baldomero hortencio zarate nicolas

UNIVERSIDADPOLITCNICADEMADRID

ESCUELATCNICASUPERIORDEINGENIEROSAGRNOMOS

DepartamentodeEdafologa

TESIS DOCTORAL VALORIZACINDESUBPRODUCTOSAGRCOLASY

FORESTALESCOMOSUSTRATOSDECULTIVOENELESTADODEOAXACA(MXICO)

AUTOR:BALDOMEROHORTENCIOZRATENICOLS

Director:Dr.ALBERTOMASAGUERRODRGUEZ

Madrid,2013

ValorizacinderesiduosorgnicoscomosustratosenOaxaca(Mxico)

II


III




ElTrabajodeTesisDoctoralpresentadoporD.BaldomeroHortencioZrateNicolsconelttulo:VALORIZACINDESUBPRODUCTOSAGRCOLASYFORESTALES COMOSUSTRATOSDECULTIVO EN EL ESTADO DE OAXACA (MXICO) ha sido realizado en el Departamento deEdafologa de la Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Agrnomos de la UniversidadPolitcnicadeMadrid,paraoptaralttulodeDoctorporlaUniversidadPolitcnicadeMadrid,enelProgramadeDoctoradoIngenieraAgroambiental.DichotrabajohasidorealizadobajoladireccindelDr.AlbertoMasaguerRodrguez.

Madrid,4defebrerode2013

Fdo:AnaMolinerAramenda

PresidentadelaComisinDocentedelProgramadeDoctorado


IV




ALBERTO MASAGUER RODRGUEZ, PROFESOR TITULAR DEL DEPARTAMENTO DEEDAFOLOGIA DE LA ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS AGRNOMOS DE LAUNIVERSIDADPOLITCNICADEMADRID

DECLARA:

QuelaTesisDoctoraltituladaVALORIZACINDESUBPRODUCTOSAGRCOLASYFORESTALESCOMOSUSTRATOSDECULTIVOENELESTADODEOAXACA(MXICO)hasidorealizadaporelMaestroenCienciasD.BaldomeroHortencioZrateNicolsparaaspirarelGradodeDoctorporlaUniversidadPolitcnicadeMadridbajomidireccinyporelloautorizolapresentacindedichaTesisparaqueseprocedaaltrmitedesudefensayevaluacin.

Madrid,4defebrerode2013

Fdo:AlbertoMasaguerRodrguezProfesorTitulardeEdafologa


V

TRIBUNAL:

Presidente:

Dr.

Vocal:

Dr.

Dr.

Dr.

Secretario:

Dr.

Madrid,adede2013.


VI

Ahora veo que los sueos tambin se convierten en realidad

AGRADECIMIENTOS A Dios primeramente, por la vida, por lo vivido y permitirme cumplir este sueo, por sus bendiciones permanentes. Porque cuando arreciaban los problemas, los disfrazo con esta segunda oportunidad maravillosa. Al Instituto Politcnico Nacional (IPN) por todas las facilidades otorgadas para realizar mis estudios de doctorado y con ello contribuir a mi superacin acadmica. Mi agradecimiento y mi compromiso con esta gran Institucin educativa de Mxico. A la Comisin de Operacin y Fomento de Actividades Acadmicas (COFAA) por el apoyo tan valioso al proporcionarme la beca de estudios y de exclusividad para la realizacin del doctorado. Al Centro Interdisciplinario de Investigacin para el Desarrollo Integral Regional (CIIDIR IPN UNIDAD OAXACA), por todo el apoyo y l a s facilidades brindadas en mi desarrollo profesional. A la Universidad Politcnica de Madrid por acogerme en sus aulas y las facilidades otorgadas en mi desarrollo profesional, tambin por el apoyo econmico de los proyectos AL11-PID-08 de Ayudas de Actividades con Latinoamrica Valorizacin de residuos orgnicos agrcolas y forestales del Estado de Oaxaca (Mxico) como sustratos de cultivo y mejoradores de suelo y CTM2009-13140-C0-01 del MINECO.

A la Universidad Politcnica de Madrid-Banco Santander, por el apoyo econmico brindado para la terminacin de la tesis.

A la Universidad Autnoma de Madrid por todas las facilidades para la realizacin de los estudios de resonancia magntica nuclear.

Al Dr. Alberto Masaguer Rodrguez, al que quiero darle las gracias con estimacin y respeto, gracias por recibirme, orientarme y compartirme sus conocimientos. Por su apoyo incondicional en todo momento, desde el inicio del doctorado hasta la culminacin. Por todo el tiempo dedicado a esta tesis. Le agradezco por siempre su paciencia, comprensin y entusiasmo para la culminacin de mis estudios. Muchas gracias por su profesionalismo, calidad humana, por hacer este trabajo suyo, tambin por su amistad y los gratos momentos vividos en el recorrido de la gran Espaa, recuerdos imborrables.

Al Dr. Vicente Gmez Miguel, por compartirme sus conocimientos, asesora, sugerencias y valiosas contribuciones en este trabajo. Por brindarme su amistad durante mi estancia en Madrid, que ser para siempre. A los Drs; Ana Moliner y Enrique Eymar, por sus atinadas aportaciones y contribuciones que enriquecieron este trabajo, mi respeto y agradecimiento por siempre. Gracias a los buenos amigos que dejo en Espaa, a los profesores del departamento de edafologa, Drs: Marta Benito, Kira Hontoria, Juana Prez, Rafael Espejo y Juan Gallardo gracias por compartir sus conocimientos, sus consejos y su amistad. A la licenciada Carmen Diguez, eficiente y paciente gestora. A mi amigo el Dr. Ignacio Mariscal Sancho por hacerme todas las cosas fciles, por sus amistad y apoyo, a mi compadre espaol Pablo Vidueira Mera, por tantos momentos de alegra compartidos y ayudarme en la elaboracin del documento final, pero sobre todo, por su amistad, a Joaqun Cmara y el Dr. Javier Prez tambin por sus aportaciones al trabajo y amistad. Gracias a todos por hacerme sentir en casa, durante mi estancia en Madrid.


VII

A las diversas organizaciones de mi querido Oaxaca (Mxico) por permitirme realizar los trabajos de campo en sus instalaciones: A Valle de Yagul Sociedad de Produccin Rural de Responsabilidad Ilimitada, en Tlacolula; Agrotrpic consultorias y agronegocios; al Comisariado de Bienes Comunales de Santo Domingo Yanhuitlan; a la empresa Vegetales de Oaxaca de la Trinidad Zaachila; Invernaderos Los Sarmiento de Santa Lucia Ocotlan y Coloso Invernaderos de la Heroica Ciudad de Ejutla de Crespo, gracias por todas las facilidades y apoyo brindado. Gracias al OEIDRUS (Oficina Estatal de Informacin para el Desarrollo Rural Sustentable), Delegacin Estatal Oaxaca de la Secretara de Agricultura Ganadera Desarrollo Rural, Pesca y Alimentacin (SAGARPA) y de la SEMARNAT (Secretaria de Medio Ambiente y Recursos Naturales), por la informacin proporcionada. A la Direccin Forestal de la Secretaria de Desarrollo Rural y Pesca del Gobierno del Estado de Oaxaca, por los apoyos recibidos en especie y las facilidades en el laboratorio del banco de germoplasma para la evaluacin final de los tratamientos en estudio. Mi sincero agradecimiento a mi amigo el Ing Alberto de los Santos Prez (SAGARPA) y a mi compadre el Ing Vctor Luis Gonzales Velasco (SEDER) por todas las facilidades y apoyos recibidos en la realizacin de esta tesis, sin su apoyo y amistad esto no hubiera sido posible. Al Lic Abel Santos por su poyo pero sobre todo por la gran amistad que nos une. De estos tres amigos me honro en tener su amistad. Gracias tambin al Lic Joaqun Fernndez Grajales por todo su apoyo para la realizacin de la tesis. A mis amigos y compaeros de trabajo Dora Lilia Guzmn, Amado Poblano, Miguel ngel Alvarado, Margarito Ortiz y Pedro Benito por su amistad y apoyo en la culminacin de esta meta. Y a todos los compaeros y amigos del CIIDIR IPN UNIDAD OAXACA. Muy especialmente a la familia Flores Manzanero, a mi amigo Alejandro Flores por tu amistad y sobre todo por el honor de convivir con un ser humano excepcional, desde el cielo siempre estars con nosotros, a Gladis Manzanero, Iris y Alex por su amistad, apoyo y siempre buenos deseos hacia mi. A la Dra Yolanda Donaj Ortiz y la familia Ortiz Alfaro, gracias por su amistad y apoyo para iniciar y culminar esta meta.


VIII

DEDICO ESTA TESIS A:

A mis padres: Eleazar y Petra, por ser un buen ejemplo de vida y que desde su lugar privilegiado seguramente estarn contentos con este logro, fueron ustedes el tesoro ms preciado que la vida me regalo, y los que alimentaron mis ganas de superacin, siempre cont con su apoyo. A ustedes les dedico, no slo ste trabajo sino cada aplauso, reconocimiento y alguna otra mencin que reciba. A mis hijos, mi ms grande tesoro: Laura Yasmit, Eder Baldomero, Antonio, Pilar y Norma Amrica, por ser la razn principal para el logro de esta meta, con el deseo de inculcar en su corazn un ejemplo de vida, trabajo, superacin y respecto. Gracias por ser luz que me motivo para finalmente ser junto con todos ustedes uno solo. Por supuesto a Zoe, Osvaldo y Luis. Este logro es muy de ustedes. A Norma, Por estar conmigo siempre momento a momento, por tu atencin, apoyo y amor incondicional que me ha brindado, simplemente ese complemento en donde las palabras dejan de tener sentido y surge ese lenguaje extrao, el lenguaje del silencio y los sentimientos, este logro tambin es tuyo. A mis hermanas: Juana y Josefina y mis cuadas Oliva y Matilde por todos los momentos juntos, s que desde donde estn, siempre cuidan de mi, y aunque el cielo nos separa nunca dejo de pensar en ustedes. A mis hermanos Mara de Jess, Ins, ngel, Luis, Gil y Flix, por todo su apoyo que siempre me han brindado, a mi cuada Lidia, con respeto y admiracin. A mis sobrinos, compadres y amigos, que siempre me han apoyado. Nuevamente a usted Dr. Alberto Masaguer con admiracin y respecto. Esto aqu no acaba, es solo prolongar nuestra amistad y relacin profesional que dar muchos frutos. A la Dra. Victoria Velasco Snchez, le reitero mi sincera gratitud, admiracin y respeto. A mi segunda familia, la familia Mndez Daz (Francisco Mndez, Hortensia Daz, Mi compa Arturo, Anbal, Francisco, Javier y mi compadre Dagoberto y sus respectivas familias) de San Lorenzo Cacaotepec, Etla, Oaxaca, por los momentos inolvidables vividos y uno que otro mezcalito atravesado, con cario y estimacin esta dedicacin. Finalizo expresando mi agradecimiento a todas las personas que no aparecen en nombre y apellido pero que a lo largo de esta etapa de mi vida me apoyaron con su invaluable amistad, muchas gracias.

IntroduccinIX

VALORIZACINDESUBPRODUCTOSAGRCOLASYFORESTALESCOMOSUSTRATOSDE

CULTIVOENELESTADODEOAXACA(MXICO)RESUMENElpresentetrabajoabordaelaprovechamientodealgunossubproductosagrcolas(bagazodemagueyy fibrade coco)y forestales (cortezadepino)enelEstadodeOaxaca (SurdeMxico).Elobjetivoprincipal se centra en localizar, cuantificar y caracterizar estos con vistas a su aplicacin comosustratoso componentesde sustratosen cultivosornamentales, forestales yhortcolas, y a suusocomo enmiendas en cultivos tipo.Asmismo sepersigue reducir elusode la turba y la tierrademonte como sustratosmayoritarios en la actualidad. Para la localizacin de los subproductos seutilizaronlosdatosdelosregistrosparcelariosdelosproductoresdecocoparalaobtencindecopra(generadoresde fibradecoco)de laregincostayde losproductoresde mezcal (generadoresdelresiduo de bagazo de maguey) de la regin valles centrales, as como las ubicaciones de losaserraderosforestalesenelEstadodeOaxaca.SeempleaunSistemadeInformacinGeogrfica(SIG)conunacartografadigitalizadade loselementosdelmedio (clima,geologaysuelo),de loscultivosgeneradores (bagazodemaguey, fibradecocoycortezadepino),de laagriculturaprotegidacomoreceptora (tomate) y de la agricultura extensiva con cultivos receptores de enmienda (caf, hule,limn,mango,palmadecocoymaguey).

Laproduccinanualdelosresiduossecartografaycuantificaconlossiguientesresultados:bagazodemaguey624.000t,fibradecoco86.000m3y72.000tdecortezadepino.Medianteelestudiodelascaractersticasdelossuelosdeloscultivosreceptoresydelosrequerimientosdemateriaorgnicadecadacultivosecalcularonlasnecesidadestotalesdemateriaorgnicaparacadasuelo.Losresultadosde las cantidades globales para cada cultivo en todo el Estadomuestran una necesidad total de3.112.000tdemateriaorgnicacomoenmienda.Conlosdatosobtenidosyatravsdeunalgoritmomatemtico se realiza una propuesta de localizacin de dos plantas de compostaje (de bagazo demagueyyfibradecoco)ycuatroplantasdecompostajedecortezadepino.

Con el fin de conocer los subproductos a valorizar como sustrato o componente de sustrato secaracteriza su composicin fsicaqumica, siguiendo Normas UNEEN, y se analizan medianteResonanciaMagnticaNuclear (RMN).Paraelacondicionamientodebagazodemagueyy lacortezadepinose realizaronensayosdecompostaje.Al finalde241das la temperaturay lahumedaddeambosprocesosseencontrabanen losrangosrecomendados, indicandoque losmaterialesestabanestabilizadosyconcalidadparaserutilizadoscomosustratoocomponentedesustrato.Para lafibradecocoserealizelprocesodemoliendaensecodeconchasdecocoprovenientesdelacomunidaddeRoGrandeOaxaca (Principalzonaproductoradecopra enOaxaca).Posteriormenteseempleanlosmateriales obtenidos como componentes para sustratos de cultivo. Se estudia el compost debagazodemagueyysietemezclas;elcompostdecortezadepinoyochomezclasylafibradecococontresmezclas.Estossustratosalternativospermitenobtenermezclasyreducirelusodelatierrademonte, turba, arcilla expandida y vermiculita, siendo por tanto una alternativa sostenible para laproduccineninvernadero.SeelaboraronmezclasespecificasparaelcultivodeLiliumhibridoasiticoyoriental(sietemezclas),sustratosecocompatiblesparacultivodetomate(nuevemezclas),paralaproduccin de planta forestal (siete mezclas) y para la produccin de plntula hortcola (ochomezclas).


X

Comoresultadosmsdestacadosdelbagazodemaguey,cortezadepinoylasmezclasobtenidasseresumelosiguiente:elbagazodemaguey,convolmenescrecientesdeturba(20,30,50y60%)ylacorteza de pino, con volmenes de turba 40 y 60%, presentan valores muy recomendados deporosidad,capacidaddeaireacin,capacidadderetencindehumedadyequilibrioaguaaire.Paralafibradecoco, laprocedentedeRoGrandepresentamejorvaloracinque lamuestracomercialdefibradecocodeMorelos.

Por ltimo se llev a cabo la evaluacin agronmica de los sustratosmezclas, realizando cincoexperimentosporseparado,estudiandoeldesarrollovegetaldecultivostipo,queseconcretanenlossiguientes ensayos: 1. Produccin de Lilium asitico y oriental en cama para flor de corte; 2.Produccinde Liliumoriental en contenedorpara florde corte; 3. Produccindeplntula forestal(Pinus greggii E y Pinus oaxacana M); 4. Produccin de tomate (Solanum lycopersicum L) y 5.Produccindeplntuladetomateensemillero(SolanumlycopersicumL).

En relacina laproduccinde Liliumhibridoasiticoen cama los sustratos cortezadepino (CPTU80:20 v/v), corteza de pino + sustrato comercial (CPSC 80:20 v/v) y corteza de pino+turba+arcillaexpandida+vermiculita(CPTAEV230:40:15:15v/v)presentanlosmejoresresultados.DichossustratostambinpresentanadecuadosresultadosparaLiliumhibridoorientalconexcepcindelacortezadepino+turba(CPTU80:20v/v).EnlaproduccindeLiliumhibridoorientalencontenedorparaflordecorte, adems de los sustratos de CPSC y CPTAEV2, la mezcla de corteza de pino+turba+arcillaexpandida+vermiculita(CPTAEV70:20:5:5v/v)manifestunarespuestafavorable.

EnelensayodeproduccindeplntulasdePinusgreggiiEyPinusoaxacanaMirov, lasmezclasconcortezadepino+turba+arcillaexpandida+vermiculita(CPTAEV230:40:15:15v/v)ybagazodemagueyturba+arcilla expandida+vermiculita (BMTAEV2 30:60:5:5 v/v) son una alternativa que permitedisminuirelempleodeturba,arcillaexpandidayvermiculita,encomparacinconelsustratotestigodeturba+arcillaexpandida+vermiculita(TAEV60:30:10v/v).

En la produccin de tomate (Solanum lycopersicum L) frente a la utilizacin actual del serrn sincompostar(SSC),lasmezclasalternativasdebagazodemaguey+turba(BMT70:30v/v),fibradecocode Ro Grande (FCRG 100v/v) y corteza de pino+turba (CPT 70:30 v/v), presentaron losmejoresresultados en rendimientos.As mismo, en la produccin de plntulas de tomate las dosmezclasalternativasdebagazodemaguey+turba+arcillaexpandida+vermiculita(BMTAEV550:30:10:10v/v)y(BMTAEV640:40:10:10v/v)presentaronmejoresresultadosquelosobtenidosenlamezclacomercial(Sunshine 3), mayoritariamente utilizada en Mxico en la produccin de plntula de tomate yhortcola.


XI

VALORIZATIONASGROWINGMEDIAOFSUBPRODUCTSFROMAGRICULTURALANDFORESTRYACTIVITIESINTHESTATEOFOAXACA(MEXICO)

ABSTRACT

Thispaper addresses theuseof some agriculturalproducts (magueybagasse and coconutfiber)andforestry(pinebark)intheStateofOaxaca(southernMexico).Theprincipalpurposeisto locate,quantifyandcharacterizethesewiththe ideaofapplyingthemassubstratesorsubstrate components in ornamental crops, forestry, horticultural, and their use as cropamendments.Ontheotherhand,thereductionofpeatandforestsoilasmainsubstrates ispursued.Forthelocationoftheproducts,registryparceldatafromcopraproducers(coconutfiber generators) of the coastal region and mescal producers (maguey bagasse residuegenerators)ofthecentralvalleysregion,aswellasthelocationsofforestmillsintheStateofOaxaca.AGeographicInformationSystem(GIS)withdigitalmappingofenvironmentalfactors(climate,geologyandsoil),cropgeneratorsofresidues (magueybagasse,coconutandpinebark) receptors of amendments such as protected agriculture (tomato) and extensiveagriculturecrops(coffee,rubber,lemon,mango,coconutandagave).

Theannualproductionofwasteismappedandquantifiedwiththefollowingresults:624,000tmagueybagasse, coconut fiber72,000m3and86,000 tofpinebark.Through the studyofreceivingcropssoilspropertiesofandorganicmatterrequirementsofeachcrop,totalneedsoforganicmatter foreach soilwereestimated.The resultsof the totalquantities foreachcropacrossthestateshowa totalof3,112,000 toforganicmatterneededasamendment.Usingthatdataandamathematicalalgorithm,thelocationoftwocompostingplants(agavebagasseandcoconutfiber)andfourcompostingplantspinebarkwasproposed.

In order to know the byproducts thatwere going to be used as substrates or substratecomponents, theirphysicalchemical compositionwas analyzed followingUNEEN technics.FurthermoretheywereanalyzedbyNuclearMagneticResonance(NMR).Forconditioningofmagueybagasseandpinebark,compostingessayswereconducted.Attheendof241daysthe temperature and humidity of both processes were at the recommended ranges,indicating that thematerialswere stabilized and had reached the quality to be used as asubstrateorsubstratecomponent.CoconutshellsfromthecommunityofRioGrandeOaxaca(Main copra producing area in Oaxaca) were put through a process of dry milling.Subsequently, the obtained materials were used as components for growing media. Westudiedthemagueybagassecompostandsevenmixtures;thepinebarkcompostandeightblendsand coconut fiberwith threemixtures.Thesealternative substratesallowobtainingmixturesandreducetheuseofforestsoil,peat,vermiculiteandexpandedclay,making itasustainablealternativeforgreenhouseproduction.

SpecificmixtureswerepreparedforgrowingLillium,Asianandeasternhybrids(sevenblends),ecocompatible substrates for tomato (nine mixtures), for producing forest plant (sevenmixtures)andfortheproductionofhorticulturalseedlings(eightmixtures).


XII

Results frommagueybagasse,pinebarkandmixturesobtainedaresummarizedas follows:themagueybagasse,with increasing volumesofpeat (20, 30, 50 and 60%) andpinebarkmixedwith40and60%peatbyvolume,haveveryrecommendedvaluesofporosity,aerationcapacity,waterretentioncapacityandwaterairbalance.CoconutfiberfromRioGrandehadbetterqualitythancommercialcoconutfiberfromMorelos.

Finally the agronomic evaluation of substratesmixtures was carried out conducting fiveexperimentsseparately: 1.ProductionofAsiaticandEasternLilium inbedforcutflower,2.Production of oriental Lillium in container for cut flower, 3.Production of forest seedlings(PinusgreggiiEandPinusoaxacanaM),4.Productionof tomato (Solanum lycopersicumL)and5.Tomatoseedlingproductioninseedbed(SolanumlycopersicumL).

InrelationtotheproductionofhybridAsianLilium inbed,pinebarksubstrates(CPTU80:20v/v),pinebark+commercialsubstrate(CPSC80:20v/v)andpinebark+peat+expandedclay+vermiculite(CPTAEV230:40:15:15v/v)showedthebestresults.SuchsubstratesalsohaveadequateresultsforLiliumOrientalhybridexceptpinebark+peat(CPTU80:20v/v).IntheproductionofLiliumorientalhybridcontainerforcutflower,besidestheCPSCandCPTAEV2substrates,themixtureofpinebark+peat+vermiculiteexpandedclay(CPTAEV70:20:5:5v/v)showedafavorableresponse.

IntheproductionofPinusgreggiiEandPinusoaxacanaMirovseedlingstrial,mixtureswithpine bark + peat + expanded clay + vermiculite (CPTAEV2 30:40:15:15 v/v) and magueybagasse+ peat+ expanded clay + vermiculite (BMTAEV2 30:60:5:5 v / v) are an alternativewhichallowsreducingtheuseofpeat,vermiculiteandexpandedclayincomparisonwiththecontrolsubstratemadeofpeat+expandedclay+vermiculite(60:30TAEV:10v/v).

Intheproductionoftomato(SolanumlycopersicumL),alternativemixesofmagueybagasse+peat(BMT70:30v/v),coconutfiberfromRioGrande(FCRG100v/v)andpinebark+peat(CPT70:30v/v)showedthebestresultsinyieldsversusthecurrentuseofsawdustwithoutcompost (SSC). Likewise, in the production of tomato seedlings of the two alternativemixturesmagueybagasse+peatexpandedclay+vermiculite(BMTAEV550:30:10:10v/v)and(BMTAEV640:40:10:10v/v)hadbetterresultsthanthoseobtainedinthecommercialmixture(Sunshine3),mainlyusedinMexicointomatoseedlingproductionandhorticulture.


XIII

NDICEDECONTENIDO

Pgina

Captulo1 Introduccingeneral 1

Captulo2 Objetivos 62

Captulo3 Materiales,mtodosydescripcingeneraldelosensayos 67

Captulo4 Aplicacin de SIG en la propuesta de gestin de subproductosagrcolasyforestalesenelEstadodeOaxaca(Mxico)

105

Captulo5 Caracterizacin del compost obtenido del residuo de maguey ymezclasparasustratodecultivo

143

Captulo6 Compostaje y caracterizacin demezclas de corteza de pino (PinusoaxacanaMirov)parasustratosdecultivoenOaxaca

173

Captulo7 Caracterizacin de la fibra de coco de la costa de Oaxaca comocomponenteparasustratosdecultivo

199

Captulo8 Sustratos alternativos a la turba en la produccin Lilium sp (Liliumhbridoasiticoyoriental)encamaparaflordecorte

221

Captulo9 SustratosalternativosalaturbaenlaproduccindeLiliumsp(Liliumhbridooriental)encontenedorparaflordecorte

241

Captulo10 Produccin de plntulas de Pinus greggii Engelm y Pinus oaxacanaMirov en sustratos alternativos a la turba en vivero forestaltecnificado

259

Captulo11 Evaluacin de sustratos ecocompatibles para el cultivo de tomate(SolanumlycopersicumL)encontenedor

289

Captulo12 Empleodesustratosorgnicosecocompatiblesencultivodetomate(SolanumlycopersicumL.)bajocondicionesdeinvernadero

309

Captulo13 Utilizacinde residuosorgnicoscomosustratosalternativospara laproduccindeplntulasdetomate(SolanumlycopersicumL)

333

Captulo14 CONCLUSIONES 355

Captulo15 BIBLIOGRAFA 361

NDICEDETALLADO 383

NDICEDETABLAS 395

NDICEDEFIGURAS 400


XIV


Introduccin1

CAPTULO 1

1.INTRODUCCINGENERAL


Introduccin2


Introduccin3

1.1.LOSRESIDUOSORGNICOS

1.1.1.Introduccin

Eldesarrolloconstantedelasociedadhaprovocadoelaumentoenlageneracinderesiduostanto los procedentes de actividades agrcolas, ganaderas, forestales, industriales(agroalimentarios, textiles, etc.), residuos slidos urbanos (RSU, lodos de estacionesdepuradoras y fraccin orgnica de las basuras domsticas). A nivelmundial, los residuosslidos han ocasionado impactos ambientales negativos por su disposicin incorrecta yporquecadadaaumentan,asociadosalincrementodelapoblacinhumana,losprocesosdetransformacin industrial, agroalimentarios y a loshbitosde consumode laspersonas.Elaumentodelvolumendedesechosorgnicosindustriales,agrcolasydomsticosconllevaunaseriede implicacionesrelacionadasconaspectosdesalubridadymedioambientales(Acurio,1997).

Duranteaossehanllevadoacaboprcticasnoadecuadasconelmedio,comolaquemaderastrojos (imposibilita la restitucinal suelodemateriaorgnicayelementosnutritivos y,adems,contaminalaatmsfera),lasdescargasincontroladasenzonasdesprotegidaseincluso en reas de importancia social y ecolgica (agreden el entorno paisajstico eimposibilitan el control del potencial contaminante de los residuosacumulados)oelalmacenamientoenvertederos(Navarroetal.,1995).

La eliminacin adecuada de los residuos es una prioridad de las polticas ambientales yenergticas de todos los gobiernos actuales desarrollados. La caracterizacin de residuosderivadosdedeterminadas actividadeshumanasenentornosespecficos,es labase inicialparagestionardeformaintegralysosteniblelosresiduos(Mengetal.,2011).Laproblemticade los residuos se debe contemplar en toda su extensin, desde la generacin hasta sualmacenamiento,trasporteyvertido.Existendiversasposibilidadesparasuaprovechamiento,pero sin duda alguna, la utilizacin en agricultura es lams sostenible de todas ellas ypresentalasmayoresventajasmedioambientales(Masaguer,2011).

A lo largode losaossehanaplicadomateriasorgnicasa lossueloscomoenmienda,peroenlasltimasdcadasestaprcticahasufridoundesplazamientoprogresivomotivadopor lagrandifusinde los fertilizantesqumicosy lasexigenciasde los sistemasde cultivomodernos.DebidoaestosepresentaunproblemaalqueNavarro, etal.(1995) intentarondarsolucinplanteandoculseraelmejordestinode losdesechosyresiduosorgnicos.Laaplicacinde residuosorgnicosa los suelosproducemejoras considerables tantoen suspropiedadesfsicascomoqumicas,talescomoaumentoenlamateriaorgnica,mejoradelaestructura de los suelos, as como un incremento de los niveles demicronutrientes, quepueden inducir un aumento en la produccin agrcola (Albiach et al., 2001; Zheljazkov yWarman,2003).


Introduccin4

Tambinhayquetenerencuentaque laaplicacinderesiduosorgnicosenelsuelopuedegenerar problemas que se deben a las sustancias que poseen. Por tanto, antes de suaplicacin alsuelohabr que realizar un estudio de sus caractersticas (Navarroetal.,1995). Toda reutilizacin sostenible de los residuos requiere un conocimientoprevio pararealizarsucorrectoprocesamientoyutilizacin.Elcompostajehoyenda,suponeunadelasmetodologasmsadecuadaspara laeliminacindedeterminadosmaterialesdealtopodercontaminante.

Actualmente, en la horticultura sobre sustratos se presenta el problema de la grandependenciade sustratospreparadoscon turba.Unaalternativapara la resolucindeesteproblema es la sustitucin de la turba por otros materiales orgnicos autctonos y condisponibilidad local. Debido a sto, numerosos residuos y subproductos orgnicos estnsiendocompostadosyutilizadosconxitocomosustratosdecultivo(CarmonayAbad,2008).

1.1.2.Conceptoyclasificacindelosresiduos

Eltrminoresiduoincluyeatodoaquelmaterialgeneradoporlasactividadesdeproduccinyconsumoquenoalcanza,enelcontextoenqueesproducido,ningnvaloreconmico,siendonecesario por tanto su recogida y tratamiento por razones de salud y de contaminacinambiental,paraevitarocupacionesinnecesariasdeespacio,osimplementepormotivacionesestticas. (Organizacinpara laCooperacinyelDesarrolloEconmicoOCDE), citadoporAbadyPuchades,2002).

En trminos jurdicos, para la legislacin europea (Directiva 2008/98/CE del ParlamentoEuropeoydelConsejo,de19denoviembrede2008),residuoesCualquiersustanciauobjetodel cual su poseedor se desprenda o tenga la intencin o la obligacin de desprenderse.Tendrn esta consideracin los que figuren en la Lista Europea de Residuos (Decisin2000/532/CEdelaComisin,de3demayo,modificadaposteriormenteporotrasDecisiones,yOrdenMAM/304/2002,de8defebrero)(Mendoza,2010).

La faltade valoreconmicodeestosmateriales residualeso subproductospuededebersetantoalacarenciadetecnologasadecuadasparasuaprovechamientocomoalainexistenciademercadosparalosproductosrecuperados(Mendoza,2010).

Losresiduossepuedenclasificar,segnsunaturaleza,enorgnicoseinorgnicos,destacandolos orgnicos tanto por su elevado volumen de produccin como por el fuerte impactomedioambientalqueprovocan.

Existen tres grandes sectores productores de residuos orgnicos (Abad y Puchades, 2002;Climentetal.,1996)(Tabla1.1).


Introduccin5

Tabla1.1.ClasificacindetresgrandessectoresproductoresderesiduosorgnicosClasificacin Residuos

SectorprimarioResiduosagrcolasResiduosganaderosResiduosforestales

Sectorsecundario Residuosindustriales(agroalimentarios,textiles,etc)

Sectorterciario Residuosurbanos(RSU,ladosdedepuracin,etc)Fuente:AbadyPuchades,2002;Climentetal.,1996)

1.1.3.Residuosagrcolas

1.1.3.1Definicinderesiduoagrcola

Para la Agencia Europea de Medio Ambiente, los residuos orgnicos agrcolas puedendefinirse, como aquellosmateriales inutilizables, slidos o lquidos, que resultan de lasprcticas agrarias. stas pueden comprender actividades fundamentalmente agrcolas(cultivo de cereales, pastos, frutales, etc.) y ganaderas (cra extensiva o intensiva), y, enocasiones, actividades de transformacin de productos agrcolas (extraccin de aceite deoliva,conservas,etc.)(LpezyBoluda,2008).

En la produccin vegetal, el concepto estricto de residuo agrcola con denominacin deresiduode cosecha seaplicaa la fraccino fraccionesdeun cultivoqueno constituyen lacosechapropiamentedicha,ascomoaaquellapartede lacosechaquenocumplecon losrequisitosdecalidadmnimaparasercomercializadacomotal(Martnez,2006).

La elevada tasa de produccin y la composicin de este tipo de residuos generan unimportante impactomedioambiental.Seestimaqueen laUninEuropea (UE)seproducen1,6billonesde toneladas anualesdemateriaorgnicaexgena (esdecir,materiaorgnicaaplicablealsueloparamejorarsuproductividaddeacuerdoconladefinicindadaporlaUE),delascuales415millonescorrespondenaresiduosagrcolas.

Tambin son fuente importante de este tipo de residuos el cultivo de frutas y hortalizasprocedentesdezonasdehuertaoinvernadero,ademsdeaquellosresultantesdelaretiradadeproductosvegetalescomercialesdelosmercadosparamantenerlosprecios(VanCampetal.,2004).

1.1.3.2.Problemtica

Losresiduosorgnicos(RO),generalmente,seacumulanenvertederoshastasudescomposicinyendondepuedendarproblemasdecontaminacinporlixiviacin,ademsdegenerargasesdeefectoinvernadero(metanoydixidodecarbono).

Elefectoperjudicialqueestos residuos causan sobreelmedio ambiente vieneocasionadofundamentalmentepor laacumulacinde losmismosen laszonasdecultivoycercanasdelosinvernaderos,convirtindose,debidoasudepsitoyabandono,enfuentedelixiviadosygases, focos de plagas y vectores de enfermedades, as como fuente de malos olores


Introduccin6

(causadosporprocesos fermentativos), loquehacenecesaria lagestinadecuadadestosconelfindeminimizarelimpactoasociadoasuproduccin(Carrinetal.,2006).

La intensificacindelsectoragrcolaha incrementadoconsiderablemente lageneracinderesiduosorgnicosaproximadamente415millonesde toneladas/aoen laUninEuropea(European Commission, 2004) provocando un aumento en los problemas de impactoambientalquestosgeneran,yprecisando,por tanto, suadecuadagestinparaminimizardichoefectoperjudicial.Enestecontexto,eltratamientode losresiduosmedianteprocesosdecompostaje,yelposteriorusodelosproductosobtenidoscomocompost,comosustratosocomponentesdesustratosparaelcultivodeplantas,reportaundoblebeneficio:ambiental,aleliminar losresiduossinalterardemanerarelevanteelequilibrioecolgico,yagrcola,alaprovecharyrecuperarlamateriaorgnicayloselementosfertilizantespresentesendichosresiduos(StoffellayKahn,2005;Raviv,2005;MorenoyMoral,2008).

1.1.4.Clasificacinderesiduosagrcolas

En laTabla1.2.Sepresenta la clasificacinde los residuosagrcolas segn LpezyBoluda(2008).

Tabla1.2.ClasificacindelosresiduosagrcolasCNAE1 LER2 Descripcin Ejemplos

0111cultivodecerealesyotroscultivos

02103Residuosdeagricultura,horticultura.Cazaypesca:residuosdetejidosyvegetales

Pajas,tallos,cascarillas

0112cultivodehortalizas,especialidadesdehorticulturayproductosdeviveros.

020103

Residuosdeagricultura,horticultura,silvicultura,cazaypesca:residuosdetejidosvegetales

Plantasverdes,tallos,restosdepoda.

0113cultivodefrutos,frutossecos,especiasycultivosparabebidas.

020103

Residuosdeagricultura,horticultura,silvicultura,cazaypesca:residuosdetejidosvegetales

Plantasverdes,tallos,restosdepoda.

0201selviculturayexplotacinforestal

020107Residuosdeagricultura,horticultura,silvicultura,cazaypesca.Residuosforestales

Piesnomaderables.Ramas,matorrales.

1CNAE:ClasificacinNacionaldeActividadesEconmicas.2LER:ListaEuropeadeResiduos(Decisin2000/532/CE,de3demayode2000,modificadaporlasDecisiones2001/118/EU,2001/573/EU;transpuestasporlaOrdenMAN/304/2002).

1.1.5.Elimpactoambientaldelosresiduosorgnicos

Los residuosorgnicos tienenun fuerte impactosobreelmedio ambiente,contaminando laatmsfera,elsueloylasaguas(superficialesysubterrneas),debidoprincipalmenteasusaltoscontenidosenmateriaorgnicainestableeinmadurayelementosminerales,yalapresenciade compuestos orgnicos recalcitrantes, metales pesados, fitotoxinas, patgenos vegetales yanimales,etc., los cuales son altamente contaminantes (Cegarra etal.,1994;Vogtmann etal.,1993).Acontinuacinseenumeraalgunodelosprincipalesimpactosnegativosporelmalmanejodelosresiduosorgnicos(JaramilloyZapata,2008):


Introduccin7

Enfermedadesprovocadasporvectoressanitarios: Contaminacindeaguas: Contaminacinatmosfrica Contaminacindesuelos Problemaspaisajsticosyriesgo Vectores:

Deentrelasdiferentesalternativasdegestindelosresiduosorgnicos,tantoeldepsitoenvertederos como la incineracin provocan la emisin de CO2

y de otros gases a la atmsfera,contribuyendoalefectoinvernadero.

1.1.6.Caractersticasycomposicindelosresiduosagrcolas

Las caractersticas y composicin de los subproductos agrcolas varan segn el estadio dedesarrollodelaespeciecultivadaenlapocaderecoleccin,elrganoopartevegetaldequese trate, y el origen/la naturaleza del residuo, principalmente. Todo esto hace que estosresiduos presenten un contenido hdrico variable, alto contenido de materia orgnica,composicinmineraltambinvariable,ygeneralmenteunaelevadarelacinC/N;aunqueconnotablesdiferenciassegnelorigenylacomposicindelresiduo(Carrinetal.,2006;LpezyBoluda,2008;Martnez,2006).

1.1.7.ElmodelodelagestinderesiduosagrcolasenEspaayUninEuropea

Para medir el grado de desarrollo de un pas, uno de los parmetros utilizados en laactualidadeslaproduccinderesiduosporhabitante.EnEspaa,enelao2009elentoncesMinisteriodelMedioAmbiente(MMA,2009),estimquelageneracinderesiduosen2006fuede523kgporhabitante,frentea los500kgrecogidosen2005, loquesetraduceenunincremento del 4,64%. La generacin de residuos supone una prdida de recursos y deenerga;adems, laproduccin,gestinyeliminacindestosesunode losaspectosmspreocupantes en relacin con la sostenibilidad del desarrollo y la degradacin delmedioambiente(Mendoza,2010).

En este contexto, la Unin Europea en 2008 estableci una Estrategia de Gestin deResiduos cuyo principal objetivo es fomentar una gestin sostenible y ecolgicamenteracionalde losmismos,quecontemple lasaludpblicay laproteccindelentornonatural(Directiva2008/98/CEdelParlamentoEuropeoydelConsejo,de19denoviembrede2008,sobre los residuos y por la que se derogan determinadasDirectivas). Esta norma (y otrasanteriores derogadas por lamisma) es la base de la legislacin espaola sobre residuos,materializadaenlaLey10/1998,de21deabril,modificadaenelBOEnmero275,de16denoviembrede2007,por la Ley34/2007,de15denoviembrede2007 (Mendoza,2010). YrecientementeporlaLey22/2011de28dejuliode2011.

Laestrategiaeuropeaestableceunajerarquizacindelasdiferentesalternativasdegestinde los residuos: prevencin, reutilizacin, reciclado, valorizacin material, valorizacin


Introduccin8

energtica,yeliminacinovertidosinriesgo.DichajerarquaestbasadaenlacontribucindecadaunadeestasalternativasalDesarrolloSostenible(CE,2000).

Lasopcionesqueofrecenmsventajasdesdeelpuntodevistaambientalparaeltratamientode losresiduosagrcolasson lasquepermiten larecuperacinoelreciclajede losrecursoscontenidosenellos.Operacionesdeeliminacinsinrecuperacindeenergaoeldepsitoenvertederos suponen una prdida de recursos naturales y contribuyen, adems, a lacontaminacinambiental,por loquese lesconsideranprcticasnoaceptables.Deacuerdoconesto,lostratamientosdelosresiduosagrcolasseclasificanactualmenteenfuncindelasoperacionespreviasdetratamiento,losprocesosdetransformacinaplicados,yelproductofinalobtenido(LpezyBoluda,2008)(Figura1.1).

Fuente:LpezyBoluda,2008(Redibujado)

Figura1.1.Alternativasdisponiblesparaeltratamientodelosresiduosagrcolas

1.1.8.Minimizacindelaproblemtica

Los efectos negativos de la produccin de residuos orgnicos pueden disminuirnotablementesisedesarrollaunplandegestinde losmismoscuyoobjetivoseaconvertirlosresiduosenrecursos.Losresiduosorgnicosdecalidadaceptablesonunafuenteinteresantedemateriaorgnicayelementos fertilizantes. Por ello, el reciclado y la valorizacin de dichos residuos enAgriculturaconstituyeunamaneraeficazdeevitarladegradacinycontaminacindelmedio,a lavezque seaprovechan los recursoscontenidosen losmismos,completndosedeestamaneralosciclosdelamateriaalteradosporlaactividadagrcolaintensivayreducindoseel consumode fertilizantes,enmiendas y sustratos (Abad yPuchades,2002;Carrinetal.,2006).

Para hacer esto posible, se requieren sistemas eficaces de recogida selectiva, acopio ytransformacindeestosresiduos.Sepretende,darunautilidadaestosresiduosdediversasformas(Navarroetal.,1995):


Introduccin9

Paralafabricacindecompost. Produccindeelectricidadengeneradoresdemetano. Reciclajeatravsdebancosdealimentos. Fabricacindebiodieselyjabn.

Las opciones de uso como sustratos en procesos biotecnolgicos resultan variadas y sonconsideradas soluciones sostenibles y adecuadas para la produccin de nuevos alimentos,productosqumicosyfarmacuticos(Basanta,2007).

1.1.9.Desarrollosostenible

Por otra parte, la creciente sensibilidad social hacia las cuestiones medioambientales hagenerado la necesidad de dirigir la agricultura hacia el Desarrollo Sostenible. Por tanto,adecuar o habilitar los residuos agrcolas para su uso como sustratos o componentes desustratos en el cultivo sin suelo, o bien considerarlos como fuente de materia orgnicaexgenaquepuede incorporarsealsueloparaaumentar la fertilidaddeste,sonprcticasadecuadas,siemprequeestnsujetasaunaseriededirectrices,normasypautasacordesconlasBuenasPrcticasAgrcolasyelDesarrolloSostenible(LpezyBoluda,2008).

1.1.10.CompostajedeROcomosistemadetratamientoparasuusoenagricultura

La utilizacin directa de residuos orgnicos frescos en Agricultura presenta una serie deinconvenientes: fitotoxicidad (porcompuestosorgnicos,elementosysustanciasminerales,etc.), deficiencia deOxgeno en el entorno radicular, y elevacin de la temperatura en larizosfera,entreotros(Abadetal.,1997,2001;Ortega,etal.,1996),porloquedichosresiduosdebensersometidosatratamientospreviosasuutilizacin.

Unode losmtodosmsutilizadospara laadecuacinde los residuosorgnicos con finesagrcolaseselcompostaje(AbadyPuchades,2002;Moraletal.,2009;MorenoyMoral,2008;Soliva,2001;StoffellayKahn,2005;Masaguer,2010),destacandodichoprocesotantodesdeelpuntodevistaecolgicocomoeconmico(Bernaletal.,2009;Raviv,2005).

En laactualidad,elcompostajeesunprocesotecnolgico industrializado,noexcesivamentecomplejo,tcnicayeconmicamenteviable,pococontaminante,yque,adems,tienemayoraceptacinsocialencomparacinconlosvertederosoplantasincineradoras.

Un caso de valorizacin de residuos orgnicos particularmente residuos de jardineraurbana a destacar es el que se ha venido desarrollando en EE.UU., donde, segn unaencuesta realizada por la revista BioCycle (Simmons, 2006), el nmero de plantas decompostaje de este tipo dematerial aument un 585% en un periodo de 10 aos. Esteincrementoseprodujodebidoa laprohibicin,en23Estados,deldepsitodeestetipoderesiduosen vertederose incineradoras.Porello,una alternativaeficazpara la gestindeestetipoderesiduosseralaprohibicinoreduccindesuvertidoenvertederosautorizados,yelestablecimientodeayudasparafomentarelcompostajedelosmismos.


Introduccin10

1.1.11.LagestindeROenlospasesendesarrollo

1.1.11.1.Aspectosgenerales

El tratamientode residuosen lospasesendesarrollo,especialmenteen lasreas rurales,constituye,deformageneral,unproblemasinresolver.Enelcontextodeunpasenvasdedesarrollocabedecirquelaresolucindeconflictosrelacionadosconelmedioambienteesten el eslabnms bajo de las prioridades, entendiendo que existen preocupacionesmsapremiantesasociadasconaspectoscomolaalimentacin,saludpblica,empleoydficitderecursos econmicos, en especial en lugares en los que existe una cierta debilidad delgobiernolocal(Rakodi,2003).

Noobstante,existenporestamismaraznmotivosparafocalizaresfuerzosenlamejoradelagestinde los residuose incidirpositivamenteen lamejorade lascondicioneshiginicasymejorarelniveldevidadelapoblacin.Adems,tambinpuedegenerarpuestosdetrabajo,mejorandoaslosrecursoseconmicos(Ciccozzietal.,2003).

Enestospases laaplicacindeRO comoenmiendadel suelo,puede suponerunevidenteahorro de fertilizantes sintticos a la vez que se establecen las bases para una mejorproductividaddel suelo,aspectosque inciden sobre los recursoseconmicospero tambinsobrelacapacidaddemejorarlaalimentacin.

Aunqueexistenzonasdondesehanrealizadoimportantesprogresos,especialmentegraciasala ayuda internacional, otras todava permanecen en etapas incipientes y carentes derecursos. La cooperacin internacional supone un fuerte impulso para el arranque deactividades en muchas zonas pero que frecuentemente se encuentra con la falta deseguimientode lasactividadesdemaneraautnomayaquenoresultansosteniblesa largoplazo porque no se han suministrado las herramientas adecuadas para que los propiosbeneficiariospuedanproseguirporsmismos las iniciativastomadas,entreellas laculturayeducacindelapoblacin(LpezyHuerta,2011).

Laprincipalvadegestinderesiduossonlosvertederos,quedominangrandesextensionesde terreno que carecen de medidas de impermeabilizacin y proteccin del suelo. Lasconsecuenciasdelamalagestinderesiduosporestavasonampliamenteconocidas,yentreellascabedestacarlaprdidadeespacionaturalydeteriorodeterritorioutilizableparaotrasactividades, lacontaminacinde lasaguassubterrneasydelsueloacausade la lixiviacin,fuente de parsitos y vectores de enfermedades, condiciones de insalubridad y exclusinsocialpara los trabajadores.Adems, tambinsepierdeuna fuentederecursoscomoes lamateriaorgnica,cuyoaprovechamientopresentaespecialimportanciaensuelostropicalesydeforestados(LpezyHuerta,2011).

1.11.1.2.ElcasodeMxico

EnelcasodeMxico,segndatosdelProgramaNacionalparalaPrevencinyGestinIntegraldelosResiduos,segeneranmsde39millonesdetoneladasdeRSUanualmente,los


Introduccin11

cuales en su gran mayora van a vertederos en malas condiciones de aislamiento o,directamente,sedepositanenvertederosacieloabierto(Cortina,2010).

El espacio destinado a la disposicin es ineficiente y algunos de los rellenos sanitariosexistentes son inapropiados porque los lixiviados y gases generados siguen ocasionandocontaminacin al medio ambiente. Ante este problema se estn desarrollando nuevasmetodologasdemanejoydisposicinderesiduosdetipoorgnico(Silva,2007).

Enoctubredel2004entren vigor lanormaoficialde la secretarademedio ambiente yrecursos naturales, NOM083SEMARNAT2003, que establece las especificaciones deproteccinambientalpara laseleccindelsitio,diseo,construccin,operacin,monitoreo,clausurayobrascomplementariasdeunsitiodedisposicinfinaldelosRSUyRME(residuosdemanejoespecial)(SEMARNAT,2004).Enlosltimosaos,yconestalegislacin,seesttratandodedarunasalidaalosresiduosorgnicosparalafabricacindecompost,porloqueenelao2005yahaba22plantasdecompostajeenMxico(Cortinas,2010).

Algunas estrategias como la separacin de residuos orgnicos e inorgnicos no hanfuncionadopor lacarenciade informacinypor la incomodidaddehacerdichaseparacin(Silva,2007).

En Mxico existen ms de 60 centrales de abasto que producen diariamente miles detoneladasdedesechosorgnicos,enconcreto,enlacentraldeabastodelaCiudaddeMxicosegeneranentre720y875toneladasdedesechosslidosorgnicosalda,deloscualescercade80%sondesechosdeproductoscomestibles,elrestosonresiduosdeempaquetamiento(papel,cartn,maderaydiversostiposdeplsticos)(Robles,2003).

En laactualidad,unode los temasconmayoreco socialeselcambioclimtico.ste seveafectadoporlaselevadasemisionesdegasesdeefectoinvernadero(GEI),portanto,unodelosprincipales intereseses reduciresasemisiones, yuna formadehacerloesmedianteeltratamientoderesiduos(Vidal,2012).Porello,enMxico,sehacreadoelProgramaNacionalpara la Prevencin y Gestin Integral de los Residuos, as como de la legislacin en lamateria,conlaparticipacinresponsabledelosdistintossectoresdelasociedad,yaquesonlosquegeneranlosresiduos.DeacuerdocondatosdelInstitutoNacionaldeEcologa(INE)delaSecretaradeMedioAmbienteyRecursosNaturales (SEMARNAT), losdesechos suponencercadel14%delasemisionesdeGEIdeMxico.

ElPlanNacionaldeDesarrollo (PND),elProgramaNacionaldeMedioAmbienteyRecursosNaturalesyelProgramaNacionalpara laPrevencinyGestin Integralde losResiduos,sonlosencargadosdellevaracabolasaccionescorrespondientesparallegaraimplantarentodoel territorio nacional la Gestin Integral de los Residuos. Se llevar a cabo mediante laorientacin de la poltica pblica a este problema apoyando, tambin, la asignacin depresupuestosparalaejecucindelasaccionesprogramadas(Cortinas,2010).


Introduccin12

1.2.ELPROCESODECOMPOSTAJE

1.2.1.Introduccinalcompostaje

Elusodelamateriaorgnicadelosresiduosgeneradosporlaactividadhumanaatravsdelsuelohasido,demaneraespontanea,unavaprioritariaparasugestindesdequeelhombreempezadomesticar lasplantasy losanimales,esdecir,desdeelneoltico (Huertaetal.,2011).Durantemuchotiempo,launiformidad,simplicidaddemanejoyelbajocostehicieronquelosfertilizantes inorgnicos fueran lasprincipales fuentesdenutrientespara lasexplotacionesagrcolas. El uso masivo de estos fertilizantes junto con algunas prcticas de cultivoinapropiadas,han llevadoauna reduccinconsiderablede lamateriaorgnicaynutrientespresentesenelsuelo(Tejadaetal.,2001).

La intensificacindelsectoragrcolaha incrementadoconsiderablemente lageneracinderesiduosorgnicos, aproximadamente415millonesde toneladas/aoen laUnin Europea(European Commission, 2004), provocando un aumento en los problemas de impactoambientalquestosgeneran,yprecisando,por tanto, suadecuadagestinparaminimizardichoefectoperjudicial.Enestecontexto,eltratamientodelosresiduosmedianteprocesosdecompostajeyelposteriorusocomocompost,sustratosocomponentesdesustratosparaplantascultivadas,reportaundoblebeneficio:elambiental,aleliminarlosresiduossinalterardemanerarelevanteelequilibrioecolgico,yelagrcola,alaprovecharyrecuperarlamateriaorgnicay loselementos fertilizantespresentesendichos residuos (StoffellayKahn,2005;Raviv,2005;MorenoyMoral,2008).

El compostaje utiliza las condiciones ms favorables de transformacin de la materiaorgnica, transformacinque como seha indicado tiene lugarde formanatural,ybajounambientecontroladoqueintentamantenerunacontinuadegradacinquepermitaacelerarelproceso(Benito,2002).Duranteelcompostajepartede lamateriaorgnicaesmineralizadagenerandodixidodecarbono,aguaycalor,mientrasque laotraparteestransformadaensustancias hmicas que son estructuralmente muy similares a las presentes en el suelo(ZbytniewskiyBuszewski,2005).

1.2.2.Definicindelcompostaje

De formanatural, losmicroorganismospresentesenel suelodegradan lamateriaorgnica(hojas, ramas o csped) que se acumula en l. Estos restos vegetales frescos, que estnintegradosporcompuestossolubles,celulosas,hemicelulosasy ligninas,sernutilizadosporlosmicroorganismosypasarna formarpartedel llamadohumusdel suelo.Elhumusestcompuesto por sustancias orgnicas ms complejas, estables y resistentes a posterioresdegradaciones; entre ellas estn: la humina (insoluble en lcali) y las sustancias hmicas,extrablesconreactivosalcalinos(Benito,2002).


Introduccin13

El compostaje es un proceso natural que utiliza hongos, bacterias y otros organismosexistentes en los propios residuos, a los que nicamente hay que proporcionar unascondicionesambientales idneas (principalmentehumedadyaireacin)paraoptimizaresteprocesodetransformacin(DaSilva,2011).

Elcompostajepermitereducirelpeso,elvolumeny lareactividaddelresiduoorgnico,almismo tiempo que se logra que un sustrato muy heterogneo experimente unatransformacinde lamateriaorgnicams biodegradable, liberandoC02,agua,elementosmineralesyenerga,quedando finalmente la fraccinorgnicamsestableehigienizadaycompuestoshmicos(PomaresyCanet,2001).

Deentre lasmuchasdefinicionesdecompostajequeseencuentranen labibliografa(Haug,1993; Raviv ,2005; Zucconi, 1987;De Bertoldi et al., 1996; Stevenson yHe ,1990; Benito,2002)destacamos ladeMoreno (2012)quedefineel compostaje como ladescomposicinbiolgica y arobica de lamateria orgnica bajo condiciones controladas que genera unproducto estable parecido al humus que se denomina compost. Se refiere adems a laetimologaderivadadellatn:Compono,Composui,Compositunocompostaje.

Sedenominadescomposicinynoestabilizacinporquenosiempresepuedeasegurarquela estabilizacin de lamateria orgnica (humificacin) sea total. Puesto que se obtienenproductosmineralizados(H2O,CO2yNH3),biomasamicrobianayproductoshmicos(materiaorgnica parcialmente humificada). Es una descomposicin de tipo biolgico(microbiolgico), loque ladiferenciade lasdescomposicionesfsicasyqumicas.Esaerbicaporqueduranteelprocesose favorecen lastransformaciones (biolgicasy/o fisicoqumicas)de tipoaerbicoal realizaroperacionesquepermitenelaccesodeOxigenoalmaterialendescomposicinyporqueestadescomposicinde lamateriaorgnicasedaprincipalmentepor microorganismos que para que desarrollen sus actividades requieren de Oxigeno(Moreno,2012).Lospropiosmicroorganismosutilizanloscompuestosorgnicoscomofuentedenutrientesparasupropiomantenimiento,entreelloselOxgeno.

Estastransformacionesocurrendeformamsrpidaqueencondicionesanaerbicasyson,adems,msexotrmicas.En consecuencia,elprocesodegradativoesms rpidoqueenausencia de dicho elemento y se genera, adicionalmente,ms energa en forma de calor,incrementndoseas latemperaturaenelmaterial.Esteaumentoen latemperatura,unidoal tipo de transformaciones aerbicas que tienen lugar, acelera el proceso, evita lageneracin de malos olores y favorece la higienizacin del compost eliminndose oreducindoseasagentespatgenosomolestosysemillasdemalashierbas(Mendoza,2010).

Por ltimo, se seala que transcurre bajo condiciones controladas, especialmente detemperatura, humedad y aireacin, para diferenciarlo de las putrefacciones. El proceso vadirigido prioritariamente a los residuos slidos (o semislidos) biodegradables, los cualesconstituyenlafaseslidaorgnicaquefacilitalaactividadbiolgicaalservirdesoportefsicoymatrizde intercambiode gases,proporcionarnutrientesorgnicose inorgnicos y agua,aportarmicroorganismos nativos, almacenar los residuosmetablicos generados, y actuarcomoaislantetrmico,principalmente.


Introduccin14

Enelprocesode compostaje seproducen losmismosacontecimientosqueen loshbitatsnaturales: lamateria orgnica se degrada y losmicroorganismos tambin aprovechan losnutrientes para su actividad biolgica. La diferencia es que es un proceso intencionado ycontrolado (Moreno, 2012). El objetivo de un sistema de compostaje ha de ser lograr lasmejores condiciones posibles para un correcto desarrollo de la actividad microbiana,persiguiendomaximizar la tasadedescomposicinde lamateriaorgnicaparaobtenerunproductoestabilizadoyfcildemanejarenelmenortiempoposible.EndefinitivasetratadeacelerarelprocesonaturalSnchezetal.,2011.

En definitiva se trata de una tcnica en auge por sus bajos requerimientos energticos,diversidaddetecnologasdisponibles,yvalorcomercialdelproductofinal,teniendoclaroquelosfactoresqueseconsideranclavesparaelcorrectodesarrollodelprocesodecompostajesonlatemperatura,lahumedad,elpHylaconcentracindeOxgenointersticialenlamatriz(Liangetal.,2003;KulcuyYaldiz,2004). Finalmenteesnecesario tenerencuentaque loselevados costes econmicos totales de otros medios de gestin de residuos orgnicos(vertido,incineracin,etc.)hacenrecomendableelusodelcompostajecomoalternativamsrentableycontecnologamssencilladeaplicar(Crineretal.,1995;Eweisetal.,1999).

1.2.3.Etapasdelprocesodecompostaje

ElprocesoimplicaelpasoporcuatroetapasdefinidasporCheneInbar(1993)yPrezetal.,2011.

1.2.3.1.Primeraetapainicialomesoflica

Estaetapaseiniciaatemperaturaambiente(mesfila).Enellalosmicroorganismosdegradanprincipalmente aquellos compuestos orgnicos de cadena corta o ms fcilmentebiodegradablesomsfcilmenteasimilables(azucares,etc.).

Duranteestaetapalatemperaturadelamatrizaumentadeformaconsiderable,debidoaqueelcalormetablicogeneradoporlaactividaddelosmicroorganismosquedaatrapadodentrodelmaterialencompostajedebidoasubajaconductividad trmica.Secaracteriza tambinporlapresenciadebacteriasyhongos,siendolasprimerasquienesinicianelprocesoporsugrantamao;semultiplicanyconsumen loscarbohidratosmsfcilmentedegradables,sonlasresponsablesdelaumentodesdelatemperaturaambientehastamsomenos40gradoscentgrados.

1.2.3.2.Segundaetapa:Termoflica

Generalmente caracterizada por una mayor actividad microbiolgica, una conversin decompuestosdecadenams larga.Comienzacuando la temperaturasobrepasa los45oC.Enestemomentotienelugarunasucesinecolgicaenlaspoblacionesmicrobianasenlamatrizen compostaje, causada por la inactivacin de lamicrofloramesfila y la activacin de latermfila.


Introduccin15

Estasaltastemperaturasfavorecenqueestosmicroorganismostermfilosdegradenmateriaorgnica ms compleja, como protenas, grasas, y fibras vegetales y eliminando posiblesgrmenespatgenosparaplantasyanimales,ascomosemillasdemalashierbas.

Estaactividadcatablicahaceaumentaranms la temperatura,pudiendo llegar (sino secontrola)hastalos80oC(lmiteapartirdelcualnohayyaactividadmicrobiananinguna).Paralograrunatasadedescomposicinptima,latemperaturamximadeestafasetermfilaestfija en 65oC, si bien es habitual que en las plantas de compostaje comerciales se permitaalcanzaralamatriztemperaturasmayores(delordendelos75oC)paragarantizarlacompletahigienizacindelcompost.

Atemperaturasmuyaltas,muchosmicroorganismos importantesparaelprocesomuerenyotros no crecen por estar esporulados. En esta etapa se degradan ceras, protenas yhemicelulosas, escasamente la lignina y la celulosa; tambin se desarrollan en estascondicionesnumerosasbacteriasformadorasdeesporasyactinomicetos.

1.2.3.3.Terceraetapa:Mesoflicamenosactiva(enfriamiento)

Caracterizadaporunadisminucinde la temperatura,del gradodedescomposicin yunarecolonizacindelmaterialpormicroorganismosmesfilos.Latemperaturadisminuyedesdelamsaltaalcanzadaduranteelprocesohastallegaraladelambiente,sevaconsumiendoelmaterial fcilmente degradable, desaparecen los hongos termfilos y el proceso continagraciasalosorganismosesporuladosyactinomicetos.

Cuandoseinicialaetapadeenfriamiento,loshongostermfilosqueresistieronenlaszonasmenoscalientesdelprocesorealizanladegradacindelacelulosa.

1.2.3.4.Cuartaetapa:Finalodemaduracin

Unavez lamayorpartede lamateriaorgnicadisponiblehasidodegradada,comienzaestafase, denominada demaduracin. En esta etapa no es posiblemantener unas tasas deactividadmicrobiana tanelevadas comoen lasanteriores,por la faltademateriaorgnicalbil, loque reduceel calorgeneradopor laactividadmetablicaypor tanto comienzaundescensode latemperaturade lamatriz,hastaalcanzarnivelesambientales,alsermayor ladisipacindecalorquelaproduccindelmismo.

En esta etapa demaduracin se transformar parte de lamateria orgnica remanente enmateriaorgnicamsestable.Lamaduracinpuedeconsiderarsecomocomplemento finalde las fases que ocurren durante el proceso de fermentacin disminuyendo la actividadmetablica.

Habitualmente,estaetapaesdesarrolladaensistemasabiertos (mesetas)quepermitanunmejor aprovechamiento de la superficie de la planta, debido sobre todo a los menoresrequerimientosdemonitorizaciny controldeesta fasepor laevolucinms lentade susparmetros.


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1.2.4.Factoresquecondicionanoafectanelprocesodecompostaje

Para obtener un producto final til (material orgnico estabilizado), en un proceso decompostaje, no se puede dejar transcurrir espontneamente, sino que en l han decontrolarse los parmetros que influyen en el desarrollo y actividad microbiolgica,garantizndoseaselxitodelproceso(Hedegaardetal.,1996;Kneretal.,2003).Buenoetal.(2008)clasifican losparmetrosms importantesenrelacinconelprocesodecompostajeendostipos:

Parmetrosdeseguimientodedichoproceso. Parmetrosrelativosalanaturalezadelsustrato

1.2.4.1.Parmetrosdeseguimientodelproceso

Losparmetrosincluidosdentrodeestegruposonaquellosquehandesermedidosdurantetodoelproceso(temperatura,humedad,pH,aireacin,yespaciodeaire libre)ycorregidos,encasodesernecesario,paraquesusvaloresestndentrodelrangoptimodurantetodaslasfasesdelcompostaje(JerisyRegan,1973).

ElpH

El pH puede influir sobre las reacciones enzimticas y su velocidad y en ocasiones esconsideradocomounindicadordelaevolucindelcompost.Laliberacindecidosorgnicosen laprimera fasedel compostajepuededisminuir temporalmenteelpH,mientrasque laproduccin de amoniaco puede elevarlo, provocando la perdida de ste por volatilizacin(Benito,2002).

DurantelaetapainicialdelprocesoseobservaunadisminucindelpHdebidoalaaccindelosmicroorganismos sobre lamateriaorgnicams lbil,que causa la liberacindecidosorgnicos.Posteriormente seproduceunaprogresiva alcalinizacindelmedio,debido a ladegradacindeloscidosorgnicosyalageneracindeamonacoporladescomposicindelasprotenas(SnchezMonederoetal.,2001).

Al final del proceso, el pH tiende a la neutralidad debido a la formacin de compuestoshmicos,quetienenpropiedadestampn.Suleretal.(1977),encontrunarelacinentreloscambiosdepHy laaireacinde lamezcla,concluyndosequeuncompostajeconaireacinadecuadaconduceaproductosfinales(compost)convaloresdepHprximosalaneutralidad,yque ladegradacinde lamateriaorgnicase inhibeapHbajos,por loquevaloresdepHigualesosuperioresa7,5duranteelprocesosonindicativosdeunacorrectadescomposicin.

Benito(2002) indicaquevaloresdepHptimoesaqulprximoa laneutralidad,aunque laactividadmicrobiana tiene lugarenun amplio rangodepH. LadescomposicinbacterianarequierepHentre6.0y7.5mientrasqueloshongosactanconpHentre5,5y8,0.

Bernal etal. (2009) consideranqueelmejorpHduranteelprocesode compostajeocurreentre6,7y9,0,teniendo losmejoresvaloresentre5,5y8,0.Por lo regularelpHnoesunfactor clave para el compostaje; como sea, este factor es relevante para el control de la


Introduccin17

perdidadenitrgenoporvolatilizacinen formadeamonio,siendo importanteapHmayorde7.5.El pH puede ser un parmetro indicador de lamadurez de un compost (Saidi etal.,2007).

Latemperatura

Dadoqueel compostajeesunproceso fundamentalmentemicrobiolgico,el sntomamsclarodeestaactividadmicrobianaeselincrementodelatemperaturadelamasadematerialqueestcompostando,siendoconsideradastacomounavariablefundamentalenelcontrolde dicho proceso (Liang et al., 2003; Miyatake et al., 2006). Las recomendaciones delcompostaje se disean en funcin de una correcta evolucin de este parmetro, con lafinalidad de alcanzar una higienizacin y una degradacin ptima delmaterial (Mason yMilke,2005;Mason,2006).

Sehaobservadoque lasvelocidadesdecrecimientoseduplicanaproximadamenteconcadasubidade10gradoscentgradosdetemperatura,hastallegaralatemperaturaptima.Hacialos70 Cgrados centgrados se inhibe laactividadmicrobianapor loquees importante laaireacin del compost para disminuir la temperatura y evitar la muerte de losmicroorganismos.

Tabla1.3.Temperaturasytiempodeexposicinnecesariosparaladestruccindelosparsitosypatgenosmscomunes

Organismos Temperaturaytiempodeexposicin

Salmonellatyphosa30minutos de exposicin a 5560oC.No sedesarrollaatemperaturassuperioresa46oC.

Salmonellasp. 60minutos deexposicina55oC1520minutosa60oCShigellasp. 60minutosde exposicin a 55 oCEscherchiacoli 60minutos deexposicina55oC1520minutosa60oCTeniasaginata Enpocos minutos a 60 oCLarvasdeTrichinellaspiralis Muererpidamentea55oCoinstantneamentea60oCBrucellaabortus 3minutos de exposicin a 6263oC 55oCMicrococcuspyogensvar.Aureus 10minutosde exposicin a 50 oCSterptpcoccuspyogens 10minutosde exposicin a 54 oCMycobacteriumtuberculosisvar.Hominis

1520 minutos de exposicina 66oC instantneamentea67oC

Corynebacteriumdiphtheriae 45minutosde exposicin a55oCHuevosdeAscarislumbricoles 30minutosdeexposicina55oC

Fuente:(Labrador,2001).

Duranteestoscambiosdetemperaturalaspoblacionesbacterianassevansucediendounasaotras. Este ciclo se mantiene hasta el agotamiento de nutrientes, disminuyendo losmicroorganismos y la temperatura. Un apropiado proceso de compostaje destruyeeficientementelospatgenosysemillas,debidoalasaltastemperaturasquepuedenalcanzarunmximode5470oC(130160oF)logradasatravsdelcalormetablicogeneradoporlosmicroorganismos(PetricySelimbai,2008).

La temperaturaeselparmetroempleadoen la totalidadde los casosparamonitorizarelcorrectodesarrollodelprocesoyactuarcomoparmetrodecontrol,estandoconsideradoun


Introduccin18

buenindicadordelaeficienciadelprocesoydelniveldedegradacinalcanzado(Buenoetal.,2008;Liangetal.,2003;KulcyyYaldiz,2004).Enlatabla1.3.,seregistranlastemperaturasytiempo de exposicin necesarios para la destruccin de los parsitos y patgenos mscomunes(Labrador,2001).

ElOxigeno

La presencia deOxgeno durante el compostaje es imprescindible para el desarrollo y laactividad microbiana, ya que los microorganismos que intervienen en ste sonfundamentalmente aerobios. Una aireacin insuficiente favorece la proliferacin demicroorganismos anaerobios, que sustituyen a los aerobios, ocasionando retraso en ladescomposicin, aparicin de sulfuro de hidrgeno, y la produccin de malos olores,principalmente(Bidlingmaier,1996).

Sin el Oxgeno suficiente, la materia orgnica se descompone anaerbicamente, otrosmicroorganismosdistintosestninvolucradosytambindistintasreaccionesbioqumicasquetienecomoresultado laproduccindemetano,cidosorgnicosycidosulfhdrico(Benito,2002).Porotrolado,elexcesodeventilacinpuedeprovocarelenfriamientodelapilayunaelevadaprdidadehumedad,disminuyendo laactividadmetablicade losmicroorganismos(Zhu,2006).Adems,aportacionesadicionalesdeOxgenopuedendarlugaraunconsumodeloscompuestoshmicosformadosyaunarpidamineralizacindelosmismos(Tomatietal.,2000).EnlaFigura1.2semuestralaevolucindelosprincipalesparmetrosdeseguimientodelproceso,ascomolasucesinmicrobianaduranteelcompostaje.

Latotalidaddeporosdelamasaeselespaciodeairelibre(Schulze,1962),querelacionaelcontenidodehumedad,ladensidadaparente,ladensidaddepartcula,ylaporosidad,porloqueconocidos losvaloresdedensidadpuedeestimarse lahumedadptimaparaelresiduoestudiado.

Fuente:MorenoyMonedero,2008,tomadodeMendoza,2010

Figura1.2.Evolucintemporaldelosprincipalesparmetrosdeseguimientodelprocesodecompostajeysucesinmicrobiana


Introduccin19

Debido aque ladensidaddepartculaesuna constantepara cadaproducto y ladensidadaparentepuedeaumentarodisminuirdependiendodelgradodehumedadde lamezclaencompostaje, se hace necesario determinar la densidad aparente a distintos grados dehumedad con objeto de poder calcular la humedad idnea y corregirla as en la pila(Mendoza,2010).

1.2.4.2.Parmetrosrelativosalanaturalezadelsustrato(mezcladeresiduos)

Madejnetal.(2001a),indicaqueentrelosparmetrosrelativosalanaturalezadelamezcladeresiduosacompostarseencuentrantodosaquellosquehandesermedidosyadecuadosasus correspondientes valores ptimos (estndar o de referencia) al inicio del proceso decompostaje.

Tamaodepartculasdelmaterialoriginal

Eltamaodelaspartculasesunfactorfundamentalparalaoptimizacindelproceso,yaquecuantomayorsealasuperficieespecificadelamezcladeresiduos,mejorymsrpidoserelataque microbiano, y en consecuencia la reactividad qumica aumentar. Por tanto, eltroceadoydesfibradodelmaterialfacilitarelataquedelosmicroorganismosyaumentarlavelocidaddelproceso.

La velocidad con que ocurren las reacciones dentro del proceso de compostaje estn endependencia del tamao de las partculas del material original, ya que como planteanCorominasyPrez(1984),mientrasmspequeoseaeltamaodelaspartculasmsrpidoes el proceso de descomposicin debido a quemayor es la superficie que se encuentradisponible para el ataque de losmicroorganismos. Si el tamao de las partculas esmuygrande lasuperficiedeataqueespequeay la reaccinocurrirentonces lentamenteosedetendr,porloqueserecomiendadesmenuzarlosmaterialeshastareducirlosauntamaoaproximadode1a5cm,estosecorroboraporlaFAO(1991)yMinaz(1991).Para(Golueke,1981; Biddlestone y Gray, 1991), las dimensiones ideales de las partculas, aunquedependerndelsistemadeventilacinydelmaterial,sesitanentre1y5cm.

El tamaodepartculasnodebe sernimuy finanimuygruesa,porque siesmuy fina, seobtieneunproductoapelmazado,loqueimpidelaentradadeairealinteriordelamasaynose llevaracabouna fermentacinaerobiacompleta.Si laspartculas sonmuygrandes, lafermentacinaerbicatendrlugar,solamenteenlasuperficiedelamasatriturada.Aunqueeldesmenuzamientodelmaterialfacilitaelataquemicrobiano,nosepuedellegaralextremodelimitarlaporosidad,esporelloqueserecomiendauntamaodepartculayamencionado.

Nutrientes(relacincarbono/nitrgeno)

Losmicroorganismosutilizanparallevarecaboelprocesodecompostajecarbono,nitrgeno,fsforoypotasiocomonutrientesesenciales.Unacantidadexcesivaoinsuficientedecarbonoo nitrgeno puede afectar negativamente al compostaje. Losmicroorganismos utilizan elcarbonoparasucrecimientoytambincomofuentedeenerga,elnitrgenoesesencialparala sntesis de protenas y aminocidos,mientras que el fsforo lo es para los fosfolpidos


Introduccin20

(componentesdelasmembranascelulares)oazcaresfosfatados(componentesdeloscidosnucleicos)(Benito,2002).

La relacin carbono/nitrgeno (C/N) delmaterial de partida, influye en la velocidad delproceso y en la prdida de amonio durante el mismo. Los microorganismos utilizangeneralmente 30 partes de C por cada parte deN asimilado, por lo que el rango ptimotericoestablecidoparalarelacinC/Nesde2535(Jhoraretal.,1991).SaaySoliva(1987)yCostaetal.(1991)consideranquelarelacinC/Ndelmaterialinicialdebeestarentre25y35paraqueelcompostajeserealicedeformaadecuada.

Si la relacin C/N es superior a 40 la actividad biolgica disminuye, ya que losmicroorganismosdebenoxidar elexcesode carbono, con la consiguiente ralentizacindelprocesodebidoaladeficientedisponibilidaddeNparalasntesisproteica.Porelcontrario,sila relacinC/Nesmuybajael compostaje se llevaa cabo conmayor rapidez (Zhu,2006),peroelexcesodenitrgenosedesprendeenformaamoniacal,producindoseunaprdidadeesteelementoascomounproblemamedioambiental,yaqueelamonacoesungasconunconsiderableefectoinvernadero.

Composicinelementaldelresiduo

Lanaturalezaocomposicindelresiduoesotrofactorrelevanteenelcompostaje,porloquees recomendable realizarantesdelprocesodecompostajeunanlisis fsicoy qumicodelresiduo. Los microorganismos slo pueden metabolizar intracelularmente compuestossimples, por lo que lasmolculasms complejas deben ser degradadas extracelularmentemediante procesos enzimticos ms o menos complicados, convirtindose en otras mssencillas(Castaldietal.,2005).

Para llevar a cabo estos procesos, los microorganismos necesitan el soporte demacronutrientes (nitrgeno, carbono y fsforo), esencialespara lamultiplicacin celular, ymicronutrientes como boro, manganeso, cinc, cobre, hierro, molibdeno y cobalto, entreotros;estosmicronutrientesdesempeanun importantepapelen lasntesisde lasenzimas,elmetabolismodelosmicroorganismos,ylosmecanismosdetransporteintrayextracelular(Miyatakeetal.,2006).

Elconocer lafraccinorgnicade loscompostsesfundamental,yaquestaseconsideraelprincipalfactorparadeterminarlacalidadagronmicadedichocompost.Duranteelprocesode compostaje la materia orgnica tiende a descender, formndose al final compuestossimplesycompuestoshmicos(apartirdecadenascarbonadaslargas)(Castaldietal.,2005).Algunos compuestos procedentes de la materia orgnica son incorporados por losmicroorganismosyotrossontransformadosenanhdridocarbnicoyagua.Lavelocidaddetransformacin de lamateria orgnica depende de su naturaleza fsica y qumica, de losmicroorganismosqueintervienen,ydelascondicionesfsicoqumicasdelproceso(Micheletal.,2004).


Introduccin21

Conductividadelctrica(CE)

Desde elpuntode vista fsicoqumico, la conductividad elctrica (CE)deun compost estdeterminadaporlanaturalezaycomposicindelmaterialdepartida,fundamentalmenteporsuconcentracindesalesy,enmenorgrado,por lapresenciade los ionesamonioonitratoformados durante el proceso (SnchezMonedero et al., 2001). La CE tiende a aumentarduranteelprocesodecompostajedebidoalamineralizacindelamateriaorgnica,quellevaalaumentodelaconcentracindesales.

CapacidaddeIntercambioCatinico(CIC)

LosresiduosorgnicostienenunaCICvariablecercanaa40cmolcKg1.Duranteelprocesode

compostajeesteparmetro tiendea llegaranivelesde7080cmolcKg1,estosdebidoa la

desaparicin de la materia orgnica fcilmente degradable y al aumento de la materiaorgnicahumificada.

Duracindelprocesodecompostaje

El tiempo de compostaje variar segn el material a compostar (su relacin C/N, pH,composicin elemental, principalmente) y factores como la temperatura, humedad oaireacin durante el proceso. Tambin depender del destino del compost (aplicacin ensuelo o utilizacin como sustrato de cultivo,...) y las exigencias del consumidor. Algunosejemplosdedistintostiemposdecompostajeson(NRAES,1992):paraestircolesanimalesde4a8mesesensistemasabiertosydependiendodelafrecuenciadeaireacin,pararesiduosabase de hojas 2 aos si se trata de una pila esttica sin aireacin o de apenas 2mesesutilizandosistemascerradospararesiduosslidosurbanos.Parabagazodemagueyycortezadepinoenpilaconvolteoseestimaunaduracinde8a10meses(Masagueretal.,2010).

Microorganismos

Losmicroorganismosparticipanen losprocesosmicrobiolgicos ybioqumicos ligados a latransformacindelamateriaorgnica(Poincelott1972,DeBertoldietal.1985yCollemanetal.,1984),quesonusadosparaelcrecimientocelular(StentiforyDodds1991),yaquesehaestimadoque lamateriaorgnicacontienemsdel50%decarbonoquesirvecomofuentede energa para la poblacinmicrobiana encargada de descomponer los residuos (Darst yMurphy, 1990). Es destacable la implicacin de los microorganismos en los ciclos denutrientes (carbono, nitrgeno, azufre, fsforo, hierro, etc.) y su interrelacin en distintosprocesosagrcolasymedioambientales:gestindesuelosagrcolas,recuperacindeespaciosdegradados y/o contaminados, produccin de biofertilizantes, patgenosmicrobianos paracontrolarplagasdeplantasyanimales,etc.

El proceso de descomposicin de lamateria orgnica es efectuado por varios grupos demicroorganismos,stossedesarrollandeacuerdoalatemperaturadelamasa,lacualdefinelas diferentes etapas del proceso. Las bacterias son las primeras en colonizar la pila decompostaje,loshongosestnpresentesdurantetodoelproceso,peropredominancuandolacantidaddehumedadesmenordel35%ynoestnactivosatemperaturasmayoresde60C.


Introduccin22

Losactinomicetospredominandurantelaestabilizacinycuradodelcompostyjuntoconloshongossoncapacesdedegradarlospolmerosresistentes(Bernaletal.,2009).

Laactividadmicrobiana tienegran importanciayaquesegnSiqueira (1988)a travsde lamisma se realizandiferentes funciones como: Ladescomposicinde los residuosorgnicosricos en carbono, formacin, descomposicin y actividad hetertrofa de la biomasamicrobiana que controla el flujo de energa y el ciclo interno de nutrientes; produccin ysecrecindeenzimasextracelulares,permitiendoladegradacindecompuestoscomplejosymanteniendo la descomposicin cuando cesa la actividad microbiana; mineralizacin decompuestosorgnicosquecontienenN,P,Kyotroselementos;sntesisydescomposicindelhumus;controlaladinmica,mantenimientoyactividaddelcarbono.

Elhumusformadoproductodelprocesodecompostajeesuncomponenteidneoyaquelasplantas tomandel lacombinacindenutrientesquenecesitany losalmacenande formaquenoselixivienfcilmente(Kolpp,1966yMcGarcyyStaniforth,1978),lamayorpartedelnitrgenoderivadode losresiduosvegetalessegnquedanenelcentrode laspartculasdehumus formadas,alaplicaral sueloel compost losmicroorganismos siguenalimentndoseconeste,enestemomentose liberan losnutrientesdelcentrode laspartculasen formasaprovechables por las plantas (Cox ,1972). Por otra parteMcGarcy y Staniforth (1978) yMinnich(1979)coincidenenquelosorganismossecretancontinuamenteunaampliagamadecompuestosorgnicos,estassecrecionestienenenelsuelounefectoaglutinanteyayudanamantener la cohesin de la estructura del mismo. Shuval (1981) se considera que losmicroorganismossonparteinseparabledelhumus.

1.2.5.Definicinycalidaddelcompost

Se define el compost como el producto que resulta del proceso de compostaje ymaduracin,constituidoporunamateriaorgnicaestabilizadasemejantealhumus(humuslike), conpocoparecidoaloriginal,puestoque sehabrdegradadodandopartculasmsfinasyoscuras.Serunproducto inocuoy libredesustancias fitotxicas,cuyaaplicacinalsuelonoprovocardaosa lasplantas,yquepermitirsualmacenamientosinposteriorestratamientosnialteraciones(Costaetal.,1991).

Para valorar la calidad de un compost es necesario evaluar detalladamente una serie deparmetros especficosmedidos tanto a lo largo del proceso de compostaje como en elproducto final,conel findeestablecer lamejoraplicacindedichocompost,ya seacomoenmiendaorgnicadelsuelo (mejoradordelsuelo),sustratoocomponentedesustratosdecultivo, u otro tipo de usos o aplicaciones. Los parmetros a considerar contemplan laspropiedades fsicas, qumicas y biolgicas del compost, que permiten conocer elcomportamientodedichocompostenlaaplicacinelegida(MasagueryBenito,2008;Soliva,2001).

Losparmetrosquepuedenutilizarseparavalorar lacalidaddelcompost (Soliva,2001),ascomolainformacinproporcionadaporcadaunodeellos,serecogenenlaTabla1.4.


Introduccin23

Adems,eldestinofinaldelcompostinfluyetambinensucalidad,yaquecadaaplicacinoaprovechamientorequiereunasexigenciasparticulares(MasagueryBenito,2008;SullivanyMiller,2005).Lacalidaddelcompostdependeesencialmentedelusoqueselevayaadar.Elconceptodecalidadysuevaluacincobranespecialimportanciacuandoelcompostvaaserutilizadodirectamente,comosustratodecultivoensemillerosoencontenedor.As,cuandovaa seraplicadoal suelo, comoenmiendaorgnicao comomulch, la calidadexigida sermenorqueloscasosanteriores(MasagueryBenito,2008yEymar,2010).

Tabla1.4.ParmetrosaconsiderarparavalorarlacalidaddeuncompostPropiedad Parmetro Informasobre:

Fsica

DensidadaparenteColorOlorHumedadGranulometraCapacidadderetencindeaguaPresenciadeinertes

Transportey,manejoyaplicacinAceptacinAceptacin,higieneeimpactoambientalTransporteymanejoManejo,aceptacinyefectossobreelsuelo]/sustrato.Efectossobreelsuelo/sustratoyahorrodeagua.Aceptacin,impactoambientalyseguridad.

Qumica

Contenidos y estabilidaddelamateriaorgnica.Nutrientesminerales.Contaminantes.

Salessolubles.

pH.

Efectos sobre el suelo/sustrato y sobre los vegetales, yaceptacin.Efectossobreelsuelo/sustratoysobrelosvegetales.Salud,efectossobreelsuelo/sustratoysobrelosvegetales,eimpactoambiental.Efectos sobre el suelo/sustrato y sobre los vegetales, eimpactoambiental.Disponibilidaddenutrientes.

BiolgicaPatgenos.Semillasdemalashierbas.

Saludeimpactoambiental.Efectossobreelsuelo/sustratoysobrelaproduccinvegetal.

Fuente:Soliva,2001.

Conocerelusofinaldelcompostsirveparaidentificarlosparmetrosquesedebentenerencuentaalahoradeevaluarsucalidad.SullivanyMiller(2001)utilizaroncomoreferenciaparaestablecer lacalidaddelcompost losparmetrosrecogidosen latabla1.5.Enellaseotorgaimportanciaalasdistintascaractersticasdependiendodelusofinaldelcompost.

En la tabla 1.5 semuestran algunos parmetros establecidos para evaluar la calidad delcomposten funcindeluso finaldelmismo, sirvecomoguaparadefinir lacalidaddeuncompost,perounaevaluacinmsdetalladadebeincluirunaseriedeparmetrosespecficosque deben determinarse durante el proceso de compostaje y necesariamente sobre elproducto final,antesdesucomercializacinyuso,conel findeestablecer laaplicacindelcompostapropiada,talcomosehaindicadomsarriba(Tabla1.4).

Tambinpuedeservircomoreferencialatabla1.6,enellaseestablecen,deigualformaqueenelcasoanterior,losparmetrosquedebenserconsideradosparaevaluarlacalidaddeuncompostsegnsuuso.

En la tabla 1.7 se recogen los requisitos mnimos exigibles a los composts de residuosorgnicos comercializados en Espaa, as como las propuestas europeas (UE). Puedeobservarsequeelcompostde laclaseAeseldemejorcalidad,yaque los requerimientosexigidossonmsrestrictivosqueelpertenecientealaclase1establecidaporlaUE:adems


Introduccin24

se aprecian algunasdiferencias entre legislaciones respecto a lospatgenos consideradosparalaevaluacinsanitariadeloscomposts.

Tabla1.5.Parmetrosaconsiderarparaevaluarlacalidaddeuncompostdependiendodelusofinaldelmismo

Parmetro Uso* Uso* Uso* Uso* Sustratopara

semilleroVentacomosustrato

Enmiendaoabonoorgnico

Mulch

Respuestadelcrecimiento. ++ ++ ++ Contenidoennutrientes. + + pH/salessolubles ++ ++ + Color/Olor. ++ ++ + +Presenciadeinertes. ++ ++ + +Maduracin/estabilidad. ++ ++ + Tamaodepartcula ++ + + +

*()Importanciabaja; (+)importanciamedia;(++)importanciaalta.Fuente:SullivanyMiller,2001y2005.

Tabla1.6.Parmetrosclavesparalacertificacindecalidaddeuncompost Sustrato

semilleroSustrato

contenedorEnmiendajardines

Mezclaconsuelo Mulch

Fertilizantenatural

pHHumedad ndicedeMaduracin Materiaorgnica Salessolubles Minerales Densidad Crecimientodelcultivo

Fuente:WoodsEndResearchLab,Inc.2001

Esta tabla es utilizada por los laboratorios Woods End Research (USA) para conceder elcertificadodecalidadauncompost.

Merecedestacarsequelanormativaeuropea,atravsdelInformeCEN(ComitEuropeodeNormalizacin)dereferenciaCR13456(transpuestocomoelInformeUNECR13456,deabrilde2003,enEspaa),incluyelosmaterialescompostycompostvegetalcomosustratosocomponentes de sustratos de cultivo, especificando solamente el contenido mnimo demateriaorgnicatotalquedebegarantizarse(>20%ms).(Mendoza,2010).

Enestemarco legislativoynormativodebe indicarsequeen2010sepublicenEspaaelRealDecreto865/2010,de2de julio,sobreSustratosdeCultivo (BOEnm.170,de14dejuliode2010).DichoRealDecretoincluyeelarticuladodelasdisposicionescorrespondientesy siete Anexos (I a VII) con los siguientes contenidos: I) Clasificacin de productos, II)Identificacin yetiquetado, III)Mtodos analticos, IV)Mrgenesde tolerancia,V) Listaderesiduos orgnicos biodegradables, VI) Lmites mximos de microorganismos y metalespesadosenlossustratosdecultivo,yVII)Instruccionesparalainclusindeunnuevotipoenlarelacindesustratosdecultivoycomponentesdelosmismos.


Introduccin25

Tabla1.7.RequerimientosmnimosdecalidaddeloscompostenEspaayenlaUninEuropeaParmetro Espaa UninEuropea

EnmiendaMejoradoresde

sueloysustratosdecultivo2

Compost3

Compost Compostvegetal

Abono Compost Compostvegetal

Clase1 Clase2

Humedad 40%

40%

Granulo/Pellet14%

Granulometra 90%5mm,5% >5mm,5%

Plsticos, metales,vidrios,etc.

3%

>2mm,5% >2mm,5%

Materia orgnicatotal.

35% 40% >20%(ms) >45%(ms)

RelacinC/N.


Introduccin26

En este Real Decreto se incluye el compost (N 1.1), yms especficamente el compostvegetal(N1.4),comoingredienteparalaformulacindesustratosdecultivo.Adems,slosepermiteelusodesustratosclaseAyclaseBconunoslmitesmximosdeconcentracindemetalespesadossimilaresalosdeloscompostclaseAyclaseBdelRealDecreto824/2005sobre productos fertilizantes, respectivamente, prohibindose expresamente la aplicacindesustratosclaseBencultivoshortcolascomestibles.Finalmente,seamplanlasespeciesdemicroorganismos nocivos para la salud (a Listeria y Enterococcaceae) en los sustratos decultivodeorigenorgnicoparalasquenodebensuperarselosnivelesmximosespecificados(Mendoza,2010).

Actualmente existen conocimientos y capacidad tcnica suficientes para producir uncompostdecalidadquecumpla la legislacinycubra lasnecesidadesdelusuario final.Lossistemasderecogidaselectivaylaconcienciageneraldelrecicladohancontribuidoamejorarlacalidaddelasmateriasprimasenlasplantasdecompostaje.Sinembargo,todavanosehageneralizadoelestablecimientodeuncontroldecalidadmnimoenelcompost, loquecreaciertadesconfianzaparaalgunospotencialesusuariosdedichoproducto(MasagueryBenito,2008).

1.3.LOSSUSTRATOSDECULTIVO

1.3.1.Introduccin

Cuandoexiste lanecesidaddecultivar lasplantas fuerade sumedionatural, segenera laobligacindeutilizarcontenedoresyporlotantosustratos.Estohaprovocadoquehayaunagrandemandadenuevosmediosdecultivo(Burs,1999).

Lossustratosquesepuedenutilizarsonmuyvariadosydediversa ndole:deorigennaturalorgnico (turbas) o inorgnico (arena, grava, tierra volcnica, etc.), de origen sintticoorgnico (espuma de poliuretano, poliestireno expandido, geotextiles, etc.) o inorgnico(perlita, lana de roca, vermiculita, arcilla expandida, etc.) o bien residuos y subproductosorgnicos(fibradecoco,orujodeuva,cascarilladearroz,cortezaderboles,serrn,residuosslidos urbanos, lodos de depuracin de aguas residuales, etc.) o inorgnicos (escorias dehornoalto,estrilesdelcarbn,etc.)(LpezMedina,2008).

Paralaproduccinhortcolaenlaqueserecurrealoscultivossinsuelosepuedendistinguirdostiposdesistemas:loshidropnicospuros(conagua,Oxgenodisueltoynutrientesosobresustratos inertes)y loscultivosensustratosno inertes(qumicamenteactivos)(Vidal,2012).En esta tesis doctoral se va a trabajar con este segundo tipo y se sealan dos grandesdiferenciasentreestosdostiposdecultivossinsuelo(Vidal,2012):

El sustrato inerte slo ejerce de soporte de la planta,mientras que los no inertestambininteractanconlasolucinnutritivadelsuelo.


Introduccin27

Enlossustratosnoinerteselcontroldelriegoesmuyimportante,yaquesisemanejamal,puedendarsesituacionesdeestrshdrico,queafectenaalgnprocesobiolgicodelaplanta.

1.3.2.Definicindesustrato

Eltrminosustratoseaplicaenhorticulturaatodomaterialslido,natural,desntesisoresidual,mineraluorgnico,distintodelsueloinsitu,quecolocadoenuncontenedor,purooen formademezcla,permiteelanclajedelsistema radicular,desempeandopor tanto,unpapeldesoporteparalaplanta(Ters,2001;Abadetal.,2004;Abadetal.,2005a).

Enfuncindequeelsustratointervengaonoenelprocesodenutricinmineraldelaplanta,se pueden clasificar como qumicamente activos (turbas, cortezas de pino, etc.) oqumicamente inertes(perlita, lanaderoca,rocavolcnica,etc.)(Pastor,1999;Ters,2001;Urrestarazu,2004b;Cadaha,2005).

Elmediodecultivouniversalparaelcrecimientovegetal,eselsuelomineral,queademsdeservirdesoporteoanclajepara laplanta,tienequesuministrara lasracesunascantidadesequilibradasdeaire,aguaynutrientesminerales.Si lasproporcionesdeestoscomponentesnosonadecuadas,elcrecimientodelaplantapodrverseafectadopor(Ansorena,1994): AsfixiadebidaalafaltadeOxgeno. Deshidratacinporfaltadeagua. Excesoocarenciadenutrientesmineralesodesequilibrioensusconcentraciones. Enfermedadesproducidasindirectamenteporlascausasanteriores.

El sustrato de cultivo est constituido por unmaterial poroso, en el que se desarrolla elsistemaradiculardelaplantaydelquestatomaelaguaylosnutrientesquenecesitaparasu desarrollo as como elOxgeno necesario para el funcionamiento correcto del sistemaradicular.ParaMichelot (1999)yUrrestarazu (2004),el soportedel cultivo (ya sea sueloosustrato)cumplecuatrofunciones:

Asegurarelanclajemecnicodelapanta. Constituir la reserva hdrica de la que las races toman agua para cubrir las

necesidadesdelaplanta. ProporcionarelOxgenonecesarioparaelcorrectodesarrollodelsistemaradicular. Finalmentedebeasegurarlanutricinmineraldelaplanta.

Existendosfactoresprincipalesque,desdeelpuntodevistafsico,distinguenalossustratosdelossuelosnaturalesyloshacenadecuadosparaelcultivoencontenedor.

Los sustratos tienen en general mayor porosidad, puesto que la mayora de losmaterialesqueseutilizancomosustratostienenungrannmerodeporosdentrodesuspartculas(porosintraparticulares),ademsdelosporosexistenteentrepartculas(porosinterparticulares),loquepermiteaumentarelespaciodeporosrespectodeunsuelo.


Introduccin28

Elsegundofactorradicaenqueenlossustratosexisteunporcentajemayordeporosdemayor tamao.Estas caractersticasde los sustratos (msporos ymsgrandes)sonlasquedeterminansuadecuacinparaelcultivoencontenedor.

Desde un punto de vista econmico, la finalidad del sustrato de cultivo es producir unacosechadecalidadyabundante,enelperiododetiempomscortoposibleyconlosmenorescostesdeproduccin(Abadetal.,1993;Ters,2001).Ademselsustratoutilizadonodeberaprovocarimpactoambientalrelevantealguno,niensuextraccin,nidurantesuusonialfinaldesuvidatil(Burs,1997).

EnlaFigura1.3.,sepuedeobservarqueenelsustratoorgnico,laproporcindelafraccinslidaes inferior respectodel suelo como consecuenciade suelevadaporosidad.Estonosindicaqueenunvolumendesustratohabrmsespaciodisponibleparaelaguayelairequeen el mismo volumen de suelo. Gracias a estas propiedades fsicas, las plantas puedendesarrollarseencontenedoresapesardesuespacioreducido.

Demodoorientativosepuedefijarelvolumendelafraccinslidaenun50%paralossuelosyenun15%paralossustratos(Ansorena,1994).Un sustrato debe concebirse como tres fases en elcontenedor(Masaguer,2008). Slida:aseguraelanclajedelaplanta. Lquida:aseguraaportedeaguaynutrientesalaplanta. Gaseosa:aseguraelintercambiodeO2yCO2entreplantaymedioexterno.

Estastresfraccionesquedanrepresentadasdeformaesquemticaenlafigura1.4.

Fuente.Ansorena,1994

Figura1.3.Comparacindelacomposicindeunsuelomineralyunsustratoorgnico

1.3.3.Composicindelossustratos

Un sustrato est formado por una fraccin slida y un espacio poroso. El espacio porosopuede estar ocupado por la fraccin lquida, que contiene los elementos minerales uorgnicos en suspensin y la fraccin gaseosa, cuya composicin depende del aireatmosfrico y la actividad de races ymicroorganismos. Hay que tener en cuenta que la

Aire25%

Agua58%

M.O.13%

Fraccinmineral5%

SUSTRATOORGNICO

Aire14%

Agua36%

M.O.7%

Fraccinmineral43%

SUELOMINERAL


Introduccin29

mayora de los materiales que constituyen los sustratos son dinmicos en cuanto a sucomposicinqumica.Estesistemaestformadoportresfracciones,cadaunaconunafuncinpropia:

1. La fraccin slida asegura el mantenimiento mecnico del sistema radicular y laestabilidaddelaplanta.

2. Lafraccinlquidaaportaalaplantaelaguayporinteraccinconlafraccinslidalosnutrientesnecesarios.

3. LafraccingaseosaaseguralastransferenciasdeOxgenoyCO2delentornoradicular.

Lasfraccionesslida, lquidaygaseosa(Figura1.4)dependernde lanaturalezadelmedioydelascondicionesexterioresdedrenaje,temperaturayhumedad,variandodebidoastas,suproporcinenelsustrato.Adems las fraccionesslidaygaseosatienen incidenciasobre lacomposicinqumicadelafraccinlquida(disolucindelsustrato).

Si las proporciones de estos componentes no son adecuadas, el crecimiento de la plantapodrversereducidopordistintasafecciones(Ansorena,1994):

AsfixiadebidaalafaltadeOxgeno,queimpidelarespiracindelasracesydelosorganismosvivos

baldomero hortencio zarate nicolas

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