

4/12/96

Figura 6. Altura desarrollada en cada tratamiento para bugambilia

Número de hojas

10

Composta 0% Composta 20%

8

Composta 40%

6

Composta 60%

4

Composta 80% Composta 100%

2 0 10/08/96

25/09/96 18/10/96 Fecha de muestreo

4/12/96

Figura 7. Número de hojas en cada tratamiento para aralia 25 20

Composta 0%

15

Composta 20%

10

Composta 40% Composta 60%

r

5

Composta 80%

0

Composta 100% 18/10/96

4/12/96

Fecha de muestreo

Figura 8. Número de brácteas de bugambilia con sustrato de vivero y mezclas de composta

Resultados obtenidos en la segunda evaluando la composta con otros sustratos orgánicos

Composta 1

100 90

Composta 2

80

Tierra de río

70

Hoja de encino

60

Hoja de pino

50 40 30 20 10 0 24/12/96

28/01/98

11/04/98

1/05/97

Fecha monitoreo

Figura 9. Altura promedio de bugambilia obtenida en la comparación de diferentes sustratos de vivero y compostas de lodo residual

140 Composta 1

120

Composta 2 100

Tierra de río

80

Hoja de encino

60

Hoja de pino

40 20 0 24/12/96

28/01/98

11/04/98

1/05/97

Fecha de monitoreo

Figura 10. Diámetro de tallos de bugambilia crecida con diferentes sustratos de vivero y compostas de lodo residual Composta 1

60

Composta 2 50

Tierra de río Hoja de encino

40

Hoja de pino

30 20 10 0 24/12/96

28/01/97

24/04/97

1/05/97

Fecha de monitoreo

Figura 11. Número de brácteas florales de bugambilia crecida con diferentes sustratos de vivero y compostas de lodo residual

Composta 1

45.00

Composta 2

40.00

Tierra de río

35.00

Hoja de encino

30.00

Hoja de pino

25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 24/12/96

29/01/97

25/02/97

Fecha de monitoreo

Figura 12. Altura de crisantemo crecida con diferentes sustratos de vivero y compostas de lodo residual

30.00

Composta 1

25.00

Composta 2

20.00

Tierra de río

15.00

Hoja de encino

10.00

Hoja de pino

5.00 0.00 29/01/97

25/02/97

Fecha de monitoreo

Figura 13. Número de flores de crisantemo crecida con diferentes sustratos de vivero y compostas de lodo residual

Composta 1

40 35

Composta 2

30

Tierra de río

25

Hoja de encino

20

Hoja de pino

15 10 5 0 24/12/96

20/01/97

24/03/97

1/05/97

Fecha de monitoreo

Figura 14. Altura de aralia crecida con diferentes sustratos de vivero y compostas de lodo residual

160 Composta 1

140

Composta 2

120

Tierra de río

100

Hoja de encino Hoja de pino

80 60 40 20 0 24/12/96

20/01/97

24/03/97

1/05/97

Fecha de monitoreo

Figura 15. Diámetro de tallos de aralia crecida con diferentes sustratos de vivero y compostas de lodo residual

Composta 1

14

Composta 2

12

Tierra de río

10

Hoja de encino Hoja de pino

8 6 4 2 0 24/12/96

20/01/97

24/03/97

1/05/97

Fecha de monitoreo

Figura 16. Número de ramas de aralia crecida con diferentes sustratos de vivero y compostas de lodo residual

Conclusiones y recomendaciones Con base a la experiencia obtenida en los experimentos en vivero con el crecimiento de las plantas de ornato y en las características fisicoquímicas de las compostas se elaboraron las siguientes conclusiones: Contenido de nutrimentos Las compostas son útiles para el desarrollo de plantas ornamentales y como acondicionador de suelos debido a su contenido de macro y micronutrimentos, elevada capacidad de intercambio catiónica y concentraciones elevadas de materia orgánica. Evaluación como sustituto de sustratos de vivero En la evaluación de la composta como sustrato de vivero para el crecimiento de plantas de ornato, el análisis estadístico no señaló diferencias significativas entre los distintos tratamientos. Pero esto no prueba que no existan diferencias reales entre ellos. Se observó un porcentaje mayor de crecimiento de los tratamientos en los que se utilizó la composta con respecto a los tratamientos en los que se utilizó

solamente sustratos de uso común en viveros. Por lo tanto, la composta puede utilizarse como sustituto de las tierras orgánicas, principalmente forestales, que actualmente usan los viveristas. Referencias Benedict, Arthur, Elliot Epstein and John N. English.1986. Municipal sludge composting technology evalation. Journal WPCF, Vol. 58, Num. 4, 280-281 pp. Diario Oficial de la Federación. 29 de noviembre de 1994. Norma Oficial Mexicana NOM-052-ECOL/93, que establece las características de los residuos peligrosos, el listado de los mismos y los límites que hacen a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente. Moeller Chávez, G.; P. Mijaylova Nacheva; L. Cardoso Vigueros; E. Ramírez Camperos y S. López Armenta. 1996. Alternativas de tratamiento y uso de lodos residuales. Proyecto TC-9614. Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, Subcoordinación de Tratamiento de Aguas Residuales. Ramírez C. E., Cardoso, V.L. y López, S., 1991., Estudio de factibilidad para el montaje de una planta de composteo, Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, Informe Interno, 4--25 pp. U.S. Environmental Protection Agency. 1993. Standards for the use and disposal of sewage sludge (40 CFR Parts 257, 403 and 503) Final Rule. Federal Register, February 19, Vol. 58, 9248-9415. Velazco (1983), op. cit. en Vázquez Alarcón, Antonio. 1996. Guía para interpretar el análisis químico del agua y suelo. 2a. edic. Universidad Autónoma de Chapingo. Departamento de Suelos. Water Environment Federation. 1992. Wastewater treatment plant design MOP. 8. WEF. Water Environment Federation. 1993. Anaerobic sludge digestion MOP:16. WEF.