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Compostaje de Residuos Orgánicos Agroindustriales
Dr. Germán Tortosa
Grupo de investigación “Metabolismo del Nitrógeno”. Estación Experimental del Zaidín (EEZ), CSIC. Apartado Postal 419,
18080-Granada
http://www.compostandociencia.com
LII Curso Internacional de Edafología y Biología
Vegetal
Granada, 28 de abril de 2015
Importancia de la materia orgánica en la agricultura
Generación de residuos
Fuentes de materia orgánica para la agricultura
Compostaje
Definición del proceso
Microbiología
Tecnología del compostaje
Usos del compost
Ejemplos de compostaje de residuos agroindustriales:
Industria extractiva del aceite de oliva en España
Índice
● Incremento exponencial de la población mundial en los últimos 60 años (ONU: 10 000 millones para 2050)
● “Revolución verde”. Incremento en la utilización de:– Fertilizantes– Fitosanitarios– Antibióticos
● Generación de un aumento productivo notable productos agropecuarios y mejora del rendimiento para atender a la demanda
Materia orgánica
● Fertilización inorgánica vs fertilización orgánica ¿Cambio de paradigma?
● Limitaciones “revolución verde” – Pocos cultivos dan el máximo rendimiento– Uso en zonas agrícolas “ideales”– Pocos agricultores asumieron el coste de los
productos – Efectos medioambientales
● ¿Segunda revolución verde? – Incremento de la demanda de agroquímicos
más estable– Mantener o mejorar el rendimiento– Cambio de modelo orientado a la
sostenibilidad (Ecología) y a la equidad: todo tipo de suelos, climas, cultivos y agricultores
Una de las estrategias eficaces actualmente: ELEVAR CONTENIDO EN MO EN EL SUELO
Materia orgánica
● La materia orgánica (MO) en el suelo
● Factor limitante de la fertilidad
● Mejora propiedades físicas:– Estabilidad estructural (acción cementante)– Mejora la porosidad – Control de la temperatura y radiación
● Mejora propiedades químicas:
– Capacidad de cambio iónico– Capacidad tamponante– Procesos redox
● Mejora propiedades biológicas:– Biodiversidad
Materia orgánica
● HUMUS y Sustancias Húmicas (SH):– MO presente en el suelo (investigadores principio siglo
XIX)– Proviene de la degradación biológica y bioquímica de
restos animales y vegetales, así como productos del metabolismo de los microorganismos
● Dos categorías de MO en la naturaleza
– Sustancias no húmicas ● Estructura química definida (carbohidratos,
péptidos, aminoácidos, grasas, lípidos, etc.)
– Sustancias húmicas (SH)
● Las SH se encuentran en todos los ambientes terrestres y acuáticos, siendo aproximadamente el 50% de la MO total del suelo.
Sustancias húmicas
● Para el estudio propiedades químicas y coloidales de las SH
– Tipos de Sustancias húmicas (SH)
● Es necesario su extracción con disolventes. Según su solubilidad, se clasifican en tres grupos con características químicas diferenciadas:
ÁCIDOS HÚMICOS: ÁCIDOS HÚMICOS: Extraíbles en medio básico e insolubles en medio ácido
ÁCIDOS FÚLVICOS: ÁCIDOS FÚLVICOS: Solubles en medio ácido
HUMINAS: HUMINAS: Insolubles en disoluciones
alcalinas
● Punto de vista nutricional de las SH:
– Relación directa entre SH y fertilidad
– Fracción más activa de la MO– Favorece la germinación,
estimulan procesos bioquímicos, etc.
– Gran gama de productos agroquímicos comerciales
Agricultura tradicional:
Abonado orgánico (estiércoles, residuos orgánicos, etc.
Algunas prácticas agrícolas motivan una pérdida continuada de materia orgánica en el suelo
Agricultura intensiva:
Fertilización mineral
Suelo como mero soporte físico
Ruptura del frágil equilibrio de los suelos agrícolas
Pérdida de la calidad química y biológica del suelo
Compactación, degradación, desertificación, contaminación
Mala práctica agrícola (uso excesivo de fertilizantes minerales, y productos fitosanitarios)
Agricultura, fertilidad y materia orgánica
Agricultura ecológica:
Importancia del abonado orgánico.
Agricultura integrada:
Entre la intensiva y la ecológica
● Moderna sociedad de consumo:– Crecimiento demográfico– Desarrollo industrial y producción de residuos
(orgánicos e inorgánicos)
● Residuos orgánicos:– Sector primario: agrícolas, ganaderos,
forestales, etc.– Sector secundario: industriales,
agroindustriales, textiles, etc.– Sector terciario: RSU, lodos de depuradora, etc.
Residuos orgánicos
25/04/15
PROBLEMÁTICA RESIDUOS PELIGROSOS: Grave impacto ambientalSOLUCIONES:
- Reducir la producción en origen (la más difícil)- Reutilizar los residuos (la más práctica)
Residuos orgánicos
25/04/15
TIPOS DE RESIDUOS (según su naturaleza química):
- ORGÁNICOS (BIODEGRADABLES)- INORGÁNICOS (POCO BIODEGRADABLES)
Residuos orgánicos
25/04/15
TIPOS DE RESIDUOS (según su naturaleza química):
- ORGÁNICOS (BIODEGRADABLES)- INORGÁNICOS (POCO BIODEGRADABLES)
Residuos orgánicos
25/04/15
RESIDUOS ORGÁNICOS:- GRAN IMPACTO AMBIENTAL- GRAN VOLUMEN DE PRODUCCIÓN- FUENTE DE MATERIA ORGÁNICA- NECESIDAD DE TRATAMIENTO (COMPOSTAJE)
Residuos orgánicos
25/04/15
¿QUÉ ES EL ¿QUÉ ES EL COMPOSTAJE?COMPOSTAJE?
Compostaje
25/04/15
“La adaptación, en condiciones controladas, del proceso
natural de descomposición de la materia orgánica “
- Sencillo y tecnológicamente asequible- Proceso microbiológico- Temperatura, factor selectivo de microorganismos (eliminación de patógenos)- Aeróbico (proceso bioxidativo)- Liberación de vapor de aguaCO
2 y nutrientes
- Producto estable con características húmicas llamado COMPOST
Inicio del compostaje
8 semanas
Maduro
Compostaje
25/04/15
- El compostaje es una práctica milenaria
- Difícil atribuirle a una persona o sociedad- Asociado inicialmente a la agricultura- Primeras evidencias apuntan al Imperio Acadio (Mesopotamia, XXIV A.C.). Evidencias romanas, griegas y tribus de Israel:
- Marcus Cato (agricultor y científico)- Lucius Junio Moderatus Columea
(año 42) en sus “Doce libros de la agricultura“
- Biblia y Talmud (III A.C.-V D.C.)- Escritores árabes del siglo X-XII- Textos medievales y del Renacimiento
Compostaje
25/04/15
Ibn aI Awam (XI), Moses Maimonides (1135-1204), Miquel Agustí (XVII), Olivier de Serres (1600), Francis Bacon (1620), Emile Zola (1873), Victor Hugo (1862), Mahatma Gandhi (1869-1948),...
Shakespeare (1606) en Hamlet: “Do not spread the compost on the weeds, to make them ranker“
Sir Albert Howard (1930), primer agrónomo que hizo la primera aproximación científica del compostaje. En 1940 publica “An Agricultural Testament“, con el que se inició el movimiento de agricultura ecológica...
Compostaje
Microbiología
Tecnología
Tecnología
Tecnología
Tecnología
Tecnología
Tecnología
Tecnología
Tecnología
Tecnología
Tecnología
Tecnología
25/04/15 USOS DEL USOS DEL
COMPOSTAJE COMPOSTAJE Y DEL COMPOSTY DEL COMPOST
(gracias al (gracias al conocimiento conocimiento
científico)científico)
25/04/15
LA CIENCIA DEL COMPOST GOZA DE BUENA SALUD
25/04/15
R.S.U.
25/04/15
- Mejora la calidad de un suelo (propiedades físicas, químicas y biológicas).- Materia orgánica como factor fundamental de la fertilidad.- Fuente de sustancias húmicas.- ¿Agricultura intensiva vs. abonado tradicional (orgánico)?- Reducir la contaminación ambiental por exceso de fertilización sintética
“Una agricultura respetuosa con el medio ambiente sin afectar al
rendimiento de la misma“
MO en agricultura
25/04/15
MATERIA ORGÁNICA PARA AGRICULTURANo solo como abono orgánico...
MO en agricultura
25/04/15
COMO ENMENDANTE DE SUELOS
Enmiendas
25/04/15
COMPOSTAJE DOMÉSTICO
Manzana, 7 descargas de inodoroHamburguesa, 17 baños
Al año, caudal medio del río MississippiConcienciación ciudadana:
¡¡Peppa Pig composta!!
Compostaje doméstico
25/04/15
Compostaje doméstico
25/04/15
Otros usos
25/04/15
Otros usos
25/04/15
Otros usos
25/04/15
Otros usos
25/04/15
Otros usos
Urban Death Project
Producción de abonos orgánicos sólidos y líquidos de interés comercial mediante compostaje de orujo de oliva de dos fases (Tortosa et al., 2012, 2014)
Efecto del compost en el metabolismo antioxidante (Dr. Palma et al.)
Otras líneas:
Estudio de la microbiología del proceso
Interacción entre la materia orgánica y la fijación biológica de nitrógeno.
● Empleo del compost como bioinoculante● Identificar en el composts bacterias que estimulen el
crecimiento de las plantas (PGPRs)
Trabajos de investigación
Alperujo● Principal subproducto de la extracción del aceite de oliva:● Orujo de oliva de dos fases (alperujo):
– Alta humedad (difícil manejo)– Residuo ácido– Propiedades muy fitotoxicas (polifenoles)– Rico en carbono orgánico y K– Pobre en N y en P
Calidad agronómica
● Correcta valorización agronómica de los composts
● Normativa para evaluar su calidad. Estandarización internacional compleja. Legislación variable: ECN-QAS en Europa, la STA en EEUU, la RAL en Alemania, la PAS 100 en Inglaterra, etc.
● Parámetros para clasificación.● Tres criterios utilizados:
● Presencia de patógenos● Metales pesados● Materiales inertes
● ¿Y sus propiedades agroquímicas?
Legislación española sobre fertilizantes
● LEGISLACIÓN ESPAÑOLA:– Real Decreto 506/2013, sobre
productos fertilizantes
● Amplísima gama de categorías de productos fertilizantes.
● Referente internacional: enmiendas y abonos inorgánicos y orgánicos al englobarlas conjuntamente
Categorías comerciales
● Posibles categorías para los composts o derivados (cerca de 30):
● GRUPO 2. Abonos orgánicos– Abonos orgánicos nitrogenados de origen vegetal– Abonos orgánicos NPK de origen animal y vegetal
● GRUPO 3. Abonos órgano-mineral:– Nitrogenado, Nitrogenado con Turba, Nitrogenado con lignito o Leonardita,
Nitrogenado líquido y Nitrogenado líquido con Turba– NPK, NPK con Turba, NPK con lignito o Leonardita, NPK líquido y NPK líquido
con Turba – NP, NP con Turba, NP con lignito o Leonardita, NP líquido y NP líquido con
Turba – NK, NK con Turba, NK con lignito o Leonardita, NK líquido y NK líquido con
Turba – PK, PK con Turba, PK con lignito o Leonardita, PK líquido y PK líquido con
Turba ● GRUPO 6. Enmiendas orgánicas:
– Enmienda orgánica húmica– Enmienda orgánica composts– Compost de AlperujoCompost de Alperujo (Reconocimiento importancia agronómica)
Objetivo del trabajoViabilidad técnica de la elaboración de enmiendas y abonos orgánicos sólidos y líquidos de interés comercial mediante el compostaje del alperujo
(Tortosa et al., 2012 y 2014)
Sobre peso Sobre peso fresco (%)fresco (%)
Sobre peso Sobre peso seco (%)seco (%)
AL+GAL+G 51 + 4951 + 49 37 + 6337 + 63AL+G+FeAL+G+Fe 51 + 48 + 151 + 48 + 1 36 + 62 + 236 + 62 + 2
AL+G+PAL+G+P 51 + 48 + 151 + 48 + 1 36 + 62 + 236 + 62 + 2
AL+SAL+S 65 + 3565 + 35 57 + 4357 + 43AL+S+FeAL+S+Fe 65 + 34 + 165 + 34 + 1 56 + 42 + 256 + 42 + 2
AL+S+PAL+S+P 65 + 34 + 165 + 34 + 1 56 + 42 + 256 + 42 + 2
● Compostaje del alperujo con estiércoles
● COT/NT entre 25-30
● Máquina retroexcavadora
● Pilas trapezoidales
● Volteos mecánicos
● Control de humedad
Desarrollo del compostaje
Compostaje
● Caracterización agroquímica de los composts:
– pH alcalino (menor con aditivos)
– CE baja (aditivos la aumentan pero sin limitar el potencial agronómico)
– Elevado contenido en MO (lignocelulósica)
–
–
– Alto grado de humificación (25-40% AH)
– NORG predominante (2%) (AL+G>AL+S)
– Incremento cuantitativo de Fe y P
– Metales pesados: ● Clase A: AL+G● Clase B: El resto
IG>70%, exento de fitotoxicidad y madurez
Caracterización de los composts
El coste total para producir 60 t de composts de AL fue de 2150 € (36 € por t de compost obtenido ó 31 € por t de AL tratado). Los costes se distribuyeron de la siguiente manera:
– 1. Materia prima utilizada: Seis pilas de 20 t cada una (120 t en total), distribuidas de la siguiente manera: 69,6 t de AL, 29,0 t de G, 20,6 t de S, 0,4 t de Fe y 0,4 t de P. El AL fue suministrado por la almazara sin coste alguno. Los estiércoles y los aditivos minerales ricos en Fe y P costaron 1050 € en total (incluido el transporte).
– 2. Maquinaria de compostaje: El compostaje se llevó a cabo en una instalación al aire libre cerca de la almazara dedicada al almacenamiento del AL (sin costo adicional). Se utilizó una máquina retroexcavadora para la preparación de las mezclas de compostaje y los volteos de las pilas. Todo ello representó un total de 25 horas de trabajo (240 €)
– 3. Coste laboral: Se necesitaron dos operarios para llevar el manejo de las pilas. El tiempo total de trabajo requerido fue de 35 horas, con un coste total de 630 €.
– 4. Consumo de agua: Se instaló un sistema de riego por aspersión para mantener la humedad de las pilas al 40%, que costó 200 €. El consumo total de agua fue de 40 m3, con un coste de 30 €.
Coste de producción
Extracción de carbono orgánico
● KOH 1M consiguió el doble que 0,1M
● AH, la principal componente
● Tiempo de extracción aumentó el carbono orgánico (24h)
● Más concentrado a relaciones de extracción bajas
● Calor aumenta el carbono orgánico (2-4 horas)
Extraction Ratio (Weight to Volume)
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35
TO
C/T
N
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
H2O (25ºC)
1M KOH (25ºC) 1M KOH (70ºC)
Caracterización agroquímica de los extractos
● KOH 1M mucho más que con agua, especialmente con calor
● Gran parte incorporada en los AH
● Calor y relación de extracción aumenta los nutrientes
– Grupo 2. Abono orgánico NPK de origen animal y vegetal
– Grupo 3. Abonos órgano-minerales– Grupo 6. Compost de AL– Grupo 6. Enmienda orgánica húmica– Grupo 6. Enmienda orgánica
compost
Todos los composts
● Adecuación para enmiendas y abonos orgánicos sólidos:
AL+G y AL+SAL+G y AL+S
Ninguno (Fe y P): N, P y K
AL+S
Abonos sólidos
● Grupo 3. Abonos órgano-minerales: NPK Líquido, NP Líquido, NK Líquido y PK Líquido
NINGUNO: No N y P
MOAS (70ºC): sí COT y K
– Mezcla con otros abonos inorgánicos y orgánicos se conseguirían
hasta 20 posibilidades más
Abonos líquidos
● Compostaje es una técnica viable y económica para producir abonos y enmiendas orgánicas de interés comercial a partir de alperujo
● Composts de alperujo, Enmienda orgánica húmica, Enmienda orgánica compost, Abono órgano-mineral NPK de origen animal y vegetal y 19 categorías de Abonos órgano-minerales, tanto en su forma sólida como líquida (mezcla con otros abonos orgánicos/inorgánicos)
● La principal desventaja de su uso como fertilizante líquido está en el contenido en nitrógeno (principalmente de naturaleza orgánica) y el fósforo, no en el K o el carbono orgánico
● Recomendaciones para la elaboración de abonos líquidos:– KOH 1M, 24 horas de extracción, relación de extracción de 1:3-
1:5, pocas horas de calor (70ºC) y fuente adicional de N y P (ej: ácido nítrico y fosfórico)
Conclusiones
Experiencias con pimiento
Experiencias con pimiento
Experiencias con pimiento
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Peso seco parte aérea (78 días)
C
DN+C
DN
Tratamiento
PS
PA
(g
)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Peso seco raíz (78 días)
C
DN+C
DN
Tratamiento
PS
R (
g)
0
5
10
15
20
25
Peso seco parte aérea (104 días)
C
DN+C
DN
Tratamiento
PS
PA
(g
)
Experiencias con pimiento
Experiencias con pimiento
DN C+DN C+DN (0.5)0
20
40
60
80
100
120
140
160
Producción media por planta (g)Peso promedio fruto (g)
Fru
tos
(g)
DN C+DN C+DN (0.5)0
0,5
1
1,5
2
Desarrollo vegetal
PSPA/PSR
Tratamientos
PS
PA
/PS
R
Experiencias con pimiento
Experiencias con pimiento
DN C1+N C2+N C3+N0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Flores (nº)
Flores por planta promedio (nº)
Tratamiento
Flo
res
(nú
me
ro)
DN C1+N C2+N C3+N0
20
40
60
80
Desarrollo vegetal
Tratamientos
PF
PA
(g
)
Experiencias con pimiento
SN C1 C2 C3
Mn-SOD
Fe-SOD
CuZn-SOD I
CuZn-SOD II
66
0
10
20
30
40
50
60
70
Evolución de la temperatura
Fecha del proceso
Tem
pera
tura
(ºC
)
Materiales y métodos experimentales2) Aislamiento de ADN, amplificación y
pirosecuenciación del gen 16S rRNA
Muestreo - Muestra compuesta (> 30 submuestras):
4 réplicas Fase mesófila (25-45ºC, semana 1)4 réplicas Fase termófila (50-60ºC, semana 7)4 réplicas Fase maduración (> 30ºC, semana 31)
Extracción del ADN- Correa-Galeote y col. (2013) y el empleo del
kit comercial PowerSoil®DNA Isolation de MO-BIO
Amplificación y pirosecuenciación del gen 16S rRNA
- Región hipervariable V4-V5 del gen 16S rRNA- Servicio de Secuenciación de ADN de la Estación
Experimental del Zaidín (EEZ) utilizando la tecnología 454 GS-FLX Titanium (Roche).
Biodiversidad bacteriana
Biodiversidad bacteriana
Biodiversidad bacteriana
Biodiversidad bacteriana
Biodiversidad bacteriana
Biodiversidad bacteriana
Compostaje de Residuos Orgánicos Agroindustriales
Dr. Germán Tortosa
Grupo de investigación “Metabolismo del Nitrógeno”. Estación Experimental del Zaidín (EEZ), CSIC. Apartado Postal 419,
18080-Granada
http://www.compostandociencia.com
LII Curso Internacional de Edafología y Biología
Vegetal
Granada, 28 de abril de 2015
