FUNDAMENTOS QUÍMICO-BIOLÓGICOS DEL COMPOSTAJE Y SU USO EN LA AGRICULTURA DRA. MARYSOL ALVEAR ZAMORA Departamento Ciencias Químicas y Recursos Naturales Universidad de La Frontera Seminario “Sustentabilidad en la Agricultura y Cambio Climático” Pucón, 27 Noviembre 2013

CONTENIDOS INTRODUCCIÓN PROBLEMÁTICA. ¿QUÉ ES EL COMPOST?. PARÁMETROS QUE SE DEBEN CONTROLAR EN LA OBTENCIÓN DE COMPOST. NORMA CHILENA DE COMPOST Nº 2880/04. USOS DEL COMPOST COMO MEJORADOR DE SUELOS. CONCLUSIONES.

PROBLEMÁTICA *Una población en rápido crecimiento y con altas tasas de industrialización ha incrementado el problema de la gestión de los residuos sólidos en los sectores urbanos. *Plantas de Tratamiento de las aguas servidas (PTAS) generan gran cantidad de lodos. *El aumento poblacional en el mundo urbano y la reducción progresiva de las superficies cultivables han hecho indispensable desarrollar técnicas intensivas de cultivo para satisfacer esta alta demanda de alimentos, generándose gran cantidad de residuos agrícolas.

PROBLEMÁTICA: Generación de residuos sólidos en Chile Fig. 1: Generación de residuos sólidos en Chile Fuente: Levantamiento, Análisis, Generación y Publicación de Información Nacional Sobre Residuos Sólidos en Chile. MMA 2009-2010.

PROBLEMÁTICA: Generación de residuos municipales en Chile Fig. 2: Generación de residuos Municipales por Región Fuente: Levantamiento, Análisis, Generación y Publicación de Información Nacional Sobre Residuos Sólidos en Chile. MMA 2009-2010

Residuos sólidos en Chile: Composición Residuo Municipal Fig. 4: Composición de la generación de residuos Municipales Fuente: Levantamiento, Análisis, Generación y Publicación de Información Nacional Sobre Residuos Sólidos en Chile. MMA 2009-2010

GENERACIÓN DE LODOS DE PTAS Producción per cápita en Chile: Sedimentación primaria 18 kg/hab año Lagunas aireadas 9 kg/hab año Lodo activado c/sed. primaria 27 kg/hab año Aireación ext. s/sed. primaria 16 kg/hab año Europa: España 15-20 kg/hab año Francia 15-36 kg/hab año Suecia 18-23 kg/hab año

Residuos sólidos en Chile Tasa de producción de Lodos/hab-día Fuente: Manejo de Lodos, ESVAL, 2002 Estos cálculos permiten estimar un valor que fluctúa entre los 40 a 52 g/hab-día, lo que en promedio sería: 50g/hab-día (materia seca)

LODOS DE PTAS (ton/año base seca) GENERACIÓN ESTIMADA LODOS DE PTAS (ton/año base seca)

CARACTERÍSTICAS DE LOS LODOS Parámetro Primario Secundario Nitrógeno (N, % ST) 1,5-4,0 2,4-5,0 Fósforo (P2O5, % ST) 0,8-2,8 2,8-11,0 Potasio (K2O, % ST) 0-1,0 0,5-0,7 Microorganismos patógenos Metales pesados Compuestos orgánicos antropogénicos

Alternativas de gestión de residuos: Valorización sustentable Reciclaje Compostaje Vermicompostaje.

CO2 + H2O + Energía + Bacterias + Compost Mat. Org. + O2 + Nutrientes COMPOSTAJE Proceso de descomposición biológica aeróbico donde los microorganismos convierten el material orgánico degradable en material humificado relativamente estable Proteínas, lípidos, hidratos de carbono, celulosa, lignina Bacterias aeróbicas, hongos, actinomicetos CO2 + H2O + Energía + Bacterias + Compost + NO3- + SO42- Mat. Org. + O2 + Nutrientes

Objetivos del compostaje Supresión de olores desagradables. Mejora de las condiciones higiénicas de los residuos. Reducción de la capacidad de germinación de las semillas presentes en el material de origen. Mejora y mantenimiento del valor fertilizante. Mayor solubilización de nutrientes. Incremento de las poblaciones microbianas beneficiosas. Incremento de la actividad biológica del suelo. Influye positivamente en la calidad del cultivo . Mínimas pérdidas de nutrientes durante su aplicación. Minimización de gastos para el agricultor.?????

Sistemas de Compostaje Al aire libre Apilamiento con volteo Apilamiento estático con aire forzado (succión o soplado) Cerrados Verticales (continuos o discontinuos) Horizontales (estáticos o rotativos) Mixtos Túneles Reactores anaerobios

COMPOSTAJE: SISTEMAS UTILIZADOS Compostaje en pilas móviles con aireación por volteo Compostaje en pilas estáticas con aireación pasiva aireación forzada Compostaje en reactor

Sistemas al aire libre Tipos de Compostaje APILAMIENTO CON VOLTEO Transporte y apilamiento (< 3 m de altura) Volteo (diferente frecuencia dependiendo de la fase y de la humedad de la masa a incorporar) Traslado al parque de maduración Afino Maduración y almacenamiento % Humedad Frecuencia de volteo > 70 60 - 70 40 – 60 < 40 Diario C/ 2 días: 5 volteos en total C/ 3 días: 4 volteos en total Añadir agua

APILAMIENTO ESTÁTICO CON AIRE FORZADA Tipos de Compostaje Sistemas al aire libre APILAMIENTO ESTÁTICO CON AIRE FORZADA Flujo de aire caliente en el interior de la pila de compost (Kiehl, 1985) 18-21% de O2 0,5-2% de O2 60 cm Debe ser el O2 > 5% Velocidad depende: Porosidad Altura (1.5-1.8 m)

Factores que influyen en la evolución proceso de compostaje Temperatura pH (5- 8 ) Humedad (50 – 80 %) Relación C / N ( 25 – 35 ) Aireación (28 – 55 % de O2 )

COMPOSTAJE (1) Fase Mesofílica: T < 40ºC (2) Fase Termofílica: 40 < T < 60ºC (3) Fase de Maduración Compostaje de sustrato orgánico 2 1 1 3

Predominan los hongos termófilos y Actinomycetos. Por encima de los 65° C, las bacterias que forman esporas preponderan y los hongos mueren. Se consume hemicelulosa y celulosa El pH de la pila sube entre 8 y 9, Se liberan iones como los de potasio, magnesio y calcio La temperatura de la pila sube rápidamente hasta los 40° C. Se consumen azúcares y proteínas. Predominan las bacterias. El pH baja a 5.0 a 5.5 La temperatura desciende a 40° C y los microorganismos mesófilos se reactivan. Las bacterias y los hongos consumen la lignina Aparecen otros microorganismos e invertebrados La temperatura desciende hasta ambiente. Disminución de las poblaciones de microorganismos. El pH final entre 7 y 8

Etapas del proceso: Temperatura Compostaje Etapas del proceso: Temperatura M I N E R A L I Z A C I Ó N H U M I F I C A C I Ó N Compost fresco Compost maduro R.U. Frescos Compost estabilizado Degradación 1 mes 3 meses Policondensación Polimerízación DEGRADACIÓN MADURACIÓN Formación de AH Mesófila Termófila Estabilización

Suministro de oxígeno mediante volteos periódicos Compostaje Variación del oxígeno 20 35 10 25 30 15 Días Nivel de Oxígeno (%) Demanda de oxígeno de la masa a compostar Suministro de oxígeno mediante volteos periódicos

Actividad proteolítica Relación C/N Actividad proteolítica La fuente de energía para bacterias y hongos es el carbono presente en los carbohidratos provenientes de material celulósico y hojas. El nitrógeno, un componente de las proteínas, es necesario para soportar el desarrollo de los microorganismos beneficiosos. C org N org QUÍMICOS CO2 

PARÁMETROS DE CALIDAD DE UN COMPOST Las características del compost son muy variables dependiendo de: Origen Nivel de vida Época del año Proceso de compostaje Químicos Biológicos Físicos

Madurez La madurez del compost se refiere al grado de humificación del material. Índice de Germinación Determina madurez del compost desde el punto de vista de la fitotoxicidad. Se prueba su efecto en el crecimiento de plantas.

ESTABILIDAD :Actividad respiratoria La estabilidad se refiere al nivel de actividad de la biomasa microbiana. Se realiza mediante la técnica de incubación, recogiendo el CO2 producido en solución alcalina y su valoración volumétrica con un ácido de normalidad conocida, utilizando fenoftaleína como indicador. NaOH Agua Muestra

NORMA CHILENA DE COMPOST NCh 2880/04 Test del Grupo 1 Rangos de Aceptación para Compost Evolución del CO2 (respiración) Menor o igual a 8 mg de C-CO2/g de materia orgánica por día Absorción de O2 Menor o igual a 3,5 mg de O2/g de materia orgánica por día Autocalentamiento Menor o igual a 20°C Test del Grupo 2 Relación Amonio/Nitrato Menor o igual a 3 Concentración de Amonio Menor o igual a 500 mg/kg Contenido de ácidos orgánicos volátiles Menor o igual a 300 mg/kg Germinación de rabanitos Mayor o igual a 80%

Según la NCh 2880/04 un compost estable y maduro debe cumplir: Relación C/N debe ser menor o igual a 30 pH entre 5,0 y 8,5 Humedad entre 30 y 45% Materia Orgánica, mayor o igual a 20% Conductividad eléctrica entre 3 - 8 dS/m

Compost: Especificaciones Características de los compost (clase A y B) y contenidos máximos de metales pesados destinados a usos agrícolas, dentro de la normativa europea

Compostaje: Grado de madurez: Test de Solvita El test de Solvita establece un índice de madurez en función del desprendimiento de CO2 y NH4+ de las muestras de residuos en las distintas fases del compostaje. Este test se basa en un método colorimétrico, donde se compara el color adquirido por los indicadores a las 4 horas desde su comienzo, con los patrones prefijados Envase donde se coloca el compost Escalas de dióxido de carbono y amonio Colocación de los indicadores de CO2 y NH4+

Ejemplos documentados en Chile. OPTIMIZACION PROCESO COMPOSTAJE Ejemplos documentados en Chile *OPTIMIZACION PROCESO COMPOSTAJE. *DOSIS A APLICAR. CUANDO APLICAR. TESIS GRUPO Mª Teresa Varnero y Pablo Alvarado U. CHILE. TESIS GRUPO UFRO. EVALUACION DE LA UTILIZACION DE DIFERENTES RESIDUOS ORGANICOS AGROPECUARIOS EN EL PROCESO DE COMPOSTAJE Y SEGUIMIENTO DE ALGUNAS ACTIVIDADES BIOLOGICAS. NÉSTOR GONZALO ULLOA SEPÚLVEDA (TESIS ING. AGRÓNOMO)

Materiales y Métodos Tratamientos del ensayo. T1: Cama de Vacuno T2: Paja de Lupino + Restos Vegetales (1:1) T3: Paja de Lupino + Cama de Vacuno (1:1) T4: Paja de Lupino + Cama de Vacuno (2:1)

Universidad de La Frontera Facultad de Ciencias Agropecuarias y Forestales Evaluación de algunas actividades biológicas, bajo condiciones de invernadero en un suelo Andisol de la IX Región, con distintas dosis de compost en: pradera (Lolium perenne mas Trifolium pratense) y poroto (Phaseolus vulgaris) Alumna: Carolina Andrea Arroyo Contreras Profesor guía: Marysol Alvear Zamora

CONCLUSIONES EL USO DEL COMPOST COMO MEJORADOR DE SUELOS *Mejora la estructura del suelo. *Drenaje. *Retención de agua. *Contenido de nutrientes. *Porosidad. *Ayuda a prevenir la erosión.

MUCHAS GRACIAS

FUNDAMENTOS QUÍMICO-BIOLÓGICOS DEL COMPOSTAJE Y SU USO EN LA AGRICULTURA DRA. MARYSOL ALVEAR ZAMORA Departamento Ciencias Químicas y Recursos Naturales Universidad de La Frontera Seminario “Sustentabilidad en la Agricultura y Cambio Climático” Pucón, 27 Noviembre 2013