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Los abajo firmantes, convocados por el Programa de Doctorado en Ciencias agrarias de la Universidad de Caldas, hemos revisado el informe final de la tesis doctoral:
Uso estratégico de la porcinaza en biofertilización de pastos
Presentada por Luis Alberto González Santamaría
Como requisito parcial para obtener el título de Doctor en Ciencias Agrarias
y certificamos su aprobación
________________________________________ Dr. Julián Estrada Álvarez ________________________________________ Dr. Juan Mauricio Castaño ________________________________________ Dr. Walter Osorio Vega Rojas
USO ESTRATÉGICO DE LA PORCINAZA EN BIOFERTILIZACIÓN DE PASTOS
Tesis
Presentada a: Programa de Doctorado en Ciencias Agrarias
Facultad de Ciencias Agropecuarias Universidad de Caldas
Como requisito parcial para obtener el título de
Doctor en Ciencias Agrarias
Por
LUIS ALBERTO GONZÁLEZ SANTAMARÍA
Julián Estrada Álvarez, PhD. Director de Tesis
Julio de 2015
AGRADECIMIENTOS
Al Doctor Francisco Henao, por su invitación a realizar el doctorado y por sus aportes a mi formación como estudiante de doctorado. Al director de tesis, Doctor Julián Estrada y al comité tutorial por el direccionamiento y acompañamiento en la investigación. A la Asociación Colombiana de Porcicultores – Fondo Nacional de la Porcicultura, por el apoyo económico e institucional para la divulgación de los resultados. A las Corporaciones Autónomas Regionales de Caldas y Risaralda, por el apoyo económico e institucional. A la empresa Agrocerdos dirigida por Gustavo Molina, por facilitar las instalaciones de la granja San Miguel donde se desarrolló el trabajo de campo y por su apoyo económico. A la Cooperativa de porcicultores CERCAFE por su apoyo económico, en especial a Hernando Blandón. Al Instituto de Biotecnología Agropecuaria de la Universidad de Caldas, por facilitar los laboratorios, en especial a Juan Manuel Salgado. Al grupo de asistentes de campo liderado por Andrés Montes Muñoz, por el apoyo en el montaje, la logística y la toma de muestras. A Carlos Duque, Carlos Sabas, Abelino Arias, Juan Felipe Carmona y Juan Carlos Camargo, por sus aportes al trabajo de investigación.
DEDICATORIA
A Ángela y María Paula, que me dieron el equilibrio para hacer la tesis y no fallar en el diario vivir.
TABLA DE CONTENIDOS
Página Agradecimientos.
I
Lista de figuras.
II
Lista de tablas
III
Resumen general
1
Capítulo I 1. Introducción 6
Capítulo II 2. Revisión de literatura 9
2.1 Antecedentes 9
Capítulo III Caracterización de nitrógeno en cinco formas de uso de la
porcinaza como fertilizante
12
Resumen
13
Introducción 13 1. Materiales y métodos 14
1.1. Balance de N al separar la porcinaza en fracciones
líquidas y sólidas
15
1.2. Balance de N al realizar digestión anaerobia con la
porcinaza
17
1.3. Balance de N en las porcinazas sólidas 17
2. Resultados y discusión 18
2.1. Contenido de N en la PC 18
2.2. Balance de N en la separación de fases 20
2.3. Balance de N en la digestión anaerobia 23
2.4. Balance de N en las procesos de la porcinaza sólida 24
3. Conclusiones 25
4. Agradecimientos 26
Referencias 26
Capitulo IV 28
Aprovechamiento del nitrógeno contenido en cinco formas de
porcinazas por el pasto Cynodon plectostachyum
28
Resumen
29
Materiales y métodos
30
Resultados y discusión
32
Conclusiones
37
Referencias
38
Capítulo V
Discusión general
39
Capítulo VI
Literatura citada 42
LISTA DE FIGURAS
Figura Pagina
1. Uso de la porcinaza en los departamentos de Caldas, Quindío y Risaralda.
10
2. Rutas del uso de la porcinaza en Colombia.
11
3. Caudales de porcinaza en 72 horas, granja San Miguel
21
4. Porcentaje de N en las porcinazas sólidas.
27
5. Distribución de las parcelas con curvas de nivel
33
6. Corte del suelo con la ubicación de los lisímetros y las
bandejas de muestreo.
33
7. Captura de N por el pasto en cada tratamiento
35
8. Concentración de N en el suelo en los cinco tratamientos 36
LISTA DE TABLAS
Tabla Pagina
1. Cantidad de cerdos formales en el país, peso vivo y producción de estiércol al día, año 2010.
8
2. Caudales y cantidad de porcinaza, granja San Miguel.
22
3. Producción de nitrógeno por cerdo alojado y por cada 100 kg de peso vivo.
22
4. Caracterización de la porcinaza sólida.
23
5. Caracterización de la porcinaza líquida separada.
24
6. Caracterización de la porcinaza tratada con digestión anaerobia.
25
7. Cálculo de cantidad de PC y PB por parcela.
34
8. Cálculo de cantidad de PSS, PSC y PSL por parcela.
34
9. Calculo de la cantidad de N aplicado en los tratamientos
PC y PB.
34
10. Calculo de la cantidad de N aplicado en los tratamientos
PSS, PSC y PSL
35
11. Calculo de la cantidad de N en forma de NO3-N percolado
36
12. Balance de N de los tratamientos
39
1
USO ESTRATÉGICO DE LA PORCINAZA EN BIOFERTILIZACIÓN DE PASTOS
Resumen general
En esta tesis se estudió el comportamiento del nitrógeno en cinco formas de manejo y
aplicación de la porcinaza a pastos para determinar la cantidad de nitrógeno que se
pierde en el proceso, la cantidad de nitrógeno que asimilan el pasto y la cantidad de
nitrógeno en forma de nitrato (NO3) que se infiltra hacia el subsuelo; las cinco formas de
porcinazas estudiadas son, cruda (PC), porcinaza pasada por biodigestor (PB),
porcinaza sólida seca (PSS), porcinaza sólida compostada (PSC) y porcinaza sólida
procesada por lombriz de tierra (PSL).
Se midió la cantidad de nitrógeno contenido en cada fracción y se calculó la cantidad de
nitrógeno que se pierde; con la concentración de nitrógeno en cada presentación se
calculó la cantidad de los cinco tipos de porcinaza que se debía aplicar en el pasto
estrella (Cynodon plectostachyum) para tener una dosis de 5 g de N por metro cuadrado
de cultivo.
Los resultados obtenidos fueron, la producción de nitrógeno total por cada 100 kg de
peso vivo de cerdo fue de 8,26 g/día, con un porcentaje de 67,75% de nitrógeno
amoniacal (NH3) y 32,25% de nitrógeno orgánico.
2
Al someter a separación la porcinaza el nitrógeno que queda en la fracción líquida es el
59% del contenido en la cruda, el 1% queda en la fracción sólida y se volatilizó el 40%.
Al someter la porcinaza cruda a una digestión anaerobia se perdió el 3,16% del nitrógeno
y el contenido el NH3 aumento a 72,17% debido a la mineralización del nitrógeno
orgánico.
Las porcinazas sólidas tratadas por secado, compost y lombricultivo no perdieron
nitrógeno, debido a que la mayoría del nitrógeno contenido está en forma orgánica y su
mineralización es lenta al igual que la volatilización.
La aplicación de las porcinazas se realizó en tres bloques con parcelas experimentales
de 5 x 2 m debidamente cubiertas y con precipitaciones simuladas de 20mm y 10mm
hasta acumular 120mm cada 32 días (tiempo de corte), se realizaron cinco aplicaciones
y seis tomas de pastos y 12 mediciones en el tiempo de nitratos en la fracción soluble
del suelo a los 30, 60 y 90 cm de profundidad, durante todo el tiempo de aplicación se
llevó un registró de temperatura y humedad ambiente cada 15 minutos.
La concentración de NO3 medida en los tres perfiles del suelo presentó una gran
variabilidad; la mayor concentración es de 23,75 mg/l de fracción soluble y la menor fue
de 0 mg/l; la media de concentración de NO3 en la fracción soluble de suelo según el
3
tratamiento fue. PC: 3,4 mg/l; PB: 5,33 mg/l; PSS: 1,11 mg/l; PSL: 2,84 mg/l; PSC: 0,97
mg/l.
El porcentaje de nitrógeno captado por el pasto de la cantidad aplicadas de cada
tratamiento fue. PC: 34,65%; PB: 37,52 %; PSS: 11,41 %; PSL: 11,80 %; PSC: 15,12
%, mientras el porcentaje que se infiltró fue: PC: 0,08%; PB: 0,07%; PSS: 0,10%; PSL:
0,11%; PSC: 0,11%.
Realizado el balance de masas se obtienen las pérdidas de nitrógeno en las distintas
aplicaciones. PC 65,27%; PB: 62,40%; PSS: 88,49%; PSL: 88,09%; PSC: 84,77%.
El porcentaje de proteína cruda en el pasto aumentó en todos los tratamientos
comparado con el pasto sin tratamiento (10,5%) , con los siguientes resultados. PC
16,58%; PB: 19,45%; PSS: 12,83%; PSL: 13,72%; PSC: 13,39%.
También se realizó un comparativo entre el suelo inicial y los suelos de cada tratamiento
después de las cinco aplicaciones, donde se aprecia un aumento de potasio y fósforo en
el suelo con todos los tratamientos exceptuando el de la PB para fósforo; se observa
también un aumento en el sodio con los tratamientos PB y PC.
Con los resultados obtenidos se concluye que realizar procesos de separación de sólidos
de la porcinaza genera altas pérdidas de nitrógeno y que el porcentaje que queda en la
fracción sólida es muy bajo.
4
La cantidad de nitrógeno evacuado por cerdo al día es inferior a las referencias obtenidas
doce años atrás.
Es bajo el porcentaje de pérdida de nitrógeno, cuando se somete la porcinaza cruda a
digestión anaerobia y se observa que hay una mineralización del nitrógeno orgánico.
El nitrógeno contenido en la fracción sólida es bastante estable y no se pierde durante
los procesos de secado, de lombricultivo o de compost.
Las rutas más eficientes en el aprovechamiento del nitrógeno son la PC y PB, con la PB
se obtiene inicialmente mejores resultados de absorción de nitrógeno por parte del pasto,
sin embargo la PC después de cinco aplicaciones obtiene resultados similares.
Palabras clave: Fertilización, Nitrógeno, Porcinaza
5
CAPÍTULO I
1. Introducción
Actualmente hay una coyuntura en Colombia sobre el manejo que se le deba dar a la
porcinaza, una de las posiciones es considerarla un residuo y como tal la fracción líquida
debe ser tratada antes de su vertimiento, cumpliendo con lo contemplado en el decreto
3930 de octubre del 2010 del Ministerio del Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial
de Colombia y la resolución 631 de marzo de 2015, donde se reglamenta los valores
máximos permisibles para verter a cuerpos de agua superficiales, teniendo en cuenta
que también se debe disponer adecuadamente los lodos generados en el tratamiento,
que generalmente se usan como acondicionadores de suelo; la otra posición es
considerar la porcinaza como un subproducto, que se puede usar en otras actividades
agropecuarias, entre estas está la fertilización de pastos para la alimentación de
rumiantes, siempre que cumpla con lo establecido en la resolución del Instituto
Colombiano Agropecuario (ICA) 2341 de 2007 y Norma Técnica Colombiana (NTC)
5167, o la fertilización de otros cultivos como café y platano (Osorio et al, 2007)
La primera opción ha sido suficientemente estudiada y documentada (Asociación
Colombiana de Porcicultores, 2002), se conocen las composiciones de la porcinaza
producida en las distintas etapas y los impactos que puede causar en el agua, además
se conocen los sistemas de tratamiento para reducir las cargas contaminantes (Villamil
6
et al, 2000); sin embargo, la segunda opción ha sido poco evaluada en el contexto
Colombiano, hay variados estudios en otros países en especial de Europa y Estados
Unidos, pero con condiciones distintas de tipo de suelo y clima, forma de aplicación y los
tipo de cultivos que se fertilizan. Exceptuando algunos estudios como los liderados por
el Profesor Walter Osorio de la Universidad Nacional de Medellín, que ha estudiado el
comportamiento de suelos fertilizados con porcinaza y la fertilidad de suelos fertilizados
con porcinaza en cultivos de café y plátano.
La producción de cerdos genera un significativo volumen de estiércol, entre 5,7 y 6,5 por
cada 100 kg de peso vivo (Asociación Colombiana de Porcicultores, 2002), que junto
con el agua de lavado y el agua desperdiciada en los chupos forman una biomasa con
altas concentraciones de materia orgánica y solidos suspendidos, también tiene
nutrientes en especial nitrógeno, fósforo y potasio y microorganismos patógenos, que al
ser dispuestos indiscriminadamente en el suelo o en el agua, pueden generar grandes
impactos en estos medios (Villamil et al., 2000); por el contrario si la porcinaza se utiliza
eficientemente para la fertilización de cultivos, se reduce la contaminación y se
aprovechan los nutrientes contenida en ésta, transformando un residuo con un alto
potencial de contaminación a un subproducto utilizable en labores complementarias del
sector agrario; además permite ahorrar en el uso de fertilizante químicos y por lo tanto
se reducen la dependencia de estos y los impactos ambientales que la elaboración de
estos pueden generar (Lopez-Ridaura et al., 2009).
7
Al utilizar la porcinaza como fertilizante, se requiere conocer que sucede con el nitrógeno,
principal nutriente en la fertilización y también es el que representa mayor riesgo
ambiental; esto debido la capacidad de movilización en el suelo en forma NO3, que si
alcanza fuentes de agua subterráneas y lleva altas concentraciones, puede llevar a que
se supere el límite de la calidad de agua, que según la norma Colombiana establecida
en la Resolución conjunta 2115 de 2007 de los Ministerio de Protección Social y Medio
Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial (MAVDT), establece que no debe superar los
10 mg/l de NO3 para el agua potable; por esto se debe conocer cómo se transforma y se
conserva el nitrógeno y cuanto de éste se lixivia, cuanto se volatiliza y cuanto se
aprovecha por el pasto, en las cinco rutas distintas de aplicación como fertilizante
usualmente usadas en Colombia, PC, PB, PSS, PSC y PSL.
Para hacer esto se requiere caracterizar la porcinaza desde la salida del galpón hasta la
aplicación en suelo, calculando las pérdidas que se presenten en cada paso haciendo
los respectivos balances de masa; posteriormente se hará la verificación del nitrógeno
contenido en el suelo, la cantidad de nitrógeno que se infiltra y la cantidad de nitrógeno
capturado por el pasto.
8
CAPÍTULO II
2. Revisión de literatura
2.1. Antecedentes
En el año 2010, se sacrificaron el mundo 1.374.493.441 cabezas de cerdo y en mismo
periodo en Colombia se sacrificaron 2.250.000 (FAO, 2012), lo que indica que en
Colombia la producción de cerdo es del 1.6% del total mundial.
Al tomar los datos de los cerdos sacrificados para el año 2010 y con los parámetros de
producción que se obtuvieron ese año, se calcula el promedio de la cantidad de cerdos,
en las distintas etapas etaria, y con el promedio de producción de excretas por animal al
día (Asociación Colombiana de Porcicultores, 2002), se obtiene la producción de
estiércol, la cual se resume en la tabla 1.
Tabla 1. Cantidad de cerdos formales en el país, peso vivo y producción de estiércol al día, año 2010.
Núm de
animales
año 2010
Peso prom
en Kg.
Producción de
estiércol
animal /dia
Producción
de estiércol
/ día
Peso vivo
Kg.
82.060 180 5,4 443.124 14.770.800
14.290 190 14,7 210.063 2.715.100
4.760 160 6,91 32.892 761.600
142.800 3,5 0,3 42.840 499.800
333.200 16 1,22 406.504 5.331.200
571.200 58 3,6 2.056.320 33.129.600
1.200 200 7,4 8.880 240.000
1.149.510 3.200.623 57.448.100
Reproductores
Total
Levante ceba
Item
Hembras gestantes
Hembras lactantes
Hembras vacías (destetas)
Lechones lactantes
Lechones en precebo
9
Por cada 100 kg de peso vivo se producen en promedio al día 6,3 kg de excretas (45%
de orina y 55% de heces) con una humedad del 88%, estas excretas contienen 250 g de
Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO), 750 g de Demanda Química de Oxigeno
(DQO), 600 g de Sólidos Suspendidos Totales (SST), 44,5 g de NTK, 34.9 g de pentóxido
de fósforo (P2O5) y 34 g de óxido de potasio (K2O) (Asociación Colombiana de
Porcicultores, 2002), estos valores pueden variar por las condiciones de alimentación y
el estado etario del animal (Sánchez, 2001)
Al aplicar los conceptos de calidad de agua potable que rigen en el país, según la
resolución 2115 del 2007 de los Ministerios de Protección Social y MAVDT, las
concentraciones máximas por litro de agua sin que se vea afectada son, de fósforo 0,5
mg, NO3 10 mg y de nitritos (NO2) 0,1 mg.
Utilizando el concepto de agua Gris de la Huella Hídrica (Hoekstra et al, 2002) el cual
indica la cantidad de agua para que la dilución de un contaminante esté por debajo del
límite máximo permitido, considerando que todo el nitrógeno contenido en la excreta que
producen 100 kg de peso vivo de cerdos al día se oxidara a NO2, se requieren 4.450 L
de agua para que no se afecte su calidad; para poner esto en un contexto, las excretas
producida por la población de cerdo en Colombia para el año 2010, tienen un potencial
de contaminar 2,5 millones de m3 por día.
En la actualidad la disposición que se le da a las excretas en las granjas es variado y
depende mucho de la tradición del porcicultor y de la disponibilidad de recursos que
tengan como tierras para ganadería o cultivos, algunos aprovechan la porcinaza como
fertilizante, otros separan los sólidos para lombricultivos o compostaje, también montan
biodigestores para biogás, o se deciden por el tratamiento de aguas para hacer
10
vertimientos y están los que no hacen absolutamente nada vertiendo toda la porcinaza a
cuerpos de agua. En la Figura 1 se observan los porcentajes de uso de la porcinaza en
los departamentos de Caldas, Quindío y Risaralda (González, 2007).
Por otra parte, en la Figura 2 se muestran las rutas del uso de la porcinaza en Colombia
y su disposición final; como se observa en dicho Figura, todas las rutas excepto la
descarga directa a cuerpos de agua, requieren el suelo para la disposición final.
Figura 1. Uso de la porcinaza en los departamentos de Caldas, Quindío y Risaralda.
11
Figura 2, Rutas del uso de la porcinaza en Colombia.
Actualmente, hay dos conceptos para el manejo de la porcinaza, el primero es el
tratamiento de la porcinaza como si fuera un tipo de agua residual al ser tratada por
diferentes métodos se reduce la carga contaminante (Villamil et al., 2.000), siendo su
objetivo principal mejorar la calidad del agua vertida y así bajar el impacto ambiental
sobre los cuerpos de agua.
Sin embargo, aun con sistemas de tratamiento altamente eficientes, se harían
vertimientos todavía con altas concentraciones de cargas contaminantes; en el informe
de investigación “Evaluación de un sistema piloto de postratamiento de aguas residuales
de porcícolas, mediante sistemas naturales” presentado por la Universidad Tecnológica
de Pereira (UTP) - CARDER y Asoporcicultores – FNP, realizado en la granja El Cortijo
(Santa Rosa de Cabal – Risaralda), concluyen que:
12
Las concentraciones de SST y DBO de los efluentes de los sistemas tradicionales
son muy altas evitando que los humedales artificiales funcionen óptimamente.
Los sistemas de humedales de postratamiento logran bajar las concentraciones
de DBO DQO y SST pero a un costo muy alto, se estimó que el sistema de
postratamiento para 5.600 cerdos es de $1.342.345.000, esto equivale a una
inversión de $239.704 por cerdo alojado.
Aunque se haga toda esa inversión se seguirían realizando vertimientos de nutrientes
que afectan la calidad del agua; por lo tanto esta visión de solución a las excretas de los
cerdos sigue siendo insuficiente y no soluciona el problema ambiental en su totalidad,
además impide que las granjas puedan crecer, pues aunque se mantengan los
porcentajes de remoción, la carga total vertida seguiría aumentando.
El segundo concepto de manejo de las excretas es la utilización en otras actividades
pecuarias, la fracción sólida es usada para alimentar lombrices, para hacer compost y
abonos orgánicos (González, 2007). Mientras la fracción líquida la usan para producir
biogás y fertilizar cultivos; sin embargo, este concepto tiene dos problemas, el primero
es que no hay metodologías claras para la reutilización de la porcinaza, que permitan
establecer la eficiencia en el aprovechamiento de los nutrientes y el segundo es que se
desconocen los posible impactos ambientales que la aplicación en exceso de porcinaza
en los cultivos pueda causar.
Actualmente no se conoce con exactitud como es la dinámica del nitrógeno en las
distintas rutas de utilización que se le da a la porcinaza en Colombia; solamente se ha
establecido que el nitrógeno orgánico contenido en las excretas se mineraliza en forma
13
NH3 cuando estas se someten a un proceso de biodigestión (Chará et al, 2002); en los
otros proceso no se ha determinado el porcentaje de nitrógeno que se volatiliza o que se
transforma.
Lo que está claro, es que no se debe seguir desperdiciando toda esta cantidad de
nutrientes arrojándolos a los cuerpos de agua o aplicándolos sin ninguna metodología
en los diferentes cultivos; la porcinaza es un bien con un valor real, con la cual se puede
fertilizar controlando el impacto ambiental y mejorando las producciones de cultivos
(Sánchez, 2001).
Al otro extremo del mundo, en China se ha demostrado la relación de la aplicación
controlada de porcinaza con el mejoramiento en los suelos y su productividad (Zhai et al,
2011); en Francia se ha determinado que la aplicación controlada de la porcinaza como
fertilizante es una acción positiva en la gestión ambiental, el análisis de ciclo de vida de
la aplicación directa tiene menos efectos ambientales comparado con el tratamiento de
la porcinaza para su posterior aplicación (López – Ridaura et al, 2009).
14
CAPÍTULO III
CARACTERIZACIÓN DE NITRÓGENO EN CINCO FORMAS DE USO DE LA
PORCINAZA COMO FERTILIZANTE
LUIS ALBERTO GONZÁLEZ SANTAMARÍA, IC1, WALTER OSORIO VEGA-ROJAS2
PhD, JUAN MAURICIO CASTAÑO3 PhD, JULIÁN ESTRADA ÁLVAREZ4 PhD
1 Estudiante Doctorado en Ciencias Agrarias, Universidad de Caldas, Manizales, Caldas,
2 Docente Universidad Nacional Sede Medellín, 3 Docente Universidad Tecnológica de
Pereira, 4 Docente Universidad de Caldas. Correspondencia [email protected]
15
RESUMEN
En este trabajo se realizó la medición del nitrógeno contenido en la porcinaza cruda
producida por cerdos de ceba (30 – 110 kg) y lo sucedido con el nitrógeno al realizar
procesos de separación de fases, al pasarla por una digestión anaerobia y al tomar la
fracción sólida y someterla a secado, compostaje y como sustrato de un lombricultivo.
Para esto se pasó la porcinaza por una máquina para separar la fracción sólida de la
líquida y se midió el nitrógeno que contenía cada fracción, la diferencia entre la cantidad
inicial y la suma del nitrógeno de la fracción sólida y de la fracción líquida es la pérdida.
Además, la porcinaza cruda se pasó por un sistema de biodigestión y se midió el
nitrógeno al final del proceso, la porcinaza sólida se secó, compostó y se le dio como
sustrato a las lombrices.
Los resultados obtenidos para este ensayo, muestran que por cada 100 kg de peso vivo
de un cerdo de ceba se producen 8,52 g de nitrógeno total al día en la porcinaza, que al
separar las fracciones se pierden el 39,8 % del nitrógeno, al pasar la porcinaza por un
proceso de biodigestión se pierde el 3,16% y que la fracción sólida al someterse a los
distintos procesos no tiene pérdidas significativas.
Palabra Clave: Nitrógeno, Porcinaza, separación de sólidos, biodigestión
16
INTRODUCCIÓN
El nitrógeno (N) contenido en las porcinazas es uno de los elementos junto con el fósforo
de mayor relevancia ambiental y agronómica [1], por su importancia en la nutrición de los
cultivos.
Altas concentraciones de N, en forma de nitratos (NO3) y nitritos (NO2) afectan la calidad
del agua; cuando la porcinaza se usa para fertilización y se hacen aplicaciones que
exceden la capacidad de absorción del cultivo, se pueden presentar infiltraciones de
nitratos (NO3) hacia cuerpos de agua subterráneas [2,3,4].
En Colombia la porcinaza se utiliza como fertilizante en distintas condiciones, siendo las
más comunes, la porcinaza cruda (PC) que es tal cual como sale del galpón, la porcinaza
tratada con digestión anaerobia (PB), la porcinaza sólida seca (PSS), la porcinaza sólida
compostada (PSC) y la porcinaza sólida como sustrato de lombriz (PSL) [5], sin embargo,
se tienen pocos datos de la cantidad de N que producen los cerdos en Colombia y la
concentración de N contenido en la porcinaza, teniendo en cuenta que las condiciones
climáticas, de alojamiento y de alimentación varían con respecto a otros países donde si
se tienen valores de referencia del contenido de N.
Es por esto que dentro de este trabajo se caracterizó la porcinaza en cerdos de ceba
para determinar la cantidad de N que producen los cerdos en sus excretas por unidad de
peso y se realizó la medición del N total en cada tipo de porcinaza y se calculó la cantidad
de N que se pierde en cada proceso partiendo de la PC.
1. MATERIALES Y MÉTODOS
17
La investigación se realizó en la granja San Miguel, en el municipio de Marsella,
Departamento de Risaralda, ubicada a 4°54’36” N, 75°48’20”O y a 1.050 msnm, donde
se alojaban 3.495 cerdos de ceba con pesos entre los 30 kg y 110 kg.
Se caracterizó la PC que sale del galpón, por un periodo de 72 horas seguidas, midiendo
el caudal cada 20 minutos y tomando tres muestras compuestas cada 24 horas, con
alícuotas cada 20 minutos por un tiempo de 4 horas cada una.
Las muestras de PC tomadas se llevaron al laboratorio de aguas de la Universidad
Tecnológica de Pereira, donde se analizaron la concentración del nitrógeno total Kjeldahl
(NTK) por el método 4500 Norg-C semi micro Kjeldahl, la de nitrógeno amoniacal (NH3)
por el método 4500 NH3 C Titulométrico y los sólidos totales (ST) por el método 2540 B.
La concentración de N multiplicado por el caudal da la cantidad de N producido por los
cerdos, con el dato del número de cerdos alojados y el peso promedio de éstos se calculó
la cantidad de N que produce cada cerdo al día y por cada 100 kg de peso vivo, esto con
el fin de comparar los datos con los promedios establecidos en la Guía Ambiental del
Subsector Porcícola [6]y revisar la variación de N producido por los cerdos, teniendo en
cuanta las mejoras en la alimentación y la tenencia de los cerdos en los últimos trece
años en Colombia [7].
La medición de ST es con el fin de hacer un balance de masas que permita corregir las
variaciones de caudal que se da a la entrada y a la salida del sistema, ya que a la entrada
el flujo es continuo variable dependiendo de la producción y el agua usada en el lavado,
en cambio a la salida del sistema se tiene un sistema de bombeo con caudal constante
y en lapsos de tiempos definidos; como el N presenta alta movilidad debido a la
18
volatilización de las formas amoniacales se requiere hacer la medición de un parámetro
que no presente pérdidas durante el proceso como son los ST.
1.1. Balance de N al separar la porcinaza en fracciones líquidas y sólidas
Utilizando la ecuación 1 [8], se determina la cantidad de N que queda en cada fracción
líquida y sólida al someter la porcinaza cruda a un proceso de separación por medio del
equipo SEPCOM®-65, que trabaja a un caudal de hasta 65 m3/H, en la cual pasa la PC
por un tamiz forzada por un tornillos sin fin, las partículas que quedan atrapadas son
expulsada al final del tornillo y esto es lo que se denomina porcinaza sólida, la fracción
líquida con los sólidos de menor tamaño que el tamiz salen por una tubería, esta fracción
es la porcinaza líquida. La separación de fases se realizó en tres muestreos de 3 horas
de funcionamiento de la máquina cada uno, con alícuotas de 20 minutos.
Lnpc = Lnpl + Lnps + fLnpc (1)
Donde.
Lnpc = Carga de N inicial (peso/tiempo)
Lnpl = Carga de N fracción líquida (peso/tiempo)
Lnps = Carga de N fracción sólida (peso/tiempo)
f = Fracción de N perdido
Para aplicar la ecuación 1 se requirió medir la cantidad de N contenido en la PC, midiendo
el caudal de entrada y multiplicándolo por la concentración, para la porcinaza líquida (PL)
y la porcinaza sólida (PS) se multiplicó la concentración de N medida en cada fracción
por el caudal ajustado después de hacer el balance de masas con los ST.
19
El balance de masas con los ST, se realiza utilizando la ecuación 2, donde se expresa
que la cantidad de solidos totales que entran debe ser siempre igual a la suma de las
cantidades de sólidos totales que queda en cada fracción de porcinaza.
STpc = STpl + STps (2)
STpc = Qa(Cstpl + Cstps)
Donde
STpc: Sólidos totales porcinaza cruda
STpl: Sólidos totales porcinaza líquida
STps: Sólidos totales porcinaza sólida (materia seca)
Qa: Caudal ajustado
Cstpl: concentración de sólidos totales porcinaza líquida
Cstps: concentración de sólidos totales porcinaza sólida
1.2. Balance de N al realizar digestión anaerobia con la porcinaza
Para medir la cantidad de N que queda en la porcinaza después de someterla a un
proceso de digestión anaerobia se realizó un procedimiento similar al anterior, donde se
midió el N a la entrada, que es la cantidad de N que trae la PC y a la salida que es el N
contenido en el efluente del biodigestor, restando las cantidades se calculan las pérdidas
de N que se presentan en este proceso, para esto se utiliza la ecuación 3
Lnpc = Lnpb + fLnpc (3)
Lnpc = Carga de N porcinaza cruda
Lnpb = Carga de N efluente del biodigestor
20
f = Fracción de N perdido
Se realiza el balance de masas con los ST, utilizando la ecuación 4, para encontrar el
caudal ajustado, del mismo modo que el procedimiento de separación de fases.
STpc = Qa x Cstpb (4)
STpc: Sólidos totales porcinaza cruda
Qa: Caudal ajustado
Cstpb: concentración de sólidos totales porcinaza pasada por biodigestor
1.3. Balance de N en las porcinazas sólidas
Para establecer los balances de N de la PC que se procesa por secado natural (PSS), la
que se procesa en compostaje con material vegetal (PSC) y la porcinaza que se usa
como sustrato para la lombriz de tierra (PSL), se parte de la muestra de la PC donde se
caracteriza la humedad y el porcentaje de N contenido en la materia seca y se compara
con el contenido de N en materia seca de las porcinazas procesada, para esto se usa la
ecuación 5
𝐿𝑛𝑝𝑠 = 𝐿𝑛𝑝𝑠𝑖 + 𝑓𝐿𝑛𝑝𝑠
Lnps = Carga de N fracción sólida
Lnpsi = Carga de N fracción sólida seca, compostada o de lombricompost
f = Fracción de N perdido
21
2. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
2.1. Contenido de N en la PC
En la Figura 3 se observa el comportamiento dinámico del caudal de la porcinaza
producida en la granja durante las 72 horas de muestreo.
Figura 3, Caudales de porcinaza en 72 horas, granja San Miguel
Los picos de caudales se presentan por las descargas de las charcas de cada corral y
por el desperdicio de los chupos de bebida.
En la tabla 2 se muestra el resumen de los caudales (Q) obtenidos y la cantidad de
porcinaza producida por cerdo y por cada 100 kg de peso vivo alojado.
0,0000
0,2000
0,4000
0,6000
0,8000
1,0000
1,2000
1,4000
22/1
0/2
013
8:4
0
11:4
0:0
0 a.
m.
03
:40
:00
p. m
.
06
:40
:00
p. m
.
09
:40
:00
p. m
.
02:0
0:0
0 a.
m.
05:0
0:0
0 a.
m.
08:0
0:0
0 a.
m.
11:0
0:0
0 a.
m.
02
:00
:00
p. m
.
05
:00
:00
p. m
.
08
:00
:00
p. m
.
11
:00
:00
p. m
.
02:0
0:0
0 a.
m.
05:0
0:0
0 a.
m.
08:0
0:0
0 a.
m.
11:0
0:0
0 a.
m.
02
:00
:00
p. m
.
05
:00
:00
p. m
.
08
:00
:00
p. m
.
11
:00
:00
p. m
.
02:0
0:0
0 a.
m.
05:0
0:0
0 a.
m.
08:0
0:0
0 a.
m.
CAUDAL (L/S)
22
Tabla 2, Caudales y cantidad de porcinaza, granja San Miguel
Parámetro Unidad Valor
Q máximo l/s 1,200
Q mínimo l/s 0,000
Q prom. l/s 0,241
t medido días 2,97
t medido segundos 256.800,00
volumen total l 61.940,65
volumen por día l/día 20.839,85
# de cerdos 3.495
peso promedio kg 70
peso vivo kg 244.650
porcinaza por cerdo l/animal 5,96
porcinaza por peso vivo(100 kg) l/peso vivo 8,52
En el tabla 3 se muestran los cálculos realizados para determinar la cantidad de N total
producido al día en la granja, la relación de N, sólidos totales y la cantidad de N producido
por cada 100 kg de peso vivo alojado, los cálculos se realizaron con los promedios de
las tres muestras realizadas durante la caracterización de 72 horas.
Tabla 3, Producción de nitrógeno por cerdo alojado y por cada 100 kg de peso vivo
Parámetro PC 1 (22-oct-
2013) PC 2 (23-oct-
2013) PC 3 (24-oct-
2013) promedios
NH3 (mg/l) 713,00 530,00 720,00 654,33
NTK (mg/l) 914,00 853,00 1.141,00 969,33
Sólidos totales (ST)(mg/l) 8.130,00 8.065,00 10.920,00 9.038,33
Q promedio (l/s) 0,29 0,19 0,11 0,20
carga NH3 jornada(kg/4horas) 2,98 1,46 1,10 1,85
carga NTK jornada(kg/4horas) 3,82 2,35 1,74 2,64
carga ST jornada(kg/4horas) 33,95 33,68 45,60 37,74
porcentaje de NH3 del NTK 78,01% 62,13% 63,10% 67,75%
Relación NTK/ST 0,112 0,106 0,104 0,108
volumen total en el muestreo (72 h) 61.940,65
NTK producido en 72 h (kg) 60,041
NH3 producido en 72 h (kg) 40,530
23
ST producido en 72 h (kg) 559,840
NTK producido al día (kg/día) 20,20
ST producido al día (kg/día) 187,81
# de cerdos 3.495,00
peso promedio de los cerdos (kg) 70,00
NTK producido por cerdo (g/dia.cerdo) 5,78
NTK producido por peso vivo (g/dia.100 kg) 8,26
La Guía Ambiental del Subsector Porcícola, muestra en la tabla 10 que el promedio de
la cantidad de N que producían los cerdos en ceba por cada 100 kg de peso vivo es de
44,5 g, por lo tanto la cantidad de N que producen los cerdos de la granja donde se
desarrolló la investigación es el 18,5% del promedio de producción antes del 2002.
2.2. Balance de N en la separación de fases
En la tabla 4 se muestra la caracterización de la PS obtenida después de someter a
separación la PC y las muestras se tomaron en el mismo momento que se tomaron las
muestras de la PC.
Tabla 4, Caracterización de la porcinaza sólida
Parámetro PS 1 (22oct-
2013) PS 2 (23-oct-
2013) PS 3 (24-oct-
2013) promedios
Q promedio (l/s) 2,68 2,39 2,33 2,47
tiempo de bombeo (s) 3.600,00 3.600,00 3.600,00 3.600,00
volumen generado(l) 9.633,60 8.593,20 8.402,40 8.876,40
peso porcinaza sólida (kg) 46,00 62,00 38,00 48,67
Materia seca (%) 36,97% 36,83% 37,66% 37,15%
ST separados (kg) 17,01 22,83 14,31 18,05
ST separados por l(mg/l) 1.765,30 2.657,29 1.703,18 2.041,92
N Total % MS 1,32% 1,34% 1,87% 1,51%
N separado (kg) 0,22 0,31 0,27 0,27
N separado por l (mg/l) 23,30 35,61 31,85 30,25
24
En la tabla 5 se muestra la caracterización de la porcinaza líquida después de separada.
Tabla 5, Caracterización de la porcinaza líquida separada
Parámetro PL 1 (22-oct-
2013) PL 2 (23-oct-
2013) PL 3 (24-oct-
2013) promedios
NH3 (mg/l) 1.039,00 1.128,00 1.079,00 1.082,00
NTK (mg/l) 1.518,00 1.982,00 1.751,00 1.750,33
Sólidos totales (ST)(mg/l) 21.605,00 30.810,00 24.135,00 25.516,67
Q promedio (l/s) 2,68 2,39 2,33 2,47
carga NH3 jornada(kg/1horas) 10,02 9,69 9,07 9,59
carga NTK jornada(kg/1horas) 14,65 17,03 14,71 15,46
carga ST jornada(kg/1horas) 208,45 264,76 202,79 225,33
porcentaje de NH3 del NTK 68,45% 56,91% 61,62% 62,33%
Relación NTK/ST 0,070 0,064 0,073 0,069
Con la ecuación 2 de balance de masas de ST, calculamos el Qa con el que se determina
la cantidad de N que queda en cada fase de la porcinaza sometida a separación.
559,84 kg/72h = Qa (25.516,67 mg/l + 2.041.92mg/l)
Qa = 559,84 kg/72h /(25.516,67 mg/l + 2.041.92mg/l) x 1e6 kg/mg
Qa = 20.284,06 l/72h
NTKpl = 20.284,06 l/72h x 1.750,33 mg/l / 1e6 kg/mg = 35,50 kg/72h
NTKps = 20.284,06 l/72h x 30,25 mg/l / 1e6 kg/mg = 0,61 kg/72h
Usando la ecuación (1) se realiza el balance de N para determinar las perdidas
25
f Lnpc = 60,04 kg/72h - 35,50 kg/72h - 0,61 kg/72h
f Lnpc = 23,93 kg/72 h
f = 23,93 kg/72 h / 60,04 kg/72h x 100
f = 39,85% de pérdidas al separar sólidos
Del N total de la PC que se sometió a separación, el 59,13% quedó en la fracción líquida,
el 1,02% quedó en la fracción sólida y el 39,85% se perdió principalmente por
volatilización de la forma amoniacal y una pequeña fracción de porcinaza sólida que
queda pegada al tornillo sin fin de la máquina.
2.3. Balance de N en la digestión anaerobia
En la tabla 6 se muestran los resultados de las tres caracterizaciones de la PB, las cuales
se realizaron cada 24 horas con alícuotas cada 20 minutos al mismo tiempo que se
tomaban las muestras de la PC a la entrada.
Tabla 6, Caracterización de la porcinaza tratada con digestión anaerobia
Parámetro PB 1 (22-oct-
2013) PB 2 (23-oct-
2013) PB 3 (24-oct-
2013) promedios
NH3 (mg/l) 1.796,00 1.553,00 1.571,00 1.640,00
NTK (mg/l) 2.788,00 2.284,00 1.868,00 2.313,33
Sólidos totales (ST)(mg/l) 32.965,00 22.995,00 10.855,00 22.271,67
Q promedio (l/s) 2,70 2,467 2,175 2,45
carga NH3 jornada(kg/1horas) 17,46 13,79 12,30 14,52
carga NTK jornada(kg/1horas) 27,10 20,28 14,63 20,67
carga ST jornada(kg/1horas) 320,42 204,19 84,99 203,20
porcentaje de NH3 del NTK 64,42% 67,99% 84,10% 72,17%
26
Relación NTK/ST 0,085 0,099 0,172 0,119
Con la ecuación 4 se calcula el caudal ajustado para determinar la cantidad de N
contenido en la PB.
559,84 kg/72h = Qa (22.271,67 mg/l)
Qa = 559,84 kg/72h /(22.271,67 mg) x 1e6 kg/mg
Qa = 25.136,87 l/72h
NTKpb = 25.136,87 l/72h x 2.313,33 mg/l / 1e6 kg/mg = 58,14 kg/72h
Usando la ecuación 3 obtenemos el balance de N
f Lnpc = 60,04 kg/72h – 58,14 kg/72h
f Lnpc = 1,9 kg/72 h
f = 1,9 kg/72 h / 60,04 kg/72h
f = 3,16% de pérdidas al pasar la porcinaza por el biodigestor.
Lo anterior señala que más del 94% del N se conserva en la porcinaza que sale del
biodigestor.
2.4. Balance de N en las procesos de la porcinaza sólida
27
En la Figura 4 se muestran los resultados de los análisis de N en materia seca de cada
una de las porcinazas sólidas, se tomaron cinco muestras durante once meses partiendo
de la muestra de porcinaza sólida fresca que es la inicial para los tres tratamientos.
Figura 4, Porcentaje de N en las porcinazas sólidas
En la Figura 2 se observa un aumento del porcentaje de N en la materia seca hasta el
mes sexto y después empieza una reducción, lo que indica un consumo mayor del
carbono con respecto al N presente en las porcinazas durante la degradación de la
biomsas, ya que el N de la porcinaza sólida está casi toda en forma orgánica y su
degradación es lenta, una vez es mineralizado el N aumenta el consumo y la emisión de
este.
24/10/2013 13/11/2013 29/04/2014 2/07/2014 9/09/2014
PSS 1,51 1,97 3,63 3,73 2,24
PSC 1,51 1,90 3,05 2,73 2,71
PSL 1,51 2,01 3,78 3,62 3,12
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
% d
e N
en
mat
eria
se
ca
28
3. CONCLUSIONES
Se determinó que la cantidad de N contenido en las excretas de cerdos de ceba de esta
investigación se redujo considerablemente con respecto a los datos de referencia que se
tenían antes de 2002, sin embargo se requiere hacer más mediciones de contenido de
N en otras granjas con clima variado y en los otros estado etarios, con el fin de determinar
estadísticamente la producción media de N en las granjas porcinas de Colombia.
Las pérdidas de N en la separación de fases por medio de máquina de tamiz y tornillo
sin fin son altas, superiores al 30% y la cantidad del N total que queda en la fase sólida
es muy baja comparada con la que queda en la fracción líquida, siendo la ruta de mayor
pérdida de N. En cambio, al someter a la porcinaza a digestión anaerobia las pérdidas
de N son mínimas lo que muestra que es una ruta donde además de aprovechar el biogás
como fuente de energía, el efluente sigue siendo muy rico en N.
Proporcionalmente las pérdidas de N en las rutas de la porcinaza sólida, son bajas o
nulas, pues la mayor pérdida se da al separar las fases y la cantidad que queda en la
fracción sólida está cerca al 1% y el N que queda es casi todo orgánico que no se
volatiliza.
4. AGRADECIMIENTOS
Esta investigación fue financiada con recursos del Fondo Nacional de la Porcicultura, la
Universidad de Caldas, la Corporación Autónoma Regional de Caldas y la empresa
Agrocerdos.
29
REFERENCIAS
[1] Sánchez M. 2001. Utilización agrícola del estiércol licuado de ganado porcino: método
rápido de determinación del valor fertilizante. Establecimiento de las bases para el
diseño de un óptimo plan de fertilización. Tesis Doctoral. Universidad de Valladolid.
[2] Villamil C.M., Duque C.O, Caicedo L.A. 2000. Sistema de tratamiento para los
residuos de la industria porcícola. Asoporcicultores – FNP, Universidad Nacional de
Colombia, Corpoica.
[3] J. Guimera “Anomalously high nitrate concentrations in ground water” Ground Water.
Vol. 36, n.° 2, pp. 275-282, 1998.
[4] M. Burkart and J. Stoner “Nitrogen in Groundwater Associated with Agricultural
Systems” Nitrogen in the Environment: Sources, Problems, and Management. pp.
123-145, 2001.
[5] L.A González. “Diagnóstico ambiental industria porcícola eje cafetero”. Asociación
Colombiana de Porcicultores – Fondo Nacional de la Porcicultura, CARDER,
CORPOCALDAS, CRQ. 2007.
[6] Asociación Colombiana de Porcicultores. “Guía Ambiental para el subsector
porcícola”. Ministerio del Medio Ambiente. Bogotá, Colombia. 222 p. 2002.
[7] Asociación Colombiana de Porcicultores. “Guía de buenas prácticas pecuarias para
el subsector porcícola”. ACP – CCI – IICA. Bogotá, Colombia. 105 p. 2006.
[8] Crites and Tchobanoglous. “Tratamiento de aguas residuales en pequeñas
poblaciones”. Mc Graw-Hill. 2000.
30
CAPITULO IV
Aprovechamiento del nitrógeno contenido en cinco formas de
porcinazas por el pasto Cynodon plectostachyum
LUIS ALBERTO GONZÁLEZ SANTAMARÍA, IC1, WALTER OSORIO VEGA-ROJAS2 PhD, JUAN MAURICIO CASTAÑO3 PhD, JULIÁN ESTRADA ÁLVAREZ4 PhD
1 Estudiante Doctorado en Ciencias Agrarias, Universidad de Caldas, Manizales, Caldas, 2 Docente Universidad Nacional Sede Medellín, 3 Docente Universidad Tecnológica de Pereira, 4 Docente Universidad de Caldas. Correspondencia [email protected]
Resumen
Se realizó un ensayo para determinar el balance de nitrógeno (N) en una
fertilización con cinco tipos de porcinazas así: porcinaza cruda (PC), porcinaza
tratada con digestión anaerobia (PB), porcinaza sólida seca (PSS), porcinaza
sólida compostada (PSC) y porcinaza sólida como sustrato de lombriz (PSL)
en parcelas sembradas con pasto Cynodon plectostachyum, en un suelo de
textura franco arcillo arenoso; se realizaron cinco aplicaciones cada 32 días en tres repeticiones y se midió la cantidad de nitrógeno contenido en las
porcinazas, el N que se infiltró al subsuelo, el N que absorbió el pasto durante
seis cortes, el N que quedaba en el suelo y se calcularon las pérdidas. Todo
esto se realizó bajo cubierta transparente y simulación de lluvia de 120 mm
por corte y control de herbáceas. Los resultados obtenidos muestran que los
tratamientos con la mayor eficiencia en la captura de N por parte del pasto
son los de las porcinazas líquidas PC y PB y también fueron los que menos
pérdidas de N tuvieron; además el porcentaje de infiltración de N en forma de
nitratos (NO3) en todos los tratamientos fue muy baja y la concentración está
por debajo de la norma Colombiana de agua potable. Se determinó que las
pérdidas de N son altas en todos los tratamientos y mucho más en los
tratamientos PSS, PSL, PSC, de igual manera se comprobó que la cantidad de
N disponible en el suelo es menor en los tratamientos de porcinazas sólidas.
Palabras claves
Nitrógeno, fertilización con porcinaza, infiltración de nitratos
31
La producción de cerdos genera un significativo volumen de estiércol que
junto con el agua de lavado y el agua desperdiciada en los chupos, es una
biomasa con altas concentraciones de materia orgánica, solidos suspendidos,
nutrientes y microorganismos patógenos, que al ser dispuestos
indiscriminadamente en el suelo y en especial en el agua, pueden generar
grandes impactos en estos medios (Villamil et al., 2000); por el contrario si la
porcinaza se utiliza eficientemente para la fertilización de cultivos, se reduce la contaminación y se aprovechan los nutrientes contenida en ésta,
transformando un residuo con un alto potencial de contaminación a un
subproducto utilizable en labores complementarias del sector agrario; además
permite ahorrar en el uso de fertilizante químicos y por lo tanto se reducen la
dependencia de estos y los impactos que la elaboración de estos pueden
generar (Lopez-Ridaura et al., 2009).
Al utilizar la porcinaza como fertilizante, se requiere conocer que sucede con
el nitrógeno, principal nutriente en la fertilización y también es el que presenta
mayor riesgo en la generación de contaminación, por la capacidad de
movilización de éste en el suelo en forma de nitrato (NO3), que si alcanza
fuentes de agua con concentraciones superiores a 10 mg l-1, supera el límite de calidad de agua según la norma Colombiana, establecida en Resolución
conjunta 2115 de 2007 de los Ministerio de Protección Social y Medio
Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial (MAVDT); por esto se debe conocer
la transformación, la conservación y el aprovechamiento del N contenido en
la porcinaza al ser aplicado como fertilizante, es así que se estudió el balance
de este nutriente contenido en la porcinaza, en cinco presentaciones distintas
que permitió evaluar la forma más efectiva de realizar la fertilización en pasto,
teniendo en cuenta tanto la capacidad de asimilación por las plantas como la
cantidad de N lixiviado.
MATERIALES Y MÉTODOS
Para hacer el balance de N en la fertilización de Cynodon plectostachyum
con los cinco tipos de porcinazas se utilizó la ecuación 1 (Crites et al., 2000)
𝑳𝒏 = 𝑼𝒏 + 𝒇 𝑳𝒏 + 𝑪𝒏 𝑷 (1)
Ln = Carga de N en la fertilización
Un = Toma de N por las plantas f = Fracción de N aplicado perdido
Cn = Concentración de N en el percolado
32
P = Flujo de percolado
Las variables Ln, Un, Cn y p de la ecuación se midieron y se calculó la fracción
de N perdida, esto se hizo en un ensayo que se desarrolló en la granja San
Miguel, ubicada a 4°54’36” N, 75°48’20”O y a 1.050 msnm, en el municipio
de Marsella, Risaralda; bajo una cubierta de polietileno calibre 6, se montaron 3 bloques con cinco parcelas cada bloque y cada parcela con un área de 10
m2 separadas 1 m entre si, para aplicar los cinco tratamiento PC, PB, PSS,
PSC, PSL con tres repeticiones. Las parcelas se sembraron con pasto Cynodon
plectostachyum conocido vulgarmente como pasto estrella en un suelo con
tres años sin recibir algún tipo de fertilización; al pasto se le realizaron dos
cortes a 10 cm del suelo antes de la primera aplicación y se le realizó un
análisis al igual que al suelo antes de iniciar la aplicación y se tomaron estos
datos como línea base.
Para cuantificar Ln, se hicieron cinco aplicaciones en cada tratamiento cada
32 días, cinco días después de cada corte, con una dosis de N de 5 gr m-2, la
cantidad de porcinaza aplicada dependió de la concentración de N en cada tratamiento, que inicialmente se habían caracterizado, como la concentración
variaba en cada aplicación se hicieron los cálculos teniendo en cuenta la
concentración media efectivamente aplicada, Las aplicaciones se hicieron
manual de forma homogénea en cada parcela y al mismo tiempo.
Para cuantificar Un, se recogieron seis (6) cosechas de pasto, cortado a 10
cm, dejando un metro a cada lado de la parcela, para un total de 4 m2, se le
realizaron análisis bromatológicos y se pesó el forraje de los cortes. Los seis
cortes se realizaron para aprovechar el remanente de N que queda en el suelo.
El nitrógeno percolado CnP se midió por medio de tres bandejas recolectoras
de agua ubicadas a 90 cm de la superficie (Ramos et al), donde se determinó
la cantidad de agua percolada por m2 y se realizaron mediciones de concentración NO3 - N y NH3 - N por medio de análisis por fotometría, con un
equipo Hanna Instruments® C214.
Se realizó un seguimiento a la concentración del NO3 y al NH3 para determinar
la acumulación de N en el suelo y su movilidad entre los perfiles durante las
aplicaciones; para esto se usaron lisímetros de succión marca Hanna HI 83900
a profundidades de 30, 60 y 90 cm en cada parcela.
En la Figura 5 y 6 se muestran las parcelas en planta y en corte para ver los
lisímetros y las bandejas de muestreo.
33
Figura 5. Distribución de las parcelas con curvas de nivel
2
15
1
Figura 6. Corte del suelo con la ubicación de los lisímetros y las bandejas de
muestreo.
Para simular la precipitación se hicieron riegos de agua aplicando 120 mm por
rotación así: 20 mm/h al día siguiente de la aplicación y 10 mm/h cada 3 días.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
34
Con los resultados de las caracterizaciones iniciales de cada tipo de porcinaza
se calcularon las cantidades de porcinaza a aplicar en cada parcela, en la tabla
7 y 8 se muestran las cantidades de las porcinazas líquidas las cantidades de
las porcinazas sólidas por parcelas respectivamente.
Tabla 7. Cálculo de cantidad de PC y PB por parcela.
PORCINAZAS LÍQUIDAS PC PB
N promedio caracterización(mg l-1) 969,33 938,70
Área de la parcela (m2) 10,00 10,00
cantidad de N por m2 por rotación (g m-2) 5,00 5,00
cantidad de porcinazas líquidas por parcela (l) 51,58 53,27
Tabla 8. Cálculo de cantidad de PSS, PSC, PSL por parcela.
PORCINAZAS SÓLIDAS PSS PSC PSL
Materia seca promedio (%) 74,17% 64,48% 25,19%
% de N en materia seca (MS) promedio 1,97% 1,90% 2,01%
Área de la parcela (m2) 10,00 10,00 10,00
cantidad de N por m2 por rotación (g m-2) 5,00 5,00 5,00
cantidad de porcinazas sólidas por parcela (kg) 3,42 4,08 9,88
Se realizó el ajuste de la cantidad de N efectivamente aplicado con las
caracterizaciones que se hicieron posteriores a cada aplicación de cada
tratamiento, como se muestran en la tabla 9 y 10.
Tabla 9. Calculo de la cantidad de N aplicado en los tratamientos PC y PB.
TIPO DE PORCINAZA LIQUIDA PC PB
Caracterización 28/04/2014 N(mg l-1) 1.840 1.517
Caracterización 30/05/2014 N(mg l-1) 1.352 1.670
Caracterización 01/07/2014 N(mg l-1) 2.453 1.669
Promedio N (mg l-1) 1.882 1.619
Volumen de porcinaza total aplicado por parcela (l ) 258 351
Cantidad de N aplicado por parcela – Ln (g) 485 568
35
Tabla 10. Calculo de la cantidad de N aplicado en los tratamientos PSS, y PSC
y PSL.
TIPO DE PORCINAZA SÓLIDA PSS PSC PSL
Caracterización 13/11/2013(% N en MS) 1,97 1,90 2,01
Caracterización 29/04/2013 (% N en MS) 3,63 3,05 3,78
Caracterización 02/07/2014 (% N en MS) 3,73 2,73 3,62
Caracterización 09/09/2014 (% N en MS) 2,24 2,71 3,12
Promedio %N en MS 2,89 2,60 3,13
Promedio % MS 80,48 67,91 25,11
Cantidad de porcinaza aplicada por parcela(kg) 17,10 20,35 49,40
Cantidad de N aplicado por parcela – Ln (g) 398,17 358,98 388,50
Con los Ln medidos de cada tratamiento, se prosiguió con la medición de la
cantidad de N que capturo el pasto en cada tratamiento (Un); en la figura 7
se muestran las mediciones realizadas.
Figura 7. Captura de N por el pasto en cada tratamiento
Durante los 192 días que duró el ensayo se midió la cantidad de agua
percolada por debajo de los 90 cm, por medio de las bandejas plásticas
instaladas y se analizó por medio de fotometría las concentraciones del N en
26/5/14 26/6/14 28/7/14 1/9/14 3/10/14 4/11/14
PC 2,22 1,93 2,94 3,70 3,28 2,75
PB 3,84 2,83 3,58 4,78 3,27 3,02
PSS 1,44 0,65 0,70 0,78 0,42 0,55
PSL 0,93 0,53 0,88 0,60 0,53 1,12
PSC 1,63 0,82 1,26 0,69 0,34 0,68
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
5,00
N (
g m
-2)
36
forma de NO3 – N infiltrado (tabla 11), en ninguna de las bandejas la
concentración superó los 10 mg l-1
Tabla 11. Calculo de la cantidad de N en forma de NO3-N percolado
bandeja 1 bandeja 2 bandeja 3
agua percolada recolectada 03/05/2014 (ml) 0 0 340
agua percolada recolectada 08/05/2014 (ml) 0 0 1
agua percolada recolectada 05/09/2014 (ml) 0 390 0
total (ml) 0 390 341
tiempo (días) 192 192 192
área del recipiente (cm2) 301 301 301
infiltración en (mm) 0 12,96 11,33
precipitación (mm) 720 720 720
% infiltrado de la precipitación 0,00% 1,80% 1,57%
concentración de N en el percolado (mg l-1) 0 3,2 3,3
Área de la parcela (m2) 10 10 10
N en forma de NO3 por parcela (g) 0,00 0,41 0,37
Se verificó la acumulación de N en el suelo, para esto se tomaron muestras
de la fracción soluble del suelo por medio de los lisímetros de succión, en la
figura 8 se muestran las concentraciones en los perfiles del suelo a 30, 60 y
90 cm en cada tratamiento por el espacio de tiempo que duró el ensayo.
Figura 8. Concentración de N en el suelo en los cinco tratamientos.
37
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
NO
3 (m
g l-
1)
NO3 parcelas PC
30
60
90
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
NO
3(m
g l-1
)
NO3 parcelas PB
30
60
90
38
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
NO
3 (m
g l-
1)
Título del eje
NO3 parcelas PSS
30
60
90
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
NO
3 (m
g l-
1)
NO3 parcelas PSL
30
60
90
39
En todos los tratamientos se observó una gran movilidad del NO3 en los
distintos perfiles del suelo, sin que se presenten acumulaciones a lo largo del
ensayo, también se observó menor concentración de NO3 en el suelo en los
tratamientos de porcinazas sólidas.
Usando la ecuación 1 y teniendo los datos de la cantidad de N aplicado, del N
tomado por el pasto y el N infiltrado se presenta en la tabla 6 los balances de
N promedio de las tres repeticiones de cada tratamiento.
Tabla 12. Balance de N de los tratamientos
TIPO DE PORCINAZA PC PB PSS PSC PSL
Cantidad de N aplicado por parcela (g) = Ln 485,47 568,15 398,17 358,98 388,50
N Percolado por parcela (g) = CnP 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41
N capturado por el pasto por parcela(g) = Un 168,20 213,20 45,42 54,26 45,85
perdidas de N por parcela (g) = fLn 316,86 354,55 352,33 304,31 342,24
porcentaje que se infiltra 0,08% 0,07% 0,10% 0,11% 0,11%
eficiencia de captura de N por el pasto 34,65% 37,52% 11,41% 15,12% 11,80%
porcentaje de N que se pierde = f 65,27% 62,40% 88,49% 84,77% 88,09%
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
NO
3 (m
g l-
1)
NO3 parcelas PSC
30
60
90
40
CONCLUSIONES
La infiltración de NO3 hacia cuerpos de agua subterráneas cuando se aplican
porcinazas como fertilizante del pasto Cynodon plectostachyum no es
significativa, en este ensayo se presentó un máximo de infiltración del 0,11%
del total de N aplicado y la concentración máxima fue de 3,3 mg/l, la cual es inferior a la exigida por la Res. 2115 del 2007 de los ministerios de Ambiente
y de Protección Social de Colombia, que exige una concentración máxima de
10 mg l-1; por lo que se concluye que el riesgo ambiental por infiltración de
NO3 a cuerpos de agua subterránea es despreciable cuando se hace una
fertilización adecuado de este pasto.
Las aplicaciones de porcinazas líquidas PC y PB presentan una mayor eficiencia
en la toma del N por parte del cultivo triplicando la toma que hacen las PSS y
PSL y duplicando la eficiencia en la fertilización con PSC; esto debido a una
menor incorporación de las porcinazas sólidas al suelo, reduciendo el
aprovechamiento por el pasto y aumentando las pérdidas.
Los porcentajes de N que se pierden son altos de más del 60% en caso de las
porcinazas líquidas y más del 80% de las porcinazas sólidas, lo que muestra
que se tiene que mejorar en los sistemas de manejo y de aplicación de las
porcinazas y en lo posible se debe aplicar la porcinaza en forma líquida ya que
se demostró una mayor eficiencia en la captura de N comparada con las
porcinazas sólidas.
Aunque la movilidad de los NO3 en el suelo es alta y no se observó un
comportamiento regular que determinará en que perfil del suelo se
presentaban mayores concentraciones, se pudo determinar que al realizar una
adecuada fertilización no se presentaban acumulaciones de NO3 en los
distintos perfiles del suelo.
REFERENCIAS
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cycle assessment. J. of Environmental Management, 90 (2009) 1296–1304
Ministerio la Protección Social y Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo
Territorial. 2007. Características, instrumentos básicos y frecuencias del
sistema de control y vigilancia para la calidad del agua para consumo humano.
Resolución 2115 de 2007, Bogotá – Colombia.
41
Villamil C.M., Duque C.O, Caicedo L.A. 2000. Sistema de tratamiento para los
residuos de la industria porcícola. Asoporcicultores – FNP, Universidad
Nacional de Colombia, Corpoica.
C. Ramos1 y M. Kücke2. 1999. Revisión crítica de los métodos de medida de
la lixiviación de nitrato en suelos agrícolas. Estudios de la Zona No Saturada del Suelo. Eds. R. Muñoz-Carpena, A. Ritter, C. Tascón, 25-32
CAPÍTULO V
42
DISCUSIÓN GENERAL
En las mediciones y cálculos realizados en este trabajo se puede concluir que la
porcinaza es un insumo con valor nutricional para la fertilización de pastos, en este caso
del Cynodon plectostachyum, donde se pudo constatar el aumento en producción de
forraje y del aumento de la proteína cruda, lo que permite tener una mayor producción
de alimento para los bovinos por área disponible. Por otro lado también se determinó
que el impacto ambiental que se puede presentar por infiltración de NO3 hacia el
subsuelo y que pueda afectar aguas subterráneas es muy bajo, ya que el porcentaje del
N medido que se infiltró no supera el 0,11% del aplicado y las concentraciones de NO3,
son inferiores a 10 mg/l, lo que no pondría en riesgo el agua del acuífero aferente, ya
que las concentraciones de éste no podrán estar por encima de la concentración del
agua de recarga.
Al comparar los resultados de las cinco formas de aplicación de la porcinaza, desde su
obtención hasta el aprovechamiento por el pasto del N, se observa que realizar la
separación de la porcinaza en las fases sólida y liquida es donde más se pierde N y
menores resultado se obtuvo en la nutrición de pasto, por lo que se considera que el uso
de la porcinaza en forma sólida, ya sea simplemente seca, compostada o procesada por
lombriz es la forma menos eficiente para la fertilizar pastos. Esto se debe a dos factores
principalmente, el primero es por la alta pérdida de N al pasar la PC por la separadora
de fases y la segunda es la demora en la incorporación de las porcinazas sólidas en
suelo, reduciendo la disponibilidad de ésta para las plantas. De los tres tratamientos de
porcinazas sólidas la PSC fue la de mejor rendimiento en la fertilización del pasto.
43
Caso contrario se dio con las porcinazas manejadas en fracción líquida como la PC y la
PB, que muestran menores pérdidas de N en el proceso de obtención y mayores
absorciones del N por parte del pasto, duplicando y triplicando los tratamientos de
porcinazas sólidas, la PB fue más eficiente en la fertilización de pasto que la PC, quizá
por tener una mayor porcentaje de N amoniacal con respecto al N orgánico, sin embargo
se observa que después del cuarto corte los rendimientos en la fertilización se emparejan
entre los dos tratamientos.
Se considera que los dos tratamientos PB y PC son los más eficiente y la diferencia entre
estos es muy poca, pues la PB pierde un 3% de N entre la obtención y la aplicación con
respecto a la PC, pero tiene una eficiencia alrededor del 3% mayor en la fertilización de
pastos; en estudios posteriores se puedes hacer comparaciones similares con otros
nutrientes, como el fósforo y el potasio y el mejoramiento de suelos al aplicar los dos
tratamientos, también se pueden hacer comparaciones en cultivos de pastos con mayor
tiempo de fertilización y ensayos con otro tipo de especies.
En el tema ambiental, se pudo constatar en este trabajo que el mayor riesgo ambiental
es la emisión de N en forma de amoniaco, aunque no se midió directamente se pudo
calcular que las mayores pérdidas se dieron por volatilización, en especial durante la
aplicación como fertilizante, superiores al 62% en las porcinazas líquidas y superiores al
84% en las porcinazas sólidas, en cambio las perdidas por infiltración de NO3 no son
considerables, por lo que esto muestra un nuevo reto en la fertilización con porcinazas,
44
que es hacer investigaciones dirigidas la reducción de las pérdidas de N tanto en la
obtención, almacenamiento y aplicación al suelo.
45
CAPÍTULO V
LITERATURA CITADA
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el subsector porcícola. ACP – CCI – IICA. Bogotá, Colombia. 105 p.
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46
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47
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