Espanhol (pdf)
Artigo em XML
Referências do artigo
Tradução automática
Enviar este artigo por email
Citado por SciELO 
Citado por Google 
Similares em
SciELO 
Similares em Google 
Permalink
1. Introducción
El incremento poblacional y con él la demanda por alimentos, ha permitido que en las áreas rurales y urbanas se genere conciencia sobre la necesidad de manejar y aprovechar los residuos orgánicos (Awasthi et al., 2020). Por su parte, la Comunidad de Estados Latinoamericanos y caribenos (CELAC), priorizó reducir la pérdidas y desperdicios de alimentos, como estrategia para la seguridad alimentaria (FAO, 2017). Así, el sector agrícola colombiano que usa parte de los recursos naturales y ocupa grandes extensiones de tierra, consume el 43% de agua, contribuye con el 55% de los gases efecto invernadero (IDEAM, 2017), genera aproximadamente el 15,5% de empleo y participa con 7,0% del PIB, rango considerado bajo (DANE, 2021). Sin embargo, el sector responde con producción de grandes cantidades de biomasa, subproductos que, con valor agregado, pueden ser aprovechados y nuevamente introducidos al proceso productivo siguiendo lineamientos de economia circular (Korhonen, Honkasalo y Seppälä, 2018; Lobo-Ramírez, 2021 ). El compostaje es uno de los procesos que puede convertirse en solución para gestionar los recursos orgánicos y de esta forma, reducir impactos ambientales y convertirse en alternativa económica y eficiente para dar solución a la contaminación de los recursos naturales, pese a que es considerada como la opción menos sostenible desde el punto de vista ambiental, según principios econômicos (Slorach Jeswani, Cuéllas-Franca y Azapagic, 2019). Existen diferentes formas de preparación de compost, que dependen exclusivamente de la disponibilidad de materiales orgánicos, por lo que puede desarrollarse a partir de un solo producto o mediante la mezcla de varios, buscando mejorar los aportes nutricionales y/o de las condiciones hidrodinámicas del mismo (Awasthi et al., 2020; Slorach et al.. 2019). Este proceso aporta via actividad microbiana, nutrientes y un ambiente donde se pueden desarrollar de forma adecuada las raíces de las plantas, conduciendo a la producción de alimentos para consumo humano o animal (Gustavsson, 2011).
Según la base estadística de la Organización de las Naciones Unidas para la agricultura y la alimentación (Food and Agriculture Organization of the United Nations, 2020), la producción de naranja a nivel mundial se estimó en 76292600 t de las que se estima que cerca del 70% se usa exclusivamente para la fabricación de jugos. En Colombia se estima una producción de 1257474 t de fruta fresca y, especificamente la región caribe colombiana se caracteriza por la producción de 85500 t de naranja (Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural, 2021) y su utilización se enfoca en la industria de jugos y en el consumo en fresco, donde la piel o cáscara, que equivale al 50% de la biomasa del fruto, se desecha sin darle valor agregado (Siles, Vargas, Gutiérrez, Chica y Martín, 2016). Por lo anteriormente descrito, el objetivo del trabajo fue caracterizar el compost derivado de residuos de cáscara de naranja proveniente de la agroindustria solo y en mezcla con otros componentes orgánicos y verificar su potencialidad para ser incorporado al suelo.
2. Metodología
Localización
El experimento se desarrolló en el Centro de Investigación Agrícola de la Universidad del Magdalena, Santa Marta Colombia (Longitud 74° 10>56» W, 11° 13> 24» N), precipitación promedio anual de 672 mm, Altitud 9 msnm, temperatura y humedad relativa promedio de 29.5°C, clima semi-árido con marcado déficit hídrico en la época seca, climas mega-termales, formaciones vegetales clasificadas como Zonobioma Subxerofítico (Rangel y Carvajal, 2012), con suelos de origen aluvial, poca evolución, predominan texturas gruesas, (franco arcillo arenosa), clasificados en el orden Entisoles y suborden Psamments (Lobato, 2003) catalogados como Typic Ustipsamments con niveles bajos a medios de materia orgánica (MO).
Insumos
En el proceso de preparación del compost, se empleó cáscara de naranja entera y picada derivada del proceso de fabricación de jugo en la ciudad de Santa Marta. Además, se mezcló con suelo y residuos orgánicos de origen vegetal procedentes de podas de pastos del campus universitario, cascarilla de arroz y gallinaza.
Características de la cáscara de naranja
Según Pinzón-Bedoya y Cardona-Tamayo (2008) y Siles et al (2016), la masa seca de la cáscara de naranja contiene, pH de 3.42, 44,4% de C, 5.9 - 6.1% de H, 0.76 - 0.89% de N, 4.9 % de cenizas, 1.18 mg de P. 2% de Ca y algunos aminoácidos y trazas de vitaminas como la colina.
Caracterización de suelos
Las condiciones del suelo para el ensayo tienen injerencia directa en el proceso por lo que antes del montaje, se determinó la conductividad eléctrica (CE) 3 dS.m-I utilizando conductímetro (Hanna, H1993310, USA) en extracto de suelo saturado; El pH fue de 8 usando potenciómetro (Hanna, H19126, UE) en relación suelo/agua 1:1 y materia orgánica (MO %) por el método Walkley Black, reporto 0,1%.
Preparación del compost
Se acumuló la cáscara de naranja en pilas o montones, se dejó al sol con el objeto de obtener un nivel de humedad cercano al 60%. Una parte de esta se molió, mientras que la otra fue incorporada entera a la mezcla (Tabla 1). Las mixturas fueron dispuestas en recipientes de fibra de vidrio con una llave en la parte inferior que permitieron la evacuación de lixiviados para control de humedad y temperatura (Figura 1). La parte superior del recipiente, se resguardó con listones de madera dejando espacios para la ventilación. Cada 3 días se realizó volteo utilizando una pala trasplantadora para ampliar la circulación de aire (O2). Se hizo seguimiento a las características organolépticas durante el proceso (color, textura, presencia de meso organismos) y cada cinco días, se midió temperatura, humedad y pH en cada unidad experimental o recipiente.
Tabla 1 Tratamientos empleados para caracterizar el compost proveniente de la descomposición de cáscara de naranja en diferentes porcentajes de mezcla con otros compuestos orgánicos.
| Mezcla | T1 | T2 | T3 | T4 | T5 | T6 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Cáscara de Naranja sin triturar | 100% | 50% | 40% | 0 | 0 | 0 |
| Cáscara de Naranja triturada (molida) | 0 | 0 | 0 | 100% | 50% | 40% |
| Suelo | 0 | 25% | 25% | 0 | 25% | 25% |
| Hojarasca, y residuos de pasto | 0 | 15% | 25% | 0 | 15% | 25% |
| Cascarilla de arroz | 0 | 5% | 5% | 0 | 5% | 5% |
| Gallinaza | 0 | 5% | 5% | 0 | 5% | 5% |
Fuente: Los autores.
Tratamientos
Los tratamientos fueron conformados por la mezcla de la cáscara de naranja entera y molida con hojarasca, cascarilla de arroz y gallinaza (Tabla 1). Así, el número de tratamientos fueron 6 los cuales fueron replicados seis veces.
Muestreos
Cinco meses (150 días) después de preparada la mezcla, se recolectó por tratamiento tres muestras para su caracterización físico-química (Tabla 2) las cuales fueron enviadas al laboratorio de servicios analíticos del Centro Internacional de Agricultura Tropical - CIAT, mientras que la determinación microbiológica se realizó en los laboratorios de la universidad Jorge Tadeo Lozano donde se determinó recuento de hongos benéficos, bacterias solubilizadoras de fosfato, bacterias fijadoras de nitrógeno, actinomicetos, hongos aerobios mesófilos y bacterias aerobias mesófilas, utilizando diluciones seriadas en base 10, recuento en placa en medios de cultivo específicos para cada tipo de microorganismos e incubación por 24 horas a 27°C para bacterias y de 5 a 10 días para hongos y actinomicetos a una temperatura de 28°C. Para el recuento de nematodos se utilizó el método de Baermann funnel, y la identificación se realizó por medio de clave taxonómica.
Tabla 2 Parámetros medidos y métodos empleados para determinar la concentración de elementos nutrientes en el compost de naranja en la Región caribe colombiana.
| Parámetro | Símbolo | Unidad | Método |
|---|---|---|---|
| pH | pH Agua 1:1 | ||
| Conductividad eléctrica | CE | dS/m | Potenciométrico en relación suelo: agua 1:2 (p/V) |
| Nitrógeno total | N-total | g/kg | Espectrofotometría UV-VIS (Equipo -Skalar) |
| Carbono | C | g/kg | Carbono Oxidable Walkley&Black |
| Materia orgánica | MO | g/kg | M. Orgànica W-Black Espectrometría |
| Fosforo | P205 | mg/kg | BraylI. Fosforo disponible -Espectrometría |
| Potasio | K | cmol/kg | Potasio Intercambiable (Abs. At.). |
| Calcio | Ca | cmol/kg | Calcio Intercambiable (Abs. At.). |
| Magnesio | Mg | cmol/kg | Magnesio Intercambiable (Abs. At.). |
| Sodio | Na | cmol/kg | Sodio Intercambiable (Abs. At.). |
| Fijadores de N | UFC | Recuento | |
| Hongos y levaduras | UFC | Recuento | |
| Actinomicetes | UFC | Recuento | |
| Azotobacter | UFC | Recuento | |
| Hongos mesófilos | UFC | Recuento | |
| Hongos no fitopatógenos | UFC | Recuento | |
| Fitopatógenos | UFC | Recuento |
Abs. At.: Absorción atómica
Fuente: Los autores
Los resultados fueron comparados con la norma técnica NTC 1567 "Productos para la industria agrícola. Productos orgánicos usados como abonos o fertilizantes y enmiendas o acondicionadores de suelo" Decreto 2269 de 1993 actualizada en 2011. El proceso se realizó en condiciones aeróbicas.
Variables evaluadas
Cualitativas u organolépticas: color, olor, textura.
Cuantitativas: Temperatura, humedad, pH, conductividad eléctrica (CE), N, P, K, Ca, S, Mg, Na, C, C/N y diversidad microbiológica.
Análisis de datos
Con los resultados se estableció una matriz de datos los cuales fueron sometidos a análisis de varianza (ANOVA) previo cumplimiento de los supuestos de normalidad, independencia y homocedasticidad, seguido de prueba post hoc diferencia mínima significativa (LSD de Fisher) con nivel de significancia de 0,01. A fin de determinar el grado de asociación entre variables, se recurrió a análisis de correlación. Para los análisis se empleó el software estadístico R versión 3.6 (R Development Core Team 2015 disponible en: www.r-project.org).
3. Resultados y discusión
Descripción y caracterización físico-química del proceso de compostaje
El proceso se dividió como era de esperarse en tres fases: Activación inicial, fase termofílica y fase de maduración tal como lo describen (Chowdhury, Vayenas, Pavlou y Akratos, 2013). La fase de adaptación de los microorganismos duró de tres a cinco días y, se inicia con la degradación por parte de las bacterias de los elementos más biodegradables y se detecta incremento de temperatura del residuo de 30 a 47 oC. Luego, en la fase termófila, las temperaturas ascendieron hasta alcanzar un rango de 60 a 72 oC condiciones en las que muchos patôgenos mueren y en la que se observó degradación de materia orgánica con cambio en la textura del material con intensa actividad de microrganismos. Esta fase duró hasta alrededor del día 45. En las primeras semanas, debido a un proceso anaeróbico, se generó un olor fuerte a fermento. Posteriormente, en la fase de estabilización o maduración, los procesos se ralentizaron, se estabilizó el color, mientras que la humedad y temperatura disminuyen y el olor cambia, se tornó más agradable (como mantillo de bosque), la temperatura se estabilizo alrededor de 35 oC, etapa que duró hasta el día 95.
Una vez culminado el proceso, el producto obtenido mostró las características que se aprecian en la Tabla 3.
Tabla 3 Características analíticas del compost obtenido a partir de cáscara de naranja en condiciones de la región Caribe colombiana.
C- carbono, N - nitrógeno, P - fósforo, K - potasio, Ca - calcio, Mg - magnesio
Fuente Los autores.
El pH no mostró diferencias estadísticas entre los tratamientos. El nivel de pH inicial de la mezcla fue de 7,8 sin embargo, días posteriores alcanzó 8,5 y siguió subiendo a un valor cercano a 9, posiblemente por la aireación la cual impide la formación de ácidos orgánicos (Chowdhury et al., 2013) y por otro lado, el aumento de temperatura y el agua del grifo para humedecerlo contribuye a su alcalinización. Luego cuando la temperatura se estabilizó, los valores del pH oscilaron entre 6,47 en T6 y 8.9 en T3, resultados que coinciden con lo encontrado por (Siles et al.. 2016) y (Gelsomino et al.. 2010), quienes verificaron incremento del pH durante los primeros 60 días del proceso de compostaje como resultado de la degradación y mineralización de componentes orgánicos.Van Heerden Cronjé, Swart y Kotzé (2002) afirman que las condiciones alcalinas son generadas por actino bacterias involucradas en la degradación de compuestos orgánicos y en el proceso de humificación. Pese a lo encontrado, los resultados se alejan de lo reportado por Ghinea, Apostol, Prisacaru y Leahu (2019), quienes afirman que los valores óptimos de pH en el proceso de compostaje deben situarse entre 5.5 y 8.0.
Durante el proceso, la concentración de sales se incrementa debido a la descomposición de materiales orgánicos complejos como lo afirman Chan, Selvam y Wong (2016) y refleja localidad del compost para ser empleado como fertilizante (Onwosi et al., 2017). En este trabajo, la CE no mostró diferencias estadísticas entre los tratamientos, siendo T6 el que mostró menor promedio en la variable (5,4 dS m-l) mientras que T5 mostró el mayor valor con CE de 8,9 dS m-l valores que, aunque no están determinados en la norma, podrían representar factor limitante para el crecimiento y la producción de los cultivos y que puede deberse a la formación de sales amoniacales y/o fosfóricas en el proceso.
Durante el compostaje, los microorganismos degradan materiales orgánicos para obtener la energía y los nutrientes que requieren para su metabolismo y así, asegurar el aumento poblacional (Onwosi et al., 2017). De estos nutrientes, el C (empleado como fuete de energía) y el N (usado en la construcción de estructuras celulares), son los más importantes desde el punto de vista microbiológico (Iqbal, Nadeem, Sherazi y Khan, 2015). La relación carbono/nitrógeno (C/N) mos-tró diferencias significativas entre tratamientos siendo el T6 el que menor valor obtuvo (C/N=9,02) y T5 el mayor (C/ N=14,70). Materiales con relación C/N como los descritos, una vez aplicados a los cultivos, podrían generar deficiencias temporales de N en las plantas. La relación obtenida en T3 y T5 (C/N:14,6 y 14,7, respectivamente), indicaría que su in-corporación en el suelo no generaría problemas de inmovilización de nitrógeno (Gelsomino et al., 2010) aunque existen reportes que indican que la relación C/N que ofrece las mejores condiciones en el proceso de compostaje, se sitúa entre 25 y 30 (Ghinea et al,. 2019).
El contenido de humedad es un parámetro crítico en el proceso (Onwosi et al.. 2017) y tiene influencia sobre la absorción de oxígeno, la aireación, la actividad microbiana y la temperatura. La humedad en los tratamientos mostró diferencias estadísticas en su comportamiento variando entre 28% en T2 a 40% en T6 al final del proceso. Valores muy bajos en la variable pueden ser resultado de secado prematuro del material durante la etapa termofílica (Vázquez, Sen y Soto, 2015) y, por tanto, es necesario que se corrijan sus niveles con la aplicación de agua hasta llegar al 50-60% como lo afirma Onwosi et al. (2017). Los valores alcanzados por 5 de los seis tratamientos hacia el final del proceso, se encontraron dentro de los valores exigidos por la NTC 5167 (<35%).
En la Figura 2 se observa el comportamiento de la variable temperatura, una de las variables más importantes en el proceso de compostaje (Peng, Song, Lin y Wang, 2018). El análisis estadístico evidencia que el T6 presentó diferencias significativas (P<0.05) respecto a los demás. En general todos los tratamientos presentaron rápido ascenso en la variable durante los primeros días, debido al incremento de la actividad microbiana y de la biodegradación (Wei, Ma, Su y Xie, 2020), generando características exotérmicas (Chowdhury et al.. 2013). Luego, alcanza el máximo rango o punto más alto hacía los 30 y 40 días donde se presentan temperaturas cercanas a los 70°C, consecutivamente la temperatura comienza a decaer, no se genera en forma lineal estable posiblemente por la humedad de cada recipiente. A medida que transcurre el tiempo, 60 a 65 días después de preparado, se alcanza temperaturas cercanas entre 37 y 33°C, es importante destacar que al final del proceso la temperatura se estabiliza alrededor de los 23°C. El comportamiento térmico es similar en todos los tratamientos, alcanzan la fase termofílica y tiempo después, se estabilizan. Las mayores temperaturas logradas en los tratamientos 3, 5 y 6 posiblemente se deban a la adición de pasto. Al respecto, (Muter et al.. 2014) mezcló pulpa de papa con pasto y verificó que este material favorece notablemente el incremento de la temperatura y ayuda a obtener mejor relación C/N, características importantes para la calidad del compost.
Durante el proceso, los microorganismos requieren de nutrientes, siendo los más demandados el N, P y K (Onwosi et al., 2017). El contenido de N fue inferior a I% en todos tratamientos evaluados con valores promedio de 0,36% en T6 y 0,73 en TI, descendiendo en el siguiente orden: TI>T4>T5>T2=T3>T6, situación que puede explicarse porque la mineralización de N orgánico es más baja que la del C orgánico.
Los datos correspondientes a la concentración de P, K y Ca, mostraron diferencias entre tratamientos (P<0.05). T5 mostró el mayor promedio en la variable P, superando 2,28 veces lo reportado por T6 (con el menor valor); a su vez, TI reportó 3,6 veces más K que T6; T2 exhibió 63% más Ca que T6; T6 mostró 85% más Mg que T3, T4 y T5 y finalmente, T5 obtuvo dos veces más N que T6. La importancia de estos datos radica en el potencial suministro de nutrientes del compost a las plantas de cultivo (Vázquez et al.. 2015), sin embargo, todos estuvieron por debajo de lo estipulado en la norma NTC 5167 la cual recomienda contenidos >1% en cada elemento y se encuentra en contraposición a lo enunciado por Afonso, Arrobas, Pereira y Rodrigues (2021), quienes afirman que durante el proceso, la concentración de nutrientes se incrementa.
Los tratamientos 1, 2 y 3 con cáscara de naranja entera, mostraron lenta descomposición, comparados con los demás tratamientos. Los residuos de cítricos son fuente potencial de compuestos fenólicos, específicamente flavonoides glicosilados que suelen presentar baja actividad biológica (Espinosa-Pardo, Nakajima, Macedo, Macedo y Martínez, 2017) motivo por el cual se recomienda su trituración.
El análisis de correlación (Figura 3), mostró asociación positiva y significativa de C/N con pH (r=0,75), CE (r=0,81), N (r=0,44), P (r=0,93), S (r=0,77), Na (r=0,85) y C (r=0,98), sugiriendo que la relación C/N aumenta en la medida que se incrementan las demás. Por su parte, el análisis reveló asociación inversa entre C/N con los contenidos de Mg (r=-0,86).
Fuente: Los autores
Figura 3 Análisis de correlación entre las variables físicas y químicas medidas en el procesode compostaje empleando cáscara de naranja en la Región caribe colombiana.
Peng et al. (2018) afirman que el proceso de estabilización del compost viene acompanado por el incremento en el valor del pH debido a la liberación de amonio y amoniaco durante la mineralización de N mediante actividad microbiana. Por su parte, la CE se incrementa debido entre otras, a la producción de amonio y fosfatos durante el proceso de degradación de la materia orgánica como lo reportan Onwosi et al (2017). Estos valores de CE son indicadores de salinidad durante el proceso, lo cual puede sugerir algún efecto no deseable en los cultivos en los que se aplique.
Características microbiológicas del compostaje
La calidad del compost se establece en función de tres criterios: a) la relación carbono/nitrógeno; la estabilidad biológica y la madurez que se alcanza durante el desarrollo y evolución de las diferentes etapas del proceso (Ghinea et al.. 2019), evaluada mediante bioensayos para establecer la presencia de compuestos fitotóxicos como lo enuncian (Muter et al.. 2014;Varnero Orellana, Rojas y Santibánez, 2007).Así, la cantidad y diversidad de organismos cultivables puede aportar información durante el proceso. Los resultados obtenidos se aprecian en la Tabla 4 y su análisis mostró diferencias altamente significativas (P<0.01) entre tratamientos
Tabla 4 Resultados del análisis microbiológico en los diferentes tratamientos analizados
UFC/g. Unidades formadoras de colonias.
ND. No determinada - Negativo.
Fuente: Los autores
De acuerdo a los resultados microbiológicos las unidades formadoras de colonia UFC reflejan baja densidad de microrganismos en todos los tratamientos. Sin embargo, se resalta la mayor diversidad obtenida en el T6 (98% de la diversidad total). No se evidenció presencia de microrganismos benéficos como Trichoderma sp., Verticillium sp. o Metarhizium sp.. pero se reportó presencia (aunque mínima < 0,002%) de hongos patógenos entre los que se encuentran Pseudomonas sp., Rhizoctonia sp.y Curvularia sp. en cuatro (TI, T2, T3 y T5) de los seis tratamientos y según la NTC 5167 de 2004, el reporte positivo de patógenos, hace que no se cumplan las condiciones para aplicación y comercialización. Por lo anterior, sería importante incluir test con lombrices para que, una vez estabilizados los tratamientos pasen por el tracto digestivo y de esta forma eliminar posibles patógenos.
La abundancia de microorganismos del suelo se relaciona con la calidad y la distribución espacial de los recursos (Wang, Liu, Xia y Chen, 2019), se sabe que con la profundidad se disminuye la concentración de carbono orgánico, en climas cálidos áridos y semiáridos como los de la zona de estudio la vegetación disminuye y se conoce que la abundancia de plantas es directamente proporcional a la de la de diversos grupos microbianos (Archer y Pyke, 1991) posiblemente estas condiciones limitan la actividad de los microrganismos en los suelos. Los suelos utilizados en el ensayo con pH alcalino y presencia de carbonatos de calcio, disminuyen aún más la diversidad de los grupos funcionales. De acuerdo con los análisis realizados, los organismos fijadores son favorecidos por incrementos en pH y contenidos de K (r=0,54 y 0,54, respectivamente), los hongos y levaduras mostraron asociación directa con contenidos de humedad en el compost (r=0,49), Actinomicetos con P, S y C (r= 0,7, 0,75 y 0,44, respectivamente), Hongos mesófilos con Mg (r=0,75) y finalmente los fitopatógenos, están siendo favorecidos por el incremento de pH, CE, K, Ca y Na (r=0,50, 0,44, 0,44, 0,50 y 0,44, respectivamente) que en conjunto, se vinculan con las condiciones de salinidad del producto.
Teniendo en cuenta lo anterior sería recomendable adicionar al proceso, estiércol de bovino que contienen mayor abundancia microbiológica o inocular con algunas cepas de microorganismos bio-fertilizantes y bio-controladores que colaboran en los sistemas agrícolas sostenibles debido a su importancia para el ciclo de la materia orgánica y en la circulación de nutrientes para la planta.
4. Conclusiones
Las propiedades del compost son afectadas según el tiempo de humificación; se evidencio diferencia en el pH, temperatura, humedad, color y textura. Sin embargo, los resultados obtenidos, indican que el compostaje obtenido con los tratamientos T4 y T6, es una opción viable.
El incremento en pH y CE requieren seguimiento toda vez que su utilización consigue acentuar alcalinidad y/o salinidad en zonas susceptibles a este fenómeno.
La presencia de microorganismos patógenos como Pseudomonas sp y Rhizotonia sp., pueden generar enfermedades vegetales y, por tanto, puede limitar el empleo de los tratamientos T1, T2, T3 y T5 en labores agrícolas.
Se evidencio que el adecuado aprovechamiento de residuos o subproductos orgánicos contribuye a ciclar, recircular y producir insumos nuevos que son acondicionadores o fertilizantes en la producción agrícola. De esta manera, se disminuye descargas incontroladas que contaminan al entorno paisajístico y las aguas (superficiales, subsuperficiales) por consiguiente la contribución de esta investigación radica en mejorar la calidad ambiental aportando MOS.
El compostaje es una alternativa económica, y confiable para la gestión de residuos orgánicos y una forma de minimizar el impacto ambiental de la actividad antrópica, así como un producto viable de ser incorporar al suelo.
