RELACIONES ENTRE ACTIVIDAD BIOLÓGICA, C

RELACIONES ENTRE ACTIVIDAD BIOLÓGICA, C-ORGÁNICO
Y N-TOTAL DURANTE EL COMPOSTAJE Y VERMICOMPOSTAJE
Soriano, M.D.1, García-España, L.1, García-Mares, P.1, Roca-Pérez, L., 2 Boluda, R.2
1
Escuela Técnica Superior de Agronomía y del Medio Natural, Universitat Politècnica
de València, Camí de Vera, s/n, 46022, València, España. [email protected], telf.
963879338, fax 963877139
2
Facultad de Farmacia, Universitat de València. Av Vicent Andrès Estellès s/n, 46100,
Burjassot, España, [email protected]. tel. 963544725, fax 963543253
RESUMEN
Aunque en general las características químicas y microbiológicas de las
compost y vermicompost suelen ser muy semejantes, en la mayor parte de los
casos la respuesta de los cultivos a la aplicación de vermicompost suele ser
superior a la del compost convencional. Con idea de evaluar la calidad y las
diferencias de esos dos tipos de compostaje se analizó el C-orgánico, N-total y
sus relaciones con los microorganismos, durante la producción de compost y
vermicompost de residuos de podas de diferentes cultivos tales como cítricos,
higuera y almendro.
El sustrato se depositó en contenedores y se evaluaron, cada cuatro semanas
durante su transformación parámetros químicos, estudiando el efecto sobre las
lombrices.
Se analizan los productos finales determinando la madurez y estabilidad, así
como las variaciones en el N-total y la relación C/N, porcentaje de materia
orgánica total y fracciones orgánicas. Los resultados indican diferencias en los
parámetros en el proceso de compostaje y vermicompostaje frente a los
residuos de partida.
Palabras clave: Compostaje y vermicompostaje, actividad biológica, Eisenia
foetida.
Introducción
La eliminación de restos de poda así como de residuos agrícolas constituye un
problema a causa de su acumulación en determinadas épocas (Sellami et al.,
2008; Seoanez, 2000). Mediante el compostaje y vermicompostaje es posible
biodegradar, estabilizar y madurar dichos residuos aumentando en ocasiones
1
su contenido de nutrientes al mezclarlos con otras sustancias difíciles de
eliminar (Nogales et al., 2006; Nogales et al., 2008).
Con idea de comparar los productos finales obtenidos por estos dos procesos
se estudian los productos iniciales y finales tras cuatro meses de tratamiento,
monitorizando el proceso mediante el análisis de las lombrices y de las
actividades enzimáticas.
Material y métodos
La experiencia se realizó en recipientes de pvc de 30 cm de diámetro y 50 cm
de altura, colocando las lombrices desarrolladas en las parcelas de la
Universidad Politécnica de Valencia, sobre los restos de poda de las tres
especies: almendro, higuera y cítrico. El sustrato se coloca en ocho
contenedores para cada especie, tres para compostaje y otros tres para
vermicompostaje, con un testigo en cada uno de los casos. El conjunto fue
analizado químicamente en el momento inicial y tras cuatro meses de
compostaje y vermicompostaje. Se adicionan lombrices de Eiseria foetida en
una proporción de 100 g de biomasa de lombriz por recipiente de
vermicompostaje. Durante 16 semanas se mantiene una humedad del 70% y
80% respectivamente para compostaje y vermicompostaje. El riego se
mantiene por goteo y tras la experiencia las muestras se llevaron al laboratorio
para analizar por triplicado, donde se secaron con estufa de aire a 60ºC.
Figura 1. Preparación de las muestras
Figura 2. Preparación de las tiras API ZYM
Al final de la experiencia se contabilizan las lombrices. Se realizan los análisis
convencionales (M.A.P.A., 1986), estudiando la fracción orgánica (Nelson, et
al., 1982).
Se realiza el Análisis Elemental para la determinación del contenido de
Carbono, Hidrógeno, Nitrógeno y Azufre, donde, la muestra se somete a una
2
Oxidación térmica entre 1.600-1.800 ºC, en ambiente de Oxígeno, con lo que
se consigue la conversión total y cuantitativa de los componentes en CO2
(Carbono), H2O (Hidrógeno), N2 (Nitrógeno) y Azufre, estos productos
gaseosos son arrastrados al módulo de separación donde se produce la
adsorción selectiva de CO2 (Columna de Cobre), H2O (Columna de Plata), para
ser separados y medidos por el Detector de Conductividad Térmica. Para la
determinación se trituró y posteriormente pulverizaron las muestras secas.
La Actividad Enzimática se obtuvo mediante el sistema API (Biomerieux®),
cuya galería consta de 20 microtubos (cúpulas) cuyo fondo está constituido por
un soporte que contiene un substrato enzimático con un tampón (Tabatabai, et
al., 1969). Este sistema API permite detectar actividades enzimáticas de un
extracto complejo no purificado.
Resultados
Se ha observado que existe un mecanismo regulador del crecimiento de E.
foetida para la cual la población total de lombrices se estabiliza alrededor de un
cierto número de individuos debido a que un gran aporte de alimento y el
control de las condiciones ambientales favorecen, a corto plazo, la rápida
colonización del sustrato y una posterior superpoblación de lombrices en éste
(Aira et al., 2004). A partir de aquí, disminuye la tasa reproductiva,
apreciándose además una disminución del tamaño de las lombrices, a pesar de
la abundancia de alimento (Nogales et al., 2008). Los resultados obtenidos
indican un adecuado desarrollo de las lombrices en todos los medios de
compostaje que alcanzaron su máximo aproximadamente a los dos meses,
disminuyendo su número después de este periodo.
Los procesos producidos durante el compostaje y vermicompostaje modificaron
los residuos obtenidos produciendo unos compost maduros con niveles
elevados de materia orgánica y nitrógeno (Linn et al., 1984).
En las muestras iniciales los contenidos de humedad son más elevados que en
los respectivos compost finales, reduciéndose así mismo el volumen de la
muestra. Las relaciones C/N son elevadas principalmente para la muestra de
cítrico, mientras que los contenidos de azufre presentan valores bajos,
3
obteniendo los más elevados en el contenido de hidrógeno total para la
muestra de los residuos de higuera (cuadro 1).
Cuadro 1. Caracterización analítica de los residuos de olivo, higuera y cítrico
PARÁMETRO
R. olivo
R. higuera
Humedad %
75,3 (0,20) 85,3 (0,40) 72,8 (2,40)
Relación C/N
12,6 (0,10) 16,3 (0,30) 29,3 (0,30)
Nitrógeno Total (%)
2,1 (0,10)
Carbono Total (%)
26,5 (0,00) 32,7 (0,10) 23,5 (0,40)
Azufre Total (%)
0,09(0,00) 0,05(0,03) 0,09(0,01)
Hidrógeno Total (%)
5,35 (0,02) 6,25(0,01) 4,23 (0,02)
2,0 (0,10)
R. cítrico
0,8 (0,01)
Cuadro 2. Características de los vermicompost obtenidos
PARÁMETRO
R. olivo
R. higuera
R. cítrico
Humedad %
22(0,60)
30(1,40)
18(1,40)
CE (dS/m) 1:5
1,7(0,06)
1,5(0,12)
1,5(0,03)
pH 1:2,5
8,0(0,10)
6,8(0,10)
7,7(0,10)
Relación C/N
7,3(0,04)
18,5(0,79)
8,0(0,16)
Nitrógeno Total (%)
2,56(0,021) 2,25(0,06)
1,03(0,04)
Carbono Total (%)
22,2(0,012) 20,1(0,13)
13,9(0,06)
Azufre Total (%)
0,09(0,00)
0,05(0,03)
0,06(0,01)
Hidrógeno Total (%)
2,35 (0,02)
4,25(0,01)
2,33 (0,02)
Los niveles de carbono total de los compost y vermicompost son del orden de
14 a 34% dependiendo del tipo de proceso realizado. Este resultado nos indica
la importancia del tipo de sustratos a compostar o vermicompostar, así como
los agentes biológicos que participan en el proceso de transformación. En el
vermicompost además de los microorganismos acumulados en el sustrato
4
intervienen también las lombrices, y ello acelera la descomposición y así el
descenso de los niveles de materia orgánica, comparando con los valores en
los materiales iniciales del cuadro 1 que son más acusados para este
tratamiento. En el caso del N total (cuadros 2 y 3) se observa, en general, un
aumento de N para los tres residuos utilizados. Los contenidos de azufre
apenas sufren cambios tras los compostajes, mientras que los valores de
hidrógeno tienden a disminuir tras el proceso. Esto mismo han observado
diferentes autores tras el vermicompostaje, (Aranda et al., 1999; Brow et al
2004).
Cuadro 3. Características de los compost obtenidos
PARÁMETRO
R. olivo
R. higuera
R. cítrico
Humedad %
18(0,52)
17(1,24)
12(1,42)
CE (dS/m) 1:5
1,5(0,10)
2,5(0,10)
1,1(0,30)
pH 1:2,5
8,5(0,10)
6,5(0,10)
6,7(0,70)
Relación C/N
7,4(0,04)
18,50(0,79)
8,04(0,16)
Nitrógeno Total (%)
2,5(0,20)
2,2(0,10)
1,3(0,02)
Carbono Total (%)
26,2(0,10)
25,15(0,10)
33,9(0,20)
Azufre Total (%)
0,08(0,00)
0,04(0,03)
0,08(0,01)
Hidrógeno Total (%)
5,00 (0,02)
5,25(0,01)
4,09 (0,02)
Los resultados de la actividad enzimática de las muestras de vermicompost se
muestran en el cuadro 4. Se tomaron muestras en los distintos tratamientos
para medir la actividad de las diferentes enzimas. La actividad de esas enzimas
fue menor en los tratamientos con lombrices que en los que no se aplicaron. La
actividad enzimática disminuyó en relación directa con la madurez de la
composta.
Los valores de las actividades enzimáticas también presentaron máximos a los
dos meses disminuyendo a continuación, siendo inferiores los valores
enzimáticos en vermicompostaje que en compostaje.
5
Cuadro 4. Resultados del estudio de la actividad enzimática
ENZIMA TESTADO
SUSTRATO
Fosfatasa alcalina
2-naftil fosfato
Fosfatasa ácida
2-naftil fosfato
Naftol-AS-BIfosfosfohidrolasa
Naftol-AS-BI-fosfato
Esterasa (C4)
2-naftil-butirato
Lipasa (C14)
2-naftil-miristato
Esterasa Lipasa (C8)
2-naftil-caprilato
Leucina arilamidasa L-leucil-2-naftilamina
Valinaarilamidasa
L-valil-2-naftilamida
Cistina arilamidasa L-cistil-2-nafthilamida
N-benzoil-DLarginina-2Tripsina
naftilamida
N-glutarilfenilalanina-2α-quimotripsina
naftilamida
6-Br-2-naftil-α-Dα-galactosidasa
galactopiranósido
2-naftil-βDgalactopiranósido
β-galactosidasa
Naftol-AS-BIβDβ-glucoronidasa
glucurónido
2-naftil-αDα-glucosidasa
glucopiranósido
6-Br-2-naftil-β-Dglucopiranósido
β-glucosidasa
N-acétil-β1-naftil-N-acetil-βDglucosaminidasa
glucosamínido
6-Br-2-naftil-α-Dα-mannosidasa
mannopiranósido
2-naftil-αLfucopiranósido
α-fucosidasa
VERMICOMPOST
ηmoles
Olivo Higuera Cítrico
4(0)
4(0)
5(0)
4(0)
5(1)
3(0)
COMPOST
ηmoles
Olivo Higuera Cítrico
5(0)
4(0)
5(0)
3(0)
5(1)
5(0)
4(0)
3(1)
3(0)
3(0)
4(0)
1(0)
1(0)
2(1)
3(0)
5(0)
5(1)
4(1)
1(0)
0(0)
3(1)
5(0)
4(0)
4(0)
4(1)
2(1)
0(0)
3(1)
5(0)
5(0)
5(0)
4(1)
2(1)
0(0)
2(1)
3(0)
5(0)
5(1)
5(1)
1(0)
0(0)
3(0)
3(1)
5(0)
5(0)
5(0)
4(1)
2(1)
1(0)
0(0)
0(0)
0(0)
0(0)
0(0)
1(0)
0(0)
0(0)
0(0)
0(0)
0(0)
0(0)
0(0)
1(1)
1(1)
0(0)
0(0)
0(0)
0(0)
3(1)
3(1)
0(0)
1(1)
0(0)
0(0)
1(0)
1(0)
0(0)
3(1)
1(1)
0(0)
4(0)
4(0)
0(0)
1(0)
4(1)
2(0)
4(1)
4(1)
2(0)
4(0)
2(1)
3(1)
0(0)
0(0)
3(1)
4(1)
0(0)
0(0)
1(1)
1(1)
0(0)
0(0)
0(0)
0(0)
0(0)
0(0)
0(0)
1(1)
De entre los valores de las actividades enzimáticas que se detectaron en los
productos finales, en el compost producido con residuos de olivo cabe destacar
la Fosfatasa alcalina, Fosfatasa ácida, Naftol-AS-BI-fosfosfohidrolasa, Esterasa
(C4), Lipasa (C14), Esterasa Lipasa (C8), Leucina arilamidasa y β-glucosidasa,
6
que presentaron las actividades específicas más elevadas, valores entre 3 y 5
(> 20 y >40 ηmoles). En el resto de enzimas testados se obtuvieron valores
entre 1 y 2 (< 20 ηmoles) o sin ninguna reacción (valor 0). Valores similares se
obtienen en el vermicompost de este residuo aunque los valores son
ligeramente inferiores (Cayuela et al., 2008; Benítez et al., 2005; Roca-Pérez et
al., 2005).
En el vermicompost de cítrico y de higuera, los valores de la actividad
enzimática
son
similares,
presentando
variaciones
en
Naftol-AS-BI-
fosfosfohidrolasa, β-glucosidasa y en N-acétil-β-glucosaminidasa, (valores de
<20 ηmoles en los dos primeros, y de > 20 ηmoles en el último).
De los compost analizados, el que menos actividad enzimática posee, es el de
higuera, destacando los enzimas de Lipasa (C14) y Esterasa Lipasa (C8), con
valores de 5 (>40 ηmoles).
Conclusiones
Los resultados obtenidos en este trabajo muestran las variaciones en los
parámetros químicos en el proceso de compostaje y vermicompostaje frente a
los residuos de partida.
La transformación provocó una mejora de la calidad de los residuos medida en
parámetros de fertilidad química y actividad enzimática.
En el vermicompost se observa una disminución del contenido de carbono más
elevada, además el seguimiento temporal de estas propiedades muestra que
los efectos positivos están limitados en el tiempo por las tasas de
mineralización de la materia orgánica.
En general, los resultados obtenidos indicaron una respuesta directa de la
transformación del residuo.
El conocimiento adquirido acerca de la dinámica enzimática del proceso de
compostaje puede emplearse para manejar de manera más sostenible y aún
acelerar el proceso de biotransformación de otros residuos similares.
7
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