Guía de buenas prácticas de manejo de excretas:

Metodologías para la elaboración de compostas y lombricompostas de excretas de ganado de leche Sergio Gómez Rosales, María de Lourdes Angeles, Gregorio Núñez Hernández, Uriel Figueroa Viramontes

Centro Nacional de Investigación Disciplinaria en Fisiología y Mejoramiento Animal Campo Experimental La Laguna. Centro de Investigación Regional Norte Centro Diciembre 2013 Libro Técnico Núm. 20, ISBN: 978-607-37-0219-5

 

DIRECTORIO INSTITUCIONAL SECRETARÍA DE AGRICULTURA, DESARROLLO RURAL, PESCA Y ALIMENTACIÓN Lic. Enrique Martínez y Martínez Secretario Lic. Jesús Aguilar Padilla Subsecretario de Agricultura Prof. Arturo Osornio Sánchez Subsecretario de Desarrollo Rural Lic. Ricardo Aguilar Castillo Subsecretario de Alimentación y Competitividad Dr. Francisco José Gurría Treviño Coordinador General de Ganadería

INSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIONES FORESTALES AGRÍCOLAS Y PECUARIAS Dr. Pedro Brajcich Gallegos Director General Dr. Salvador Fernández Rivera Coordinador de Investigación, Innovación y Vinculación MSc. Arturo Cruz Vázquez Coordinador de Planeación y Desarrollo Lic. Luis Carlos Gutiérrez Jaime Coordinador de Administración y Sistemas CENTRO NACIONAL DE INVESTIGACIÓN DISCIPLINARIA EN FISIOLOGÍA Y MEJORAMIENTO ANIMAL Dr. César Augusto Mejía Guadarrama Director ii

 

CENTRO DE INVESTIGACIÓN REGIONAL NORTE CENTRO Dr. Homero Salinas González Director Regional Dr. Uriel Figueroa Viramontes Director de Investigación Dr. José Verástegui Chávez Director de Planeación y Desarrollo Lic. Daniel Santillán Aguilar Director de Administración

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Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias Progreso No. 5 Barrio de Santa Catarina Delegación Coyoacán CP 04010 México, D.F. Tel: (55) 38718700

ISBN: 978-607-37-0219-5

Primera edición 2013

No está permitida la reproducción total o parcial de esta publicación, ni la transmisión de ninguna forma o por cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, fotocopia, por registro u otros métodos, sin el permiso previo y por escrito de la Institución

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Prólogo En el Centro Nacional de Investigación Disciplinaria en Fisiología y Mejoramiento Animal (CENIDFyMA) se cuenta con proyectos dirigidos a incrementar la sustentabilidad de los diferentes sistemas de producción pecuaria, a través del aprovechamiento integral de los recursos disponibles. Una parte de estos recursos son las excretas eliminadas por los animales ya que contienen altas cantidades de nutrientes que se pueden reciclar en tierras de cultivo para producir forraje para autoconsumo. El uso de tecnologías como el compostaje y lombricompostaje es importante para estabilizar los nutrientes que contienen, pero también, de forma muy relevante, para eliminar las bacterias patógenas presentes normalmente en las excretas y que constituyen un riesgo potencial para la salud de los animales y las personas. El presente libro técnico se generó como parte de los productos de dos proyectos: El Macroproyecto titulado: Mejoramiento de la productividad, competitividad y sustentabilidad de la cadena productiva de leche de bovino en México, y dentro de este, del Subproyecto: Manejo integral de excretas en explotaciones lecheras de los diferentes sistemas de producción de México. También se incluyeron resultados obtenidos en la elaboración de compostas y lombricompostas del proyecto: Establecimiento de módulos de validación y transferencia de tecnología pecuaria para impulsar acciones de mitigación del cambio climático y cuidado del ambiente, que es financiado por el Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias y el Fondo Institucional de Fomento Regional para el Desarrollo Científico, Tecnológico y de Innovación (FORDECYT), proyecto No. 143064.

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Contenido Utilidad de las excretas animales Preparación de compostas Principios básicos del compostaje Factores a considerar para elaborar una composta Relación carbono:nitrógeno (C:N) Humedad Oxígeno Diámetro de la partícula Porosidad pH Temperatura Formación de la pila de compostaje Composición nutrimental Grado de madurez Disponibilidad de nutrientes Métodos de compostaje Pilas estáticas (windrows) Camas estáticas aireadas o ventiladas Sistemas cerrados Compostaje en tambor Compostaje en túnel Compostaje en contenedor Compostaje en nave Preparación de lombricomposta Principios básicos del lombricompostaje Características de las excretas usadas como sustrato para las lombrices Preparación del lecho o cama para lombrices El proceso de lombricomposteo Condiciones óptimas durante el lombricomposteo Factores ambientales propicios para la cría de lombrices Humedad Temperatura pH Conductividad Cosecha de la lombricomposta Manejo de la lombricomposta o humus producido Ventajas de la aplicación del humus en terrenos de cultivo Variaciones de la calidad nutrimental del humus de lombriz Literatura citada

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Pág. 1 4 4 7 8 14 15 15 15 16 16 17 19 20 21 23 23 25 26 27 28 28 29 31 31 33 36 37 38 39 39 40 40 40 41 42 42 44 49

 

UTILIDAD DE LAS EXCRETAS ANIMALES La leche y sus derivados son los productos principales que se obtienen en los sistemas de producción de ganado de leche. En estos sistemas también se generan subproductos como las excretas eliminadas por los animales, las cuales son una fuente importante de nutrimentos que se pueden reciclar en tierras de cultivo. Sin embargo, es necesario el uso de diferentes tecnologías para tratamiento de residuos orgánicos para estabilizar los nutrientes que contienen, a través de procesos controlados, pero también, de forma muy relevante, para eliminar 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). En sistemas intensivos de producción de leche se ha reportado que de la proteína consumida por las vacas, aproximadamente un 25% se excreta en la leche (Ryan et al., 2010). Mientras que del fósforo consumido, entre el 20 y 50% se excreta en la leche (Klop et al., 2012). Por otro lado, los resultados de estudios de balance de proteína y fósforo en ganado de leche, indican que de la proteína consumida, entre el 50 y 80 % es excretada en las heces y orina y del fósforo consumido, la excreción total en heces y orina fluctúa entre 45.5 y 72 % (Taylor et al., 2009; Puggaard et al., 2011; Borucki Castro et al., 2008). Estos resultados indican que aunque la proteína es uno de los componentes más caros de la dietas que consumen los animales, la mayor parte se excreta en las heces y orina. Dentro de los ciclos naturales del nitrógeno y el fósforo, su paso a través de los animales solo constituye un eslabón en donde se aprovecha una parte minúscula, lo cual debe asegurarse que sea de la forma más eficiente. Pero no se debe desdeñar el valor nutrimental y económico que representan las excretas si se quiere

lograr la mayor

sustentabilidad, con el mayor margen de beneficio económico y el menor impacto al ambiente.

En varios estudios se han identificado las rutas de pérdida y los cuerpos receptores del nitrógeno (proteína) y fósforo presentes en las excretas. El ciclo inicia a partir de los microorganismos presentes en las excretas, los cuales utilizan los aminoácidos de las 1

 

proteínas como fuente de carbono y nitrógeno para su crecimiento y reproducción, este proceso, que normalmente se presenta en las excretas frescas, y se conoce como fermentación, en el cual principalmente se libera nitrógeno en forma de amoniaco (NH3) y carbono en forma de CO2. Una parte del nitrógeno en forma de ion amonio (NH4+) se puede perder por lixiviación, otra, se puede perder por arrastre. La lixiviación consiste en el arrastre del ion NH4+ hacia las capas más profundas del suelo por efecto del agua de riego o de lluvia, pudiendo llegar eventualmente a cuerpos de agua subterráneos. El arrastre superficial se debe al escurrimiento del agua de riego o lluvia (de acuerdo con la pendiente del terreno) hasta desembocar en estanques, lagos o lagunas o terrenos bajos. El ion amonio también puede ser transformado por los microorganismos del suelo en nitritos (NO2-) y nitratos (NO3-), este proceso es conocido como nitrificación, y debido a su carga negativa no se combinan con las partículas de la tierra, pudiendo ser lixiviados a aguas profundas o arrastrados a aguas superficiales. El consumo de agua contaminada con amonio, nitritos y nitratos constituye un riesgo latente para la salud de las personas y animales (Gómez et al., 2009; Misselbrook et al., 2006; Hyde et al., 2005). Respecto al fósforo, la mayor parte se encuentra en la superficie del suelo, siendo la erosión, la principal causa de pérdida en forma natural. Pero al igual de lo que pasa con el nitrógeno, cuando las excretas son usadas como abonos orgánicos, gran parte del fósforo presente puede ser arrastrado por el agua de lluvia o el agua de riego hacia los mantos subterráneos o cuerpos de aguas superficiales en deterioro general de la calidad del agua (Gómez et al., 2009). El tipo de manejo del estiércol en los ranchos (colección, almacenamiento, tratamiento y reciclaje) determina, en gran medida, el grado de retención o pérdida de nutrimentos. Normalmente, el estiércol es barrido con escoba o colectado con palas de los corrales y depositado en un estercolero donde se deshidrata por la acción de los rayos solares. Al principio las excretas conservan cierto grado de humedad y temperatura que favorecen la proliferación de bacterias (con las consecuentes pérdidas de nitrógeno y carbono), la producción de gases (como el sulfuro de hidrógeno) que provocan la incomodidad de los vecinos por la emisión de malos olores, así como por la proliferación de moscas y otros insectos (Gómez et al., 2009). El secado de las excretas al sol puede eliminar ciertos 2

 

microorganismos, pero con esto también se aumenta la pérdida de nutrimentos. Por ejemplo, en un trabajo previo se observó que aproximadamente el 20% del nitrógeno y carbono presente en excretas frescas de ganado se perdió después de tres meses de secado al sol (Gómez et al., 2011). Se debe tener precaución cuando se usen excretas frescas como fertilizante debido a que el nitrógeno y fósforo son usados por las bacterias del suelo provocando su rápido crecimiento y fermentaciones indeseables con la formación de diferentes subproductos que pueden acidificar el suelo como ácidos grasos volátiles y el ión amonio (Bernal, 2008; Chadwick et al., 2012). Esto puede provocar cambios en las características físico-químicas del suelo, problemas de germinación de semillas, de absorción de nutrientes a través de las raíces y retraso del crecimiento de las plantas. Desde el punto de vista sanitario, se ha documentado que algunas bacterias presentes en las excretas pueden sobrevivir en el suelo y la superficie de las plantas por tiempo variable, en función de las condiciones ambientales (Escobar et al., 2012). Tomando en cuenta que el estiércol contiene una cantidad considerable de nitrógeno, fósforo, potasio y otros minerales, los cuales son indispensables para el crecimiento de las plantas, una manera de poder aprovecharlos es reciclándolas en terrenos de cultivo, evitando así el uso desmedido de fertilizantes inorgánicos y fomentando al mismo tiempo la producción orgánica de alimentos. Sin embargo, para minimizar el riesgo de contaminación

ambiental,

darle

un

valor

agregado

al

estiércol

y

aprovechar

adecuadamente los nutrientes para generar bienes de consumo, se recomienda implementar 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). En esta publicación se describe la metodología para la preparación de compostas y lombricompostas con estiércoles animales dando mayor énfasis al estiércol de ganado de leche.

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PREPARACIÓN DE COMPOSTAS Principios básicos del compostaje La composta es un material orgánico que se obtiene como producto de la acción controlada de los microorganismos sobre residuos orgánicos tales como hojas, rastrojos, cáscaras, basuras orgánicas caseras, subproductos maderables (aserrín y virutas), ramas, estiércoles y residuos industriales de origen orgánico (Torres, 2008). La composta es el producto que se obtiene del compostaje, también se conoce como compost, compuesto o abono orgánico y constituye un grado medio en la descomposición de la materia orgánica. Así mismo, se conoce como compostaje al proceso aeróbico de descomposición de la materia orgánica por medio de la acción de bacterias aerobias termófilas que están presentes (de forma natural) en cualquier lugar, y su posterior fermentación por otras especies de bacterias, hongos y actinomicetos. Normalmente, se trata de evitar la putrefacción de los residuos orgánicos que se produce por exceso de agua el cual impide la aireación u oxigenación y crea condiciones biológicas anaeróbicas malolientes. El compostaje implica la mineralización y humificación parcial de la materia orgánica, dando lugar a un producto estabilizado final, libre de efectos fitotóxicos, agentes patógenos y con ciertas propiedades húmicas (Zucconi y de Bertoldi, 1987). Durante la primera fase del proceso, los compuestos orgánicos de carbono son mineralizados y metabolizados por los microorganismos, produciendo CO2, NH3, ácido sulfídrico, ácidos orgánicos y calor. La acumulación de este calor eleva la temperatura de la pila del material orgánico y reduce el volumen de los residuos, logrando la destrucción de semillas de malas hierbas y de microorganismos patógenos. Una composta está formada por: a) El subproducto biológicamente estable del proceso de composteo; b) La biomasa de microorganismos, vivos y muertos; c) Los remanentes de los ingredientes originales sin descomponer. 4

 

Se considera un abono orgánico a aquel material como las compostas, que se aplica al suelo y estimula el crecimiento de las plantas de manera indirecta; es decir, a través de mejorar las propiedades físicas del suelo, como estructura, densidad aparente, porosidad, compactación y otros. Por otro lado, un material se considera como fertilizante cuando estimula el crecimiento de manera directa, mediante la aportación de nutrimentos esenciales para las plantas como el nitrógeno y fósforo. En este contexto, las compostas actúan de ambas formas, como abono orgánico, principalmente por su alto contenido de materia orgánica, y carbono, pero también funciona como fertilizante, principalmente por el aporte de minerales, y en menor medida por la contribución de nitrógeno (Chaney et al., 1992). Los principales beneficios de aplicar composta al suelo se deben a su contenido de materia orgánica y de acuerdo con Cooperband (2002) pueden resumirse en: a) Aumento de la capacidad de retención de agua en suelos arenosos b) Mejora de la permeabilidad en suelos arcillosos c) Promoción de la estructura y estabilidad de los agregados del suelo d) Aumento de la resistencia del suelo a la compactación e) Aumento de la fertilidad del suelo y la capacidad de intercambio catiónico f) Aporte de nutrimentos esenciales y disminución del requerimiento de fertilizantes g) Estimulación de la actividad microbiana del suelo, lo cual disminuye la acción de organismos fitopatógenos del suelo h) La mayor actividad microbiana estimula también la degradación de compuestos orgánicos contaminantes, como insecticidas. i) Reducción de la bio-disponibilidad de metales pesados, lo cual es importante en la remediación de suelos contaminados j) Aumento de la capacidad del suelo para capturar carbono del ambiente.

En años recientes ha crecido el interés por el uso de compostas; sin embargo, es necesario un manejo adecuado para evitar riesgos de sobrefertilización y contaminación 5

 

por nutrientes, como lixiviación de nitratos al agua subterránea y acarreo de fósforo en aguas superficiales (Gaudreau et al. 2002; Castellanos y Peña, 1990). En la actualidad, con los altos costos de los fertilizantes es importante buscar alternativas que reduzcan los costos de producción y los riesgos de contaminación al ambiente. Es importante conocer el suelo donde se pretende incorporar composta y seguir algunos criterios para un mejor aprovechamiento de este insumo.

Un ingrediente excelente y muy común en la elaboración de compostas es el estiércol de diferentes especies animales. En el Cuadro 1 se anota el inventario ganadero en México en el 2002, así como la aportación estimada de nitrógeno, fósforo y potasio (Cueto et al., 2005). De las explotaciones de ganado confinado, la que produce mayor cantidad de estiércol es la de bovinos lecheros, seguido por el ganado porcino y las aves criadas para producción de huevo y carne. Cuadro 1. Inventario ganadero a nivel Nacional en el 2010 (SAGARPA, 2012a) Ganado

Millones de cabezas 2.374 30.267 15.435 8.993 8.105 185.830 320.425

Producción de estiércol, Mill de ton/año b 4.201 (MS ) 27.084 3.489 0.775 0.524 1.281 1.986

Bovino de leche Bovino de carne Porcino Caprino Ovino Ave para huevo Ave para carne a http://www.siap.gob.mx/. b Materia seca. c Estimado de acuerdo con Moore y Gamroth, 1993.

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Contenido total estimado dec: N P2O5 K2 O Miles de ton/año 177 85 137 1,705 1,257 1,444 200 135 138 67 23 57 60 20 52 105 85 44 127 73 51

 

Factores a considerar para elaborar una buena composta En el proceso de compostaje se distinguen dos fases, una fase activa y una fase de maduración (Figura 1). Durante la fase activa o bioxidativa, los microorganismos consumen oxígeno y se alimentan 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 oxido nitroso (NO2), entre otros compuestos. La fase activa se puede dividir en tres partes: A) Una fase inicial con duración de 1-3 días, donde las bacterias mesófilas y hongos degradan compuestos simples tales como azúcares, aminoácidos, proteínas, entre otros compuestos, aumentando rápidamente la temperatura, B) Una fase termófila, donde los microorganismos termófilos degradan las grasas, celulosa, hemicelulosa y lignina. Durante esta fase de degradación máxima de la materia orgánica se produce la destrucción de patógenos, y C) Una fase de enfriamiento que se caracteriza por la disminución de la temperatura debido a la reducción de la actividad microbiana asociada al agotamiento de los sustratos orgánicos degradables ya que la masa de compostaje se recoloniza por microorganismos mesófilos que son capaces de degradar los azúcares restantes, celulosa y hemicelulosa. 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 (Bernal et al., 2009; Crespo, 2000; Torres, 2011). Figura 1. Evolución de la temperatura durante el proceso de compostaje

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La fase de maduración o curado (D) se alcanza cuando la temperatura de la pila baja a menos de 40º C y ya no rebasa esta temperatura después de voltear y humedecer la pila (Figura 1). Durante la fase de maduración y estabilización ocurre un proceso de humificación de la materia orgánica, produciéndose una composta madura con características húmicas. 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. En seguida se presenta una descripción de los factores que se deben controlar desde el inicio del proceso y en la siguiente sección se presentan diferentes instalaciones para el composteo. Para obtener una composta de calidad en un menor tiempo, se pueden controlar algunos factores que afectan el proceso de compostaje. Los principales factores y sus rangos óptimos se presentan en el Cuadro 2.

Cuadro 2. Factores y sus rangos óptimos en el proceso de compostaje Factores

Rango razonable

Relación C:Na

20:1 – 40:1

25:1 – 30:1

Humedad (%)

40 – 65

50 – 60

Oxígeno (%)

5

5 – 15

1.1 – 3.0

-

Diámetro de partícula (mm) Porosidad (%)

a

Rango preferido

30 – 36

pH

5.5 – 9.0

6.5 – 8.0

Temperatura (ºC) Relación C:N = Relación carbono:nitrógeno.

43 – 66

54 – 60

Relación Carbono:Nitrógeno (C:N) Esta relación es importante para mantener un proceso de compostaje activo. Al inicio del proceso, la relación C:N en la mezcla de ingredientes debe ser de 25-30:1. Una relación C:N inicial menor a 20:1 no es recomendable porque se pierde nitrógeno en forma gaseosa (amoníaco) y produce malos olores. Por otra parte, una relación C:N mayor a 8

 

40:1 en la mezcla provoca una descomposición lenta por la falta de nitrógeno para los microorganismos (Figura 2). Para combinar dos o más ingredientes con diferente relación C:N, las cantidades a mezclar se calculan mediante un sistema de ecuaciones simultaneas con dos incógnitas (Cuadro 3). Para resolver este sistema de ecuaciones se anexa un programa en Excel que también calcula la cantidad de agua que se requiere añadir para alcanzar el porcentaje de humedad deseado para el proceso de composteo. En el Cuadro 4 se muestra el contenido de nitrógeno y la relación C:N de materiales orgánicos que pueden ser usados en la elaboración de compostas.

Figura 2. Efecto de la relación C:N en la temperatura y tiempo de compostaje

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Cuadro 3. Ecuaciones simultáneas para calcular la cantidad de dos Ingredientes a mezclar en una pila de compostaje. Determinar las proporciones de estiércol y paja para tener una mezcla con una relación C:N = 35. Ingredientes E = Estiércol: N= 1.6%, C:N= 20

Despejando E 38E+31.5E=7000-2450 69.5E= 4550 Resolviendo para E

P = Paja: N= 0.7%, C:N= 100

E= 4450/69.5 = 65.467

C del material P = 100*0.7 =70 C del material E = 20*1.6= 32.7

Sustituyendo en ecuación 1

Ecuaciones 1 y 2 1) % de la mezcla;

65.467+P =100

E+P =100

Despejando a P

2) relación C/N requerida;

P=100-65.467 = 34.532

35= (E*32+P*70)/(E*1.6)+(P*0.7)

Resultado

Despejamos a P en ecuación 1

Las proporciones de estiércol y paja para tener una mezcla con una relación C:N = 35 son Estiércol: 65.467% y Paja: 34.532 %

P=100-E Sustituimos en ecuación 2 35= (E*32+(100-E)*70)/(E1.6)+(100-E)*0.7) 35= (32E+7000-70E)/(E*1.6)+(70-0.7E)

NOTA: Estos resultados son en peso seco de los ingredientes (kg o ton); deben ajustarse al contenido de humedad de cada uno de los ingredientes antes de mezclarse (ver Figura 7, es el mismo ejemplo pero con contenidos de humedad).

35= (7000-38E)/(70+0.9E) Quitamos denominadores (70+0.9E)35= (7000-38E) 2450+31.5E = 7000 – 38 E

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Cuadro 4. Características de ingredientes que pueden utilizarse para compostar. Material Estiércol Bovino

Valor Rango

Nitrógeno %

C:N

1.5 - 4.2

11 - 30

-

785 - 993

19

35

865

22 - 50

59 - 79

721 - 961

30

72

818

Promedio Estiércol Equino

Rango

2.4 1.4 - 2.3

Promedio

1.6

Humedad Densidad % kg/m3

Pollinaza (ave de carne)

Rango

1.6 -3.9

12 - 15

22 - 46

448 - 609

Gallinaza (ave de huevo)

Rango

4 - 10

3 - 10

62 - 75

817 - 961

8

6

70

Promedio Estiércol Ovino

Promedio

2.7

16

70

877 -

Estiércol Porcino

Promedio

3.1

14

80

-

Biosólidos

Rango

2-7

5 - 16

72 - 84

638 - 1038

Paja de maíz

Típico

0.6 - 0.8

60 - 73

12

Silo de maíz

Típico

1.2 - 1.4

38 - 43

65 - 68

19 -

Heno de alfalfa

Promedio

2.5

16

Paja general

Promedio

0.7

80

Paja avena

Promedio

0.9

Paja trigo

Promedio

Aserrín

-

60

12 -

135 -

0.4

127

-

-

Promedio

0.24

442

-

-

Madera dura

Promedio

0.09

560

-

-

Madera blanda

Promedio

0.09

641

-

-

Poda de pasto

Promedio

3.4

82 -

-

Hojas

Poda molida de árboles Lirio acuático

Suelta

-

17 -

Compacta

-

-

38 -

Promedio

0.9

178 - 237 297 - 475 -

Sueltas y secas

-

54 -

Compactas y húmedas

-

-

-

237 - 297

16

70

769

20 - 30

93

240

Típico

3.1 -

Típico

11

59 - 178

 

Hoja de cálculo. Para determinar las cantidades a mezclar de ingredientes en una pila de compostaje con una relación C:N y una humedad deseada, se incluye en esta publicación una hoja de cálculo en MS-Excel para resolver el sistema de ecuaciones (Figuras 3 y 4). Figura 3. Portada de la hoja de cálculo para estimar las cantidades de dos ingredientes a mezclar en una pila de composta.

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Figura 4. Celdas para la captura de información y salida de resultados.

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En el Cuadro 5 se describen los pasos a seguir para la captura de la información necesaria, correr el programa y la salida de resultados, de acuerdo con las celdas de la Figura 4. Cuadro 5. Descripción de los datos de captura de la hoja de cálculo. No. 1 2 3 4 5

Celdas B21, B22 C21, C22 D21, D22 F21, F22 C23, C24

6

C27, C28, El programa calcula el porcentaje de Ca da ingrediente que debe D27, D28 mezclarse para obtener la relación C:N y la humedad anotadas en C23 y C24

7

C33

8

Descripción Capturar el nombre de los dos ingredientes principales Capturar el % de N de los ingredientes Capturar la relación C:N de los ingredientes Capturar el % de humedad de los ingredientes Anotar la relación C:N y la humedad que se desea tener en la pila de compostaje al inicio del proceso

Anotar la cantidad del ingrediente 1 que se tiene disponible para compostar, el programa calcula la cantidad del ingrediente 2 en la celda C34. C38, C45, El programa calcula el porcentaje de humedad de la mezcla original (C38) y la C46 cantidad de agua faltante para alcanzar la humedad deseada en la pila (C45 y C46), anotada en C24.

Humedad El contenido de humedad ideal para la mayor actividad de los microorganismos en la pila de compostaje es de 50 a 60%. La actividad de los microorganismos disminuye cuando el contenido de humedad es menor de 40% y se detiene a menos de 15% de humedad. En forma manual se puede estimar que la humedad es la adecuada cuando se toma un puño de la mezcla de composta y no escurre agua al comprimirla, pero se siente húmeda al tacto y la bola formada no se desmorona. Los excesos de humedad también se detectan si la pila despide malos olores. El volteado de la pila ayuda a remover excesos de humedad.

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Oxígeno El oxígeno es necesario para mantener la actividad de los microorganismos. 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. La concentración óptima de oxígeno debe ser entre 15% y 20% (Miller, 1992). Con el volteado de la pila se aumenta la aireación de la mezcla, lo cual favorece además la completa descomposición del carbono orgánico en bióxido de carbono disminuyendo la producción de metano. Una excesiva aireación puede reducir la velocidad de descomposición por el efecto de enfriamiento, aumenta la eliminación de humedad e incrementa la pérdida de nitrógeno en forma de amoniaco. Diámetro de la partícula El tamaño de partícula y su distribución homogénea dentro de la pila son fundamentales para el crecimiento de microorganismos y el mantenimiento de la porosidad adecuada para la aireación. Cuanto mayor sea el tamaño de partícula, menor será el área de superficie expuesta a los microorganismos, incrementando el tiempo de compostaje. Así la composta con partículas grandes no se descompone adecuadamente porque los microorganismos difícilmente tienen acceso al interior de las partículas (Bernal et al., 1996). Sin embargo, las partículas que son demasiado pequeñas pueden compactar la pila, lo que reduce la porosidad, aumenta la compactación de la masa y provoca condiciones anaeróbicas y presencia de malos olores. Porosidad La porosidad adecuada del material a compostear es un factor que permite las condiciones apropiadas del entorno físico para una adecuada distribución de aire. Cuando la porosidad es superior al 50% provoca la diminución de la temperatura de la pila, porque la energía perdida excede el calor producido. También una baja porosidad conduce a condiciones anaeróbicas y la generación de malos olores. El porcentaje adecuado de aire que debe llenar el espacio de los poros de las pilas de compostaje debe ser entre 35-50%. La porosidad está en estrecha relación con el diámetro de la partícula, principalmente del material que se usa como fuente de carbono como las pajas.

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pH Un pH de 6.7-9.0 es compatible con la actividad microbiana en una buena composta, pero los valores óptimos varían entre 5.5 y 8.0 (de Bertoldi et al, 1983; Miller, 1992). Por lo general, el pH no es un factor clave para el compostaje debido a que la mayoría de los materiales usados están dentro de este intervalo de pH. Sin embargo, este factor es muy relevante para el control de las pérdidas por volatilización del nitrógeno amónico, que puede ser particularmente alta a pH mayor de 7.5. Temperatura La temperatura es el mejor indicador de lo que ocurre en una pila de compostaje. Al inicio del proceso la temperatura se incrementa rápidamente hasta 50 – 65º C, mientras los productos fácilmente degradables son consumidos. Cuando el oxígeno es limitante para la descomposición microbiológica, la temperatura de la pila disminuye, y entonces se requiere voltear y humedecer el material para reactivar el proceso. También se recomienda monitorear la temperatura de la pila (Fotografía 1) y voltearla antes de que alcance los 70º C, ya que a partir de este punto empiezan a morir muchos microorganismos. Con temperaturas mayores a 60º C se incrementa la pérdida de nitrógeno en forma de amoníaco. Para inactivar patógenos y semillas de malezas se requiere una temperatura de 55º C o más durante al menos dos semanas.

Fotografía 1. Termómetro para medir la temperatura durante el proceso de compostaje

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Formación de la pila de compostaje El piso donde se va a llevar a cabo la composta debe tener buen drenaje y pendiente ligera para evitar encharcamientos. Los ingredientes se humedecen uniformemente pero sin saturarlos. Una vez que los materiales alcanzan la humedad adecuada se mezclan; dependiendo del volumen de la pila, se utilizan herramientas manuales o mecánicas, como las volteadoras accionadas con tractor (Fotografía 2). Se recomienda que la pila tenga una altura mínima de 1.5 m y un ancho de 2.5 m. Con estas dimensiones se conserva el calor durante el proceso de compostaje. Pilas más pequeñas pierden rápidamente el calor, lo que reduce la velocidad de la descomposición. Con el fin de acelerar la descomposición es necesario oxigenar la mezcla, lo cual se logra volteando y humedeciendo los materiales. En Cuadro 6 se presenta una frecuencia de volteado y humedecimiento recomendada por semana durante el proceso de compostaje (Adaptado de Valenzuela, 2005). Cuando se agrega agua, debe hacerse antes de voltear el montón, aunque algunos equipos accionados por tractor vienen equipados con una toma de agua para conectar una manguera que permite voltear y humedecer al mismo tiempo el material. Si las temperaturas no aumentan al inicio del compostaje, puede deberse a la falta, exceso de humedad o falta de aireación. Si las temperaturas aumentan por arriba de 60º C, será necesario voltear la pila para reducir las temperaturas y evitar la muerte de microorganismos.

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Fotografía 2. Maquina volteadora de composta accionada por tractor.

Cuadro 6. Frecuencia de volteado y humedecimiento de la pila de compostaje. 1

Mes Semana

1

Volteado Diario  

2

2 3

Cada 3er  día

4

1

2

3 3

4

Cada Semana

1

2

4 3

4 Cada   2  semanas

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1

2

3

4

 

Composición nutrimental En general, cuando la composta se elabora sólo a partir de estiércol, tiene una composición similar a la fuente de donde se origina (Cuadro 7). Durante el procesamiento, el material original puede perder cerca del 50% de la materia seca en forma de bióxido de carbono, agua y otros gases, lo cual se refleja en una reducción en el volumen de la composta final, en un porcentaje similar (Leggett et al., 1996). El nitrógeno se pierde principalmente por volatilización y otros nutrientes por lavado durante el humedecimiento de la pila. Cuadro 7. Composición química de estiércol y composta de bovino lechero (Figueroa, 2001). Elementos, %

Estiércol

Composta

N P K Ca Mg Fe Mn Zn Cu

1.25 0.64 2.75 5.30 1.07 0.83 0.030 0.017 0.006

1.15 0.49 1.24 4.15 0.84 0.86 0.034 0.019 0.005

Durante el compostaje de excretas animales las pérdidas de carbono orgánico en forma de bióxido de carbón pueden alcanzar el 67% en excretas de ganado, 52% en excretas de aves y 72% en excretas de cerdo. Asimismo, el porcentaje de pérdida de nitrógeno por volatilización puede ser equiparable al del carbono orgánico debido a la actividad de los microorganismos. En algunos estudios se ha observado ausencia de pérdidas, mientras que en otros se ha reportado pérdidas de hasta 43% del nitrógeno inicial. Las pérdidas de carbono y nitrógeno durante el compostaje se deben evaluar usando el balance de masas, que además de tomar en cuenta las diferencias en la concentración de nutrientes al inicio y final del proceso, también consideran las pérdidas de peso en base seca. Las pérdidas de carbono orgánico y nitrógeno se pueden reducir al mínimo cuando las condiciones de compostaje son óptimas y se controla de manera adecuada todos los factores descritos en las secciones anteriores. 19

 

Grado de madurez El grado de madurez influye en la composición y en la disponibilidad nutrimental de la composta. En el Cuadro 8 se observan los cambios de diferentes componentes en una composta hecha a partir de estiércol de bovino y paja de trigo (proporción 2:1 en volumen). Las pérdidas de materia orgánica son equivalentes a las pérdidas de carbono orgánico, de manera que al reducirse el carbono e incrementarse el contenido de nitrógeno después de 111 días de elaboración la relación C:N disminuye. Cuadro 8. Características de una composta de estiércol de bovino y paja de trigo a diferentes edades de madurez (Raviv, 2005). Unidad Inicial 74 días 111 días Variable, base seca Materia orgánica Nitrógeno total Relación C:N Fósforo Potasio

% % % %

75 1.67 26 0.52 1.31

56 2.17 15 0.79 1.79

53 2.39 13 0.74 2.11

dS/m mg/L mg/L mg/L Mg/L

7.6 4.02 143 16 0.6 26.7

7.5 5.76 99 268 19.0 14.1

6.8 7.74 82 351 19.3 0.03

En extracto acuoso (relación 10:1) Ph Conductividad Eléctrica N orgánico soluble N-amonio N-nitrato N-amonio/N-nitrato

En gran medida, el cambio en la concentración de minerales a través del proceso de maduración depende de las pérdidas por escurrimiento o lixiviado de los minerales, sin embargo, generalmente se presenta un incremento en su concentración como se observa para el fósforo y el potasio. El pH es un factor muy relevante para el control de las pérdidas del nitrógeno amónico por volatilización, que puede ser particularmente alta a un pH mayor de 7.5, el cual puede encontrase al inicio del proceso y durante la fase termofílica debido a la degradación de material orgánico de naturaleza ácida. Durante la fase de maduración en donde predominan bacterias mesófilas nitrificantes, el pH disminuye debido al incremento en la nitrificación y reducción de la producción de amoniaco. 20

 

Los cambios en la concentración de nitrógeno amoniacal y nitrógeno nítrico representan variaciones en el tipo de bacterias predominantes durante el compostaje. La relación Namoniacal/N-nítrico es un índice que se usa frecuentemente para evaluar la madurez de las compostas. Se ha reportado que una relación mayor a 3 se presenta en compostas inmaduras, una relación entre 0.5-3 se presenta en compostas maduras, y cuando la relación es menor a 0.5 se dice que la composta está muy madura. En el Cuadro 8 se observa que después de 111 días de compostaje la relación N-amoniacal/N-nítrico fue igual a 0.03, lo que significa que la composta alcanzó un alto grado de madurez. Disponibilidad de nutrientes La relación C:N final influye en la disponibilidad de nutrimentos; en el Cuadro 9 se presentan las características de compostas de diferentes fuentes, así como la disponibilidad de nitrógeno-fósforo-potasio (N-P-K) (Bezdicek y Fauci, 1997). También, una relación C:N baja en cualquiera de las compostas se relaciona con mayor disponibilidad de nutrimentos. Una relación C:N alta (