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Universidad del País Vasco (UPV­EHU)Julio de 2017

Compostaje como método de obtención de abonos orgánicos y biológicos.

Dr. Germán Tortosa Dept. Microbiología del Suelo y Sistemas SimbióticosEstación Experimental del Zaidín (EEZ­CSIC).http://www.compostandociencia.com Email: german.tortosa@eez.csic.escompostandociencia@gmail.com

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Índice

1) Un poco de contexto…

2) Líneas de investigación 

3) Introducción:

– Importancia de la MO– ¿Qué es el compostaje?– Orujo de oliva de dos fases “alperujo“

4) Compostaje de “alperujo“

5) Líneas futuras

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Índice 1) Un poco de contexto…

● 2) Líneas de investigación 

3) Introducción:

– Importancia de la MO– ¿Qué es el compostaje?–

4) 

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Mi investigación ­ La meta fundamental de mi investigación es desarrollar una agricultura respetuosa con el medio ambiente sin afectar al rendimiento de la misma.

­ El objetivo es diseñar productos fertilizantes que mejoren la calidad de los suelos agrícolas, el rendimiento de los cultivos y que no tengan un coste medioambiental ni económico añadido.

Interacción de los fertilizantes (inorgánicos, orgánicos y biológicos) con el ecosistema suelo­planta­microorganismo, analizando los ciclos biogeoquímicos de dos de los principales elementos necesarios para la vida: en carbono y el nitrógeno (Enfoques químicos, bioquímicos y microbiológicos, y en los últimos tiempos de biología molecular).

● Dos líneas de trabajo complementarias:

● 1) Estudio del impacto ambiental producido por la agricultura. 

– Contaminación por Nitratos en Doñana (Tortosa et al., 2011)

– Emisión de óxido nitroso (N2O) por leguminosas (Tortosa et al., 2015)

● 2) Elaboración de abonos orgánicos y biológicos que sirvan como alternativa a los productos de síntesis. 

– Compostaje como método para obtener abonos orgánicos (Tortosa et al. 2012, 2014)– Microbiología del compostaje (Tortosa et al., 2017)– Fijación biológica de nitrógeno y microorganismos del suelo con capacidad para promover el crecimiento vegetal 

(PGPBs)

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Introducción

● 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

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Microorganismos son materia orgánica

● Parte biológicamente activa de la MO

● Microorganismos promotores del crecimiento vegetal (PGPR):

– Fijación de nitrógeno– Solubilización de P– Siderórofos– Etc.

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Fuentes de MO para agricultura

● Suelos (restos vegetales o animales)● Carbones ● Turbas y Leonarditas● Ácidos húmicos● Estiércoles● Residuos orgánicos● Compost● Vermicompost● Biochar● ...

COMPOSTAJECOMPOSTAJEcomo método para como método para

obtener abonos obtener abonos y enmiendasy enmiendas

orgánicasorgánicas

Compostaje

“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

- 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

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“

Los caballeros templarios españoles del siglo XIII hacen una descripción muy detallada de las técnicas del compostaje

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

Factores que influyen en el compostaje1- Sustrato o matriz

Tamaño de partículaEstructura físicaPorosidadMayor o menor biodegradabilidadMáxima superficie disponible al ataque microbiano

2- HumedadProceso biológico (25-45%)Secado implica parar el proceso

3- pHFactor selectivo microbianoRango óptimo 5,5-8pH>7,5 se produce pérdida de nitrógeno Volatilización en forma de amoníaco

4- AireaciónProceso aerobio (anaerobiosis=mal olor)Microorganismos aeróbicosVolteos mecánicos o ventilaciónRango óptimo: 15-20% oxígenoControl del proceso y activación

Factores que influyen en el compostaje5- Temperatura

Factor selectivo de la microbiología

Cuatro fases: Mesófila, Termófila, Enfriamiento Maduración

Higienización (elimina parásitos y patógenos)

6- Relación carbono-nitrógeno (C:N)

Inicio del proceso: 25-30:1Fin del proceso: <15:1

¿Cómo podemos compostar?

Dependerá de varios factores:

Necesidades de materia orgánicaInstalaciones disponiblesCondiciones climáticasCantidad de residuos a compostarRequerimientos básicos:

Mantener la humedadManejoAireación y volteo

Sistemas abiertos: Pila móvil (volteo mecánico del material

permite la oxigenación) Pila estática (sin volteo mecánico del

material, la oxigenación se hace insuflando aire, por succión o mezcla de ambos)

Sistemas cerrados Sistemas dinámicos (volteo del material)

Sistemas estáticos (sin volteo del material)

Reactores horizontales, verticales, y en túnel.

Tecnología¿Cómo podemos compostar?

Tecnología¿Cómo podemos compostar?

Tecnología¿Cómo podemos compostar?

Tecnología

­Compostaje de “alperujo”Cegarra y col. (2006), Alburquerque y col. (2009)

­Fertilizante orgánico:­ Elaboración de abonos y enmiendas 

orgánicas sólidas de interés industrial (Tortosa et al., 2012)

­ Elaboración de abonos y enmiendas orgánicas líquidas de interés industrial (Tortosa et al., 2014)­ Pimientos y antioxidantes (Tortosa et al. ...)

­Fertilizante biológico:­ Diversidad bacteriana durante el 

compostaje (Tortosa y col., 2017)

­ Diversidad fungica durante el compostaje (Tortosa y col., ...)

­ Bacterias PGPBs presentes en el composts (Tortosa y col., ...)

Aplicación del compostForma de aplicación

- Como enmienda- Como fertilizante

Tipo de aplicación- Enmienda sólida- Enmienda líquida

Aplicación foliarAbono órgano-mineralAbono húmicoTé de compost

Dosis: - En función del contenido en nitrógeno (1,5-2%)- Legislación zonas vulnerables contaminación por nitratos- Aplicación máxima: 170 kg de nitrógeno por hectárea y año de cultivo- De aplicación a los estiércoles (alto contenido en amonio y nitrato)- ¿De aplicación a los composts?

Nitrógeno orgánico y liberación lentaAplicación de compost (1,5-2% de N): 8500 kg de compost por hectáreaDosis de plantas: 400 árboles, 21 kg de compost¿Incongruencia? Dosis de 20, 100 y 200 kg/h de compost

http://www.compostandociencia.com/2014/06/dosis-composts-en-agricultura-ecologica-html/

OBJETIVO DE  OBJETIVO DE  INVESTIGACIÓNINVESTIGACIÓN

Estudiar el efecto positivo del compost de “alperujo” en plantas de pimiento.

Metabolismo oxidativo como indicador del desarrollo fisiológico 

Evolución del metabolismo oxidativo como indicador del desarrollo 

fisiológico de las plantas:

Especies reactivas de oxígeno (ROS) vs. antioxidantes

Experimento Nº1: Cantidad de nitrógeno equivalente (orgánico vs. inorgánico)

0123456789

10

Peso seco parte aérea (78 días)

C

DN

DN+C

Tratamiento

PS

PA

(g

)

0

5

10

15

20

25

Peso seco parte aérea (104 días)

C

DN

DN+C

Tratamiento

PS

PA

(g

)

Experimento Nº2: Dosis compost creciente con igual nitrógeno inorgánico

Control C1 C2 C3

Desarrollo vegetal

1º corte (98 días)

PSPA (g)

Tratamientos

Pe

so (

g)

Control C1 C2 C3

Desarrollo vegetal

2º corte (127 días)

PSPA (g)

Pe

so (

g)

Control C1 C2 C30

1020304050607080

Producción de frutos

2º corte (127 días)

Pe

so fr

esc

o (

g)

0

50

100

150

200

250

300

Contenido en ascorbato (Vitamina C) en frutos

Control

C1

C2

C3

Tratamiento

mg

/ 10

0 g

pe

so fr

esc

o

Conclusiones

1­ El compost de “alperujo” en combinación con nitrato aumenta la actividad antioxidante en las plantas de pimiento sin que eso implique la generación de estrés oxidativo

2­ El compost de “alperujo” favorece el desarrollo fisiológico de la planta, sobre todo en la primera cosecha

3­ El compost de “alperujo” aumentó el ciclo de vida productivo de la planta de pimiento sin síntomas claros de estrés

4­ El compost de “alperujo” puede aumentar la producción de fruto y su valor nutricional (mayor contenido en vitamina C)

¿Fuentes de nitrógeno orgánico?

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IntroducciónCOMPOSTAJE:

Proceso bioxidativo controlado de transformación de la materia orgánica sobre sustratos orgánicos heterogéneos en estado sólido (ej. residuos orgánicos) por la actividad secuencial de una gran diversidad de microorganismos.

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Líneas futuras

1­ Estudio de la comunidad fúngica (en marcha)

2­ Diversidad y funcionalidad de las comunidades microbianas asociadas a los ciclos del carbono y nitrógeno mediante qPCR:

– Aislamiento de ADN total– Aislamiento de ARN (retrotranscripción)– Secuenciación masiva (¿?)

3­ Interacción entre bacterias y hongos a lo largo del compostaje

4­ Estudio de enzimas de interés fertilizante (proteasas) o industrial (proteomica)

¡Muchas gracias por vuestra atención!