EVALUACION DE LAS POBLACIONES DE MICROORGANISMOS PROMOTORES DE CRECIMIENTO VEGETAL EN UN ABONO ORGANICO FERMENTADO PREPARADO CON LA INCLUSION DE RESIDUOS SOLIDOS Y PLUMAS DE
GALLINA EN VENTAQUEMADA BOYACA
BLANCA YANIRA AYALA MORENO
FUNDACIÓN UNIVERSITARIA JUAN DE CASTELLANOS FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS
INGENIERÍA AGROPECUARIA TUNJA
2015
EVALUACION DE LAS POBLACIONES DE MICROORGANISMOS PROMOTORES DE CRECIMIENTO VEGETAL EN UN ABONO ORGANICO FERMENTADO PREPARADO CON LA INCLUSION DE RESIDUOS SOLIDOS Y PLUMAS DE
GALLINA EN VENTAQUEMADA BOYACA
BLANCA YANIRA AYALA MORENO
Proyecto presentado como requisito para obtener el grado de Ingeniera Agropecuaria
Director
JOSÉ FRANCISCO GARCÍA MOLANO Ing. Agrónomo, Esp., Ph.D
Fundación Universitaria Juan de Castellanos Facultad de Ciencias Agrarias
Ingeniería Agropecuaria TUNJA
2015.
NOTA DE ACEPTACION
Firma director tesis
Firma del jurado
Firma del jurado
Tunja, Julio de 2015
DEDICATORIA
A Dios, que me ilumino el camino Para que las metas programadas Se conviertan en realidad.
A mi familia, con quien cuento
Siempre con su presencia, base de mis principios Morales y guía en el camino que
Hasta hoy he recorrido.
A mis amigos, y colaboradores en especial a mi asesor Francisco Garcia, porque son autores materiales del presente Trabajo ya que sin su colaboración no hubiese
Logrado el objetivo propuesto.
Una aspiración que nace…
Un camino recorrido…
Una nueva etapa alcanzada…
Hace parte de mi sueño… EL EXITO
AGRADECIMIENTOS
A Dios por permitir la culminación de este proyecto con mucha satisfacción.
Al Centro Ecológico M&C Ltda. especialmente a Luz Marina Peralta y José Moreno por facilitar sus instalaciones para llevar a cabo el montaje del ensayo y el apoyo financiero que brindaron para el desarrollo del mismo.
Al director y tutor de este proyecto el ingeniero José Francisco García Molano por su apoyo y conocimientos aportados.
A los docentes de la Fundación Universitaria Juan de Castellanos que de alguna manera aportaron sus conocimientos para la construcción de este proyecto.
CONTENIDO
Pág.
1. INTRODUCCIÓN ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.6
2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA CIENTÍFICO 19
3. PREGUNTA DE INVESTIGACIÓN 20
4. OBJETIVOS 21
4.1. GENERAL 21
4.2. ESPECÍFICOS 21
5. JUSTIFICACIÓN 22
6. MARCO DE REFERENCIA 24
6.1. Estado del arte 24
6.2. Marco teórico 28
Residuos sólidos industriales. 28
Aguas residuales. 28
Desechos sólidos de agua residual. 29
Factores que influencian el proceso de compostaje. 31
Nutrientes en el compostaje. 37
Ventajas de un abono orgánico fermentado. 38
Microorganismos del suelo. 39
Biodiversidad microbiana y su efecto en la calidad del suelo. 41
Efecto de los microorganismos en el ciclado de nutrientes en el suelo. 43
Actividad de los microorganismos en la materia orgánica. 44
Clasificándolos como autótrofos o heterótrofos. 45
Microorganismos promotores del crecimiento vegetal. 46
Microorganismos promotores más estudiados. 47
Inoculación combinada. 48
6.3. MARCO SOCIAL 51
6.4. MARCO LEGAL 52
7. HIPÓTESIS 53
Hipótesis de investigación 53
Hipótesis nula 53
8. MATERIALES Y MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN 54
8.1. PROCESO Y PROCEDIMIENTOS APLICADOS 54
Materiales de campo. 54
Métodos de campo. 55
Toma de muestras de materia prima y producto terminado. 56
Materiales de laboratorio. 56
Métodos de laboratorio. 56
8.2. METODOLOGÍA PARA CUANTIFICACIÓN DE PSEUDOMONAS Y BACILLUS 58
Evaluación de pseudomonas. 57
Método de recuento en placa. 58
Agar nutritivo. 59
Características físicas. 62
9. DISEÑO METODOLÓGICO 63
9.1. TIPO DE ESTUDIO. 63
Diseño experimental 63
Universo, población, muestra y unidades experimentales. 64
12. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS 65
Poblaciones de microorganismos promotores de crecimiento vegetal pseudomonas sp y bacillus
sp encontrada en el abono, al final del proceso 65
Bacillus subtilis. 65
Pseudomonas. 67
Relación entre ph y temperatura con la presencia de pseudomonas y bacillus. 68
Comportamiento de la temperatura. 69
Comportamiento del ph. 71
Valor agregado del abono por las poblaciones encontradas. 73
11. CONCLUSIONES 75
12. RECOMENDACIONES 76
13. IMPACTO 77
Bibliografía 78
Anexos 79
LISTA DE ANEXOS
Pág.
Anexo A. Recuento en placa de colonias del genero Bacillus (U.F.C./g) para muestra1 87 Anexo B. Recuento en placa de colonias del genero Bacillus (U.F.C/ g) muestra 2 88 Anexo C. Recuento en placa de colonias del genero Bacillus (U.F.C/ g) muestra 3 89 Anexo D. Recuento en placa de colonias del genero Bacillus (U.F.C/ g) muestra 4 90 Anexo E. Recuento en placa de colonias del genero Bacillus (U.F.C/ g) muestra 5 91 Anexo F. Resultados de pseudomonas fluorescens. Muestra 1 92 Anexo G. Resultados de pseudomonas fluorescens. Muestra 2 93 Anexo H. Resultados de pseudomonas fluorescens. Muestra 3 94
Anexo I. Resultados de pseudomonas fluorescens. Muestra 4 95
Anexo J. Resultados de pseudomonas fluorescens. Muestra 5 96
Anexo K. Muestra Prueba Bioquímica 97
Anexo L. Análisis Estadístico 98
Anexo M. Toma de pH y distribución de pilas 103
Anexo N. Diluciones de laboratorio 104
LISTA DE GRÁFICAS
Pág.
Grafica 1. Comportamiento de los bacillus en U.F.C/g en el proceso 67
Grafica 2. Comportamiento de la temperatura en el proceso 70
Grafica 3. Comportamiento del pH 76
GLOSARIO
Abono Orgánico: son todos los materiales de origen orgánico que pueden descomponer por acción de microbios y del trabajo del ser humano, incluyendo además a los estiércoles de organismos pequeños y al trabajo de microbios específicos.
Aerobios: microorganismos cuyo crecimiento requiere la presencia de aire o de oxigeno libre
Anaerobios: Organismos que crecen en ausencia de aire o de oxigeno; organismos que no utilizan el oxígeno molecular en la respiración.
Auxinas: las auxinas son un grupo de fitohormonas que actúan como reguladores del crecimiento vegetal. Esencialmente provocan la elongación de las células.
AOF: abono orgánico fermentado.
Bacterias: Miembros unicelulares; grupo de procariotas diverso y ubicuo, organismos con células procariotas (células sin núcleo).
Bacteria Bacillus sp: es un género de bacterias en forma de bastón y Gram positiva. El género Bacillus pertenece a la división Firmicutes. Son aerobios estrictos o anaerobios facultativos.
Biodegradación: proceso químico de rotura de una sustancia en moléculas menores por acción de microorganismos o de enzimas.
Carga Microbiana: Es la cantidad de bacterias que pueda contener algo. Hay que ver si la carga bacteriana es patógena o no.
Compost: Es el producto que se obtiene de compuestos que forman o formaron parte de seres vivos en un conjunto de productos de origen animal y vegetal; constituye un” grado medio”
de descomposición de la materia orgánica que ya es en sí un magnifico abono orgánico para la tierra.
Descomponedores: organismos en una comunidad normalmente bacterias y hongos que convierten la materia orgánica muerta en nutrientes inorgánicos.
Des nitrificación: formación de gas nitrógeno o de óxidos de nitrógeno gaseoso a partir del nitrato o del nitrito por acción microbiana.
Diseño experimental: Metodología basada en útiles matemáticos y estadísticos cuyo objetivo es ayudar al experimentador a seleccionar la estrategia experimental óptima que permita obtener la información buscada con el mínimo coste y a evaluar los resultados experimentales obtenidos, garantizando la máxima fiabilidad en las conclusiones que se obtengan.
Fermentación: degradación anaeróbica de los carbohidratos especialmente etanol y CO2, por diferentes microorganismos.
Fijación de nitrógeno: reducción de nitrógeno a iones de amonio, nitrito y nitrato llevado a cabo por algunos procariotas.
Humificación: Proceso de transformación de la materia orgánica del suelo en humus.
Materia Orgánica: es una materia compuesta de compuestos orgánicos que provienen de los restos de microorganismos que alguna vez estuvieron vivos, tales como plantas y animales y sus productos de residuo en el ambiente natural.
Microorganismos: es un ser vivo o un sistema biológico que solo puede visualizarse en el microscopio.
Microorganismos promotores de crecimiento vegetal: las bacterias promotoras de crecimiento en plantas (BPCP) son un grupo de diferentes especies de bacterias que pueden
incrementar el crecimiento y productividad vegetal. Entre los organismos más conocidos están las especies pertenecientes a los géneros Rhizobium, Pseudomonas, y Bacillus
MPCV: microorganismos promotores de crecimiento.
Mineralización: Es la transformación del nitrógeno orgánico en amonio, mediante la acción de microorganismos del suelo.
Patógenos: Organismos capaces de causar enfermedades en animales, plantas o microorganismos.
Solubilización: Es cuando un compuesto denominado soluto (ya sea sólido, liquido o gaseoso) se disuelve en otro solvente, es decir, entre los que pasan a formar una sola fase homogénea.
Solubilizadores de Fosfatos: son microorganismos encargados de solubilizar los fosfatos para liberar fosforo inorgánico y otras formas solubles disponibles para las plantas.
Unidades formadoras de colonia (UFC): número de microorganismos que pueden replicarse para formar colonias; se determina a partir del número de colonias que se desarrollan en un cultivo determinado.
RESUMEN
Ventaquemada a través de la historia, se ha caracterizado por ser un municipio de vocación agrícola, destacándose a nivel departamental y nacional como productor de papa. En menor proporción tiene actividad en el sector pecuario con la producción de ganado doble propósito, también genera asentamientos comerciales donde se venden platos típicos como gallina, arepas y queso. Esta base de su economía ha generado algunos desechos que provocan focos de contaminación, como ocurre con las plumas del beneficio de gallina de la vereda Parroquia Vieja del municipio; otro es el caso de los desechos sólidos de agua residual procedentes del lavado de zanahoria y papa en la vereda de Puente de Boyacá, en ambas situaciones estos desechos son dispuestos sobre el suelo sin ningún proceso y en el caso de las aguas residuales algunas son vertidas a fuentes hídricas; situación que genera contaminación visual, de suelo, de fuentes de agua y del ambiente por el olor que se produce. Este proyecto propuso dar un manejo de transformación a estos materiales a través de la fabricación de un abono orgánico, que sirva para darles una disposición final correcta, como enmienda orgánico mineral. La investigación consistió en evaluar la población de microorganismos facilitadores en la nutrición vegetal de un abono orgánico fermentado preparado con la inclusión de aguas residuales, producto del lavado de la zanahoria y las plumas de gallina. Se realizó un diseño experimental cuantitativo con 5 tratamientos y 3 repeticiones. Los reportes de laboratorio mostraron un alto número de Pseudomonas en todos los tratamientos así como U.F.C/g de Bacillus subtilis
PALABRAS CLAVE
Contaminación, Inocuidad, Proceso agroindustrial, Materia orgánica, Carga microbiana.
SUMMARY
Ventaquemada through history, has been characterized as a town of agricultural vocation, standing at the departmental and national level as potato producer. To a lesser extent is active in the livestock sector with the dual purpose livestock production, also it generates trade settlements where dishes such as chicken, cheese arepas and sold. The basis of its economy has generated some waste that cause pollution sources, as with chicken feathers benefit Old Parish Township trail; another is the case of solid waste wastewater from washing carrot and potato in the village of Puente de Boyacá, in both situations these wastes are disposed on the ground without any process and in the case of waste water Some are discharged to water sources; situation that generates visual pollution, soil, water sources and the environment by the odor produced. This project aimed to transform handling these materials through the production of an organic fertilizer, which serve to give proper disposal, such as mineral organic amendment. The research is to assess the population of microorganisms facilitators in plant nutrition of a fermented compost prepared with the inclusion of sewage, product washing carrot and chicken feathers. A quantitative explorative experimental design with 5 treatments and 3 replications it was performed. Lab reports showed a high number of Pseudomonas in all treatments and CFU / g of Bacillus subtilis.
KEYWORDS
Pollution, Safety, agro-processing, organic matter, microbial load.
1. INTRODUCCION
En la provincia centro se encuentra un sector comprendido entre Puente de Boyacá y Ventaquemada, en donde se está presentando un foco de contaminación con aguas residuales provenientes del lavado de zanahoria y papa, la cual se ha venido vertiendo al rio o se esparce sobre el suelo para siembras o praderas; otro foco son las plumas de gallina provenientes de la planta de sacrificio de la vereda Parroquia Vieja; estos dos materiales son en el momento un problema de contaminación edáfica hídrica y eólica, que deben ser manejados adecuadamente mediante compostaje ya que pueden contener microorganismos patógenos, metales pesados o moléculas orgánicas contaminantes.
El compostaje es el proceso mediante el cual se transforman desechos de origen vegetal o animal en un compuesto que permite generar beneficios ecológicos, económicos y sociales; en lo ecológico minimiza la descarga directa de los desechos sólidos a los cuerpos de agua y ayuda en la recuperación de suelos, en lo económico disminuye los costos de producción al obtener un producto comercial como el abono orgánico que mejora la nutrición vegetal, y en lo social contribuye a evitar problemas de salud a los vecinos que viven cerca a los lugares donde se acumulan estos residuos sólidos contaminantes
La necesidad de avanzar en la búsqueda de una alternativa de fertilización eficiente para la nutrición vegetal, ha llevado a la transformación de materiales orgánicos de origen vegetal o animal, con la fabricación de abonos orgánicos fermentados (AOF), que poseen gran cantidad de carbono orgánico lo que incrementa la cantidad de microorganismos que mineralizan y solubilizan fosforo, mineralizan y fijan nitrógeno y otros elementos que favorecen la fertilidad del suelo, la síntesis de nuevas moléculas facilita el intercambio de nutrientes en la solución del
mismo, igualmente mejora la estructura del suelo, y aumenta la retención de humedad, entre otras propiedades que cambian en el suelo cuando se adiciona un AOF.(García 2006)
Se sabe que la existencia y poblaciones de organismos depende de los sustratos orgánicos (celulosa, hemicelulosa, lignina, proteína, carbohidratos entre otros) y los minerales que se requieren para un metabolismo adecuado, así como las condiciones abióticas (temperatura, pH, C/N, O2, %humedad) para que puedan desarrollar su actividad fisiológica. (García 2005)
Por esta razón la investigación busca realizar un compostaje con plumas de gallina y desechos sólidos de agua residual, para en primera instancia minimizar la contaminación que se produce entre el municipio de Ventaquemada y puente Boyacá, cumpliendo con los parámetros establecidos por la norma 5167 del INCONTEC para enmiendas orgánicas y el decreto 187 del ICA, así como la guía para la producción de abonos orgánicas de uso directo construida por el SENA, ICA, JDC, UPTC, UNIMINUTO y Centro Ecológico M&C.
En segundo lugar, se espera ampliar el conocimiento respecto a: si los insumos utilizados (cantidades y calidades) y el proceso de fabricación son idóneos para permitir la existencia de las poblaciones que realizan un trabajo de mineralización y solubilización de N, S y P, contenidos en estas materias primas y esenciales para la planta y los microorganismos. Los abonos orgánicos son importantes para la nutrición de las plantas gracias a los aportes que estos hacen al suelo y a la nutrición de estas, pero deben estar exentos de patógenos, metales pesados y contener poblaciones de microorganismos que faciliten la nutrición vegetal y generen actividad enzimática al suelo; razón por la cual se vienen enriqueciendo los abonos con fosfatos, carbonatos y sulfatos de (Fe, Cu, Mg, Zn, k, Mn) teniendo en cuenta que si la fracción orgánica delos abonos nutren a los microorganismos, los minerales sirven de nutrientes para la planta.
Se espera dar a conocer resultados a la comunidad interesada en el tema para buscar un proceso sostenible en la producción, respetando los sistemas ecológicos del edafón, mediante la aplicación de abonos como enmienda que mejora la disponibilidad de nitrógeno y fosforo debido a las poblaciones de microorganismos y actividad enzimática allí presentes.
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA CIENTÍFICO
Entre Ventaquemada y Puente Boyacá se presentaron dos problemas que generaron contaminación ambiental, el primero está relacionado con la presencia de residuos sólidos producto del lavado de papa criolla y zanahoria en el sector de Puente Boyacá, el segundo está relacionado con la acumulación de las plumas, producto del sacrificio de gallina que son arrojadas a los potreros aledaños a la zona, en la vereda Parroquia Vieja de Ventaquemada, situación que se ha convertido en un problema grave teniendo en cuenta que estos subproductos de la agroindustria no son manejados adecuadamente, sino que se disponen directamente sobre el suelo lo que trae como consecuencia problemas de contaminación visual, edáfica, de fuentes hídricas y del aire.
El presente trabajo pretendió (indagar, medir, probar) si estos productos pueden ser compostados para enriquecer un abono orgánico; y evaluar su composición en microorganismos facilitadores de la nutrición vegetal.
2. PREGUNTA DE INVESTIGACIÓN
¿Cuál es la población de microorganismos promotores de crecimiento vegetal de un AOF preparado con la inclusión de residuos sólidos y plumas de gallina?
3. OBJETIVOS 3.1. GENERAL
Cuantificar las poblaciones de microorganismos promotores de crecimiento vegetal, Pseudomonas y Bacillus, en un abono orgánico fermentado preparado con la inclusión de residuos sólidos y plumas de gallina en Ventaquemada- Boyacá.
3.2.ESPECÍFICOS
Cuantificar las poblaciones de microorganismos promotores de crecimiento vegetal Pseudomonas sp y Bacillus sp y determinar la calidad en el abono.
Determinar la relación entre pH y temperatura con Pseudomonas, y Bacillus presentes por cada tratamiento.
Analizar cuál es el valor agregado del abono por las poblaciones encontradas.
4. JUSTIFICACIÓN
En el municipio de Ventaquemada, por su actividad agrícola se producen muchos desechos sólidos como, empaques plásticos, de icopor, vidrio y aluminio, donde vienen empacados fungicidas, insecticidas y herbicidas; igualmente se producen desechos de plaza de mercado, lodos, plumas, gallinaza, porquinaza, contenido ruminal entre otros, los cuales requieren una disposición adecuada, con el fin de no generar contaminación del agua, suelo y el medio ambiente.
Uno de los generadores de materia prima, son las plumas de gallina; de acuerdo con Hernández (2013), se sacrifican semanalmente en la vereda Parroquia Vieja un aproximado de 2000 gallinas, lo que genera un volumen de 72 arrobas de plumas, estos residuos son dispuestos en bultos de 4 arrobas que se acumulan en los predios aledaños a los sitios de sacrificio, sin tener las mínimas condiciones de higiene, dejándolas expuestas a la intemperie lo que ocasiona malos olores debido a su descomposición, así como la presencia de roedores y carroñeros. Esta materia orgánica puede contener microorganismos patógenos como: Clostridium, Salmonella, E.
Coli, que pueden llegar a afectar la salud humana y el bienestar animal por contaminación de agua, aire y suelo, pues estas plumas son utilizadas como abono en praderas y cultivos.
Según Benavidez et al.,(2013), otra actividad que genera desechos sólidos contaminantes es el lavado de zanahoria y papa en Puente Boyacá, lo que ha desatado un problema de contaminación por este proceso al verter estas aguas servidas al rio, teniendo en cuenta que, estos cultivos reciben gran cantidad de herbicidas, insecticidas, fungicidas, fertilizantes químicos y demás agroquímicos que en muchos casos no son consumidos en su totalidad por el cultivo ni pueden ser degradados o transformados en otras moléculas por la interacción de
microorganismos presentes en el suelo, sino que llegan al lavadero con el suelo adherido a la zanahoria o papa, por lo que queda en el agua que es dispuesta en el rio.
Teniendo en cuenta que estos desechos sólidos contaminantes se generan semanalmente y que se utilizan sin un tratamiento adecuado, o se opta por verterlos directamente a los ríos, se plantea compostarlos. Para sanitizarlos y estabilizarlos y es importante conocer la composición microbiológica que aporta al suelo para poder emplearlo como enmienda orgánico mineral, sin contaminar el medio ambiente, agua o suelo.
De otra parte en la fabricación de los AOF se pueden emplear diversos desechos agroindustriales, de los cuales se debe conocer su procedencia, composición química, microbiológica y orgánica teniendo en cuenta que en el proceso de compostaje se van a descomponer algunas moléculas y a la vez sintetizar otras mediante la actividad enzimática que generan los microorganismos que pueden emplear parte de estas o la molécula completa como fuente de alimento.
Finalmente con este estudio se busca que la comunidad vea los resultados que se pueden obtener al tratar un material fuente de materia prima, que se conoce como desecho y convertirlo en algo útil para una comunidad en general y como un aporte más para el suelo mejorando praderas y cultivos.
5. MARCO DE REFERENCIA
5.1.ESTADO DEL ARTE
García (2004), dice: “la materia orgánica constituye una parte importante de la fracción solida del suelo, su contenido depende de la humedad relativa, pH, tipo de arcilla, topografía, temperatura, precipitación y C/N factores que afectan la tasa de descomposición”. La materia orgánica es uno de los componentes del suelo, en pequeña porción, formada por los restos vegetales y animales que por la acción de la microbiota del suelo son convertidos en una materia rica en reservas de nutrientes para las plantas, asegurando la disponibilidad de macro y micronutrientes.
Durante el proceso de compostaje se busca una descomposición biológica de los componentes orgánicos bajo condiciones controladas en el que intervienen numerosos y variados microorganismos (bacterias, hongos y actinomicetos) estos requieren oxígeno, humedad adecuada y sustratos orgánicos heterogéneos en estado sólido. Es por esta razón que Sánchez (2013), afirma que: los factores más importantes que se deben controlar en este proceso son los relacionados al sustrato, como: relación carbono-nitrógeno (C/N), tamaño de las partículas, la concentración y la disponibilidad del oxígeno (O2), la aireación, el contenido de humedad, la temperatura y pH, lo que coincide con lo mencionado anteriormente.
De otro lado, Álvarez et al., (2006), sostiene que en la agricultura sustentable, la aplicación de materiales orgánicos es necesaria porque éste es fuente vital para reconstruir la materia orgánica del suelo y para suministrar nutrimentos, además García (2008) dice que los residuos vegetales, estiércoles, lodos de aguas residuales y otros desechos industriales son fuentes de carbono, nitrógeno, azufre y fosforo entre otros elementos para el suelo, este a su vez genera cambios significativos en el pH, Capacidad de Intercambio Catiónico CIC la conductividad eléctrica CE y la actividad microbiana del suelo.
La mineralización de la materia orgánica implica procesos metabólicos catalizados por enzimas. (León et al., 2006). Por otro lado Álvarez et al., (2010), menciona que la actividad enzimática, es un indicador de cambios tempranos en la calidad del suelo por sus relaciones con la micro flora, la ureasa y las fosfatasas han recibido más atención por sus implicaciones en los ciclos biogeoquímicos y de nutrición; la ureasa cataliza la reacción de hidrolisis de los enlaces C- N de algunas amidas y de la urea en amonio y dióxido de carbono, las fosfatasas catalizan la reacción de hidrolisis de los enlaces esteres y anhídridos de fosfato, estas enzimas tienen una función fundamental en el ciclo del P al liberar el ión ortofosfato de compuestos orgánicos e inorgánicos, el cual queda disponible para las plantas Coyne (2000).
La calidad de un abono orgánico se mide en términos de la cantidad de nutrimentos que puede aportar, en particular N en proporciones (>1.8% de N, en promedio), sin embargo, un manejo inadecuado de los desechos orgánicos, estiércoles o compostas, puede llevar a la pérdida de nutrimentos principalmente de N y K (Alvarez et al., 2006).
García et al., (2008), evaluaron la cuantificación de tres microorganismos en el proceso y dinámica de los (AOF), en donde encontraron que cuando se estabiliza un AOF a temperatura ambiente, humedad de 20%, C/N del 15%, CO del 12%, los elementos disponibles y Unidades
Formadoras de Colonias (UFC/g) de poblaciones microbianas no muestran relación directa puesto que los AOF contienen bajos porcentajes de N, P, K, Ca, Mg y S; pero si tienen poblaciones importantes de UFC/g de bacterias fijadoras de Nitrógeno (MFN) y celulíticos, algunos solubilizadores de fosfatos (MSF) y muy escasas de sulfatos reductores (MSR).
Pérez y Céspedes et al.,(2008), investigaron las características físicas- químicas y microbiológicas de las enmiendas orgánicas de mayor uso en República Dominicana, los resultados demostraron que el contenido de (MO) fue superior en deyecciones de lombriz ( 76%
promedio) comparado con los bocashi y los compost, además los resultados mostraron que las características físicas, químicas y biológicas de las enmiendas orgánicas evaluadas varían con las condiciones de manejo, tipo de material utilizado en su preparación, condiciones ambientales y procesos de elaboración.
En un reciente estudio se obtuvieron resultados donde se mostraron la capacidad de ciertas bacterias promotoras de crecimiento (BPCV) de modificar la ecofisiología de los cultivos tales como trigo, maíz y arroz en condiciones de campo. Sin embargo, la información disponible estaría indicando que la interacción cepa-planta-ambiente es relevante para los resultados de inoculación que se pueden obtener (García de Salamone y Cassan, 2008). Se observó que la respuesta a la inoculación es variable y que los microorganismos presentes pueden colonizar y permanecer en la rizósfera. Incrementos en rendimiento y producción de biomasa deberían ser considerados de relevancia ecológica y ser estudiados desde el punto de vista de la ecología microbiana, además se deberían estudiar estos aspectos utilizando cepas aisladas con capacidad de fijar N en asociación con la planta, esto podría aumentar el nivel de respuesta y mejorar la eficiencia de uso de los recursos disponibles.
La promoción de crecimiento de las plantas deberá considerar las respuestas desde diversos puntos de vista técnico-científico. La adquisición de nutrientes del suelo está gobernada por el crecimiento radical y su interacción con los componentes bióticos y abióticos del suelo.
Esta interacción se manifiesta en gran medida por las propiedades físicas, químicas y biológicas de la rizósfera. A partir de un mejor conocimiento de las interacciones de la rizósfera y de cómo se asocian las raíces con los microorganismos del suelo habrá oportunidad para mejorar la eficiencia de la captación de nutrientes por las plantas. Esto podrá ocurrir ya sea por selección directa de plantas, manipulación del crecimiento radical o mediante el manejo de las comunidades microbianas autóctonas y/o inoculación es específica para lograr interacciones simbióticas y asociativas eficientes. Tales interacciones han demostrado su contribución al crecimiento de las plantas y a la calidad de los suelos; por lo tanto, constituyen aspectos críticos que deberán ser considerados en el desarrollo de una agricultura sostenible y buen funcionamiento del ecosistema. García de Salamone y Cassan, (2008)
La introducción de rizobacterias, podría provocar modificaciones en la actividad microbiana en la rizósfera y, por ello, deberían ser estudiados (García de Salamone y Cassan, 2006). Es sabido que la diversidad microbiana puede utilizarse como índice de calidad de suelo y que las condiciones de manejo la pueden modificar García de Salamone et al.,(2006). En relación con esto, y sumado a que la práctica de inoculación con Azospirillum está siendo utilizada por un número creciente de productores agropecuarios en diversas áreas agrícolas del mundo.
5.2. MARCO TEÓRICO
Residuos Sólidos Industriales.
Los residuos industriales son considerados una consecuencia de las actividades productivas y el desarrollo económico, las cuales generan gran cantidad de desechos ya sean líquidos o sólidos o mediante emisiones a la atmosfera, que por sus características generan efectos adversos a la salud pública y al medio ambiente Amaral, (1989). El crecimiento demográfico y la industrialización han llevado a reestructurar la manera de cómo las comunidades deben manejar y tratar sus desechos, es así como la visión actual no está basada únicamente en la implementación de sistemas de tratamiento para eliminar sustancias indeseables sino que también involucra aspectos asociados a la minimización, prevención, aprovechamiento de los recursos presentes en dichos desechos Silva et al., (sin fecha).
Aguas Residuales.
El tratamiento de las aguas residuales, tanto municipales como industriales, tiene como objetivo remover los contaminantes presentes con el fin de hacerlas aptas para otros usos o bien para evitar daños al ambiente. Sin embargo, el tratamiento del agua trae siempre como consecuencia la formación de lodos residuales, subproductos indeseables difíciles de tratar y que implican un costo extra en su manejo y disposición en tiraderos a cielo abierto sin ningún tratamiento previo que permita tomar las medidas de protección adecuadas para evitar la contaminación del suelo, agua subterránea o la atracción de vectores (insectos, ratas, carroñeros, etc.), generando problemas de contaminación de los mantos freáticos y de salud pública.Oropeza, (2006).
Desechos sólidos de agua residual.
El lodo extraído y producido en las operaciones y procesos de tratamiento de las aguas residuales generalmente suele ser un líquido o liquido semisólido con gran contenido de sólidos entre el 0.25 y el 12% en peso. El lodo es, por mucho, el constituyente de mayor volumen eliminado en los tratamientos, este lodo está formado principalmente por materia orgánica y solo una pequeña parte del lodo está compuesta por materia solida inorgánica. Es por esta razón que la estabilización del lodo se lleva a acabo principalmente para: 1. Reducir la presencia de patógenos, 2. Eliminar los olores desagradables y 3. Reducir o eliminar su potencial de putrefacción. La supervivencia de microorganismos patógenos y la proliferación de olores en el lodo que producen cuando se permite que los microorganismos se desarrollen sobre la fracción orgánica del mismo, es así que los medios de estabilización más eficientes para eliminar el desarrollo de estas condiciones son: la reducción biológica del contenido de materia volátil; la oxidación química de la materia volátil; la adición de agentes químicos para hacer el lodo inadecuado para la supervivencia de microorganismos y la aplicación de calor con el objetivo de desinfectar o esterilizar el lodo Hammeken y Romero, (2005).
Pluma.
La industria avícola genera más de cinco millones de toneladas de plumas de pollo cada año en todo el mundo, un material que hasta ahora no se podía aprovechar para otros usos. Un grupo de investigadores de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC) ha estudiado en
laboratorio las posibilidades de utilizar las plumas para fabricar materiales compuestos que se puedan aprovechar en la industria.
Los investigadores pretenden aprovechar las propiedades de aislamiento térmico y acústico que ofrece la queratina, una proteína muy abundante en las plumas de pollo. Para ello han desarrollado un sistema de separación de las impurezas que acompañan a la queratina y han buscado las condiciones óptimas para el proceso de fabricación del biomaterial, que consistirá en una mezcla del residuo animal con un plástico biodegradable, el ácido poliláctico. El nuevo componente se podría utilizar para desarrollar aplicaciones industriales, por ejemplo en los sectores de la automoción, la construcción y el empaquetado.
González y Bauza (2012), sostienen que los subproductos de mataderos como las plumas son uno de los residuos interesantes por su elevado contenido de proteína, en el caso de la queratina, que representa más del 80% del peso seco de las plumas, además su creciente disponibilidad en volumen como consecuencia del crecimiento de la industria avícola, igualmente las plumas representan 7% del volumen total de la faena de pollos.
Compostaje.
El compostaje es un proceso mediante el cual diversos sustratos orgánicos se descomponen y estabilizan debido a la acción de una población mixta de microorganismos, obteniéndose un producto final denominado compost, orgánicamente estable, libre de patógenos y semillas de malezas que puede ser aplicado de manera eficiente al suelo para mejorar sus propiedades Haug, (1993).
El compost maduro es el producto final del proceso de compostaje, es un producto estabilizado y rico en microorganismos útiles.
Según Silva (sin fecha), los objetivos del compostaje han sido tradicionalmente convertir residuos orgánicos putrescibles a materiales estables libres de organismos patógenos para los humanos y además de destruir enfermedades de plantas, malezas, insectos y huevos de larvas. El compostaje contribuye a los procesos de secado de materiales orgánicos de naturaleza húmeda como son los lodos de las plantas de tratamiento de aguas residuales domésticas o industriales, mejorando su manejo y disposición final. El compost orgánico brinda beneficios ya que es un acondicionador de suelos con características húmicas, libre de patógenos y malezas, que no atrae insectos ni vectores, el cual puede ser manejado y almacenado sin riesgo y benéfico al crecimiento de las plantas, por esta razón , se han identificado tres funciones fundamentales del compost al aplicarse en suelos:
El compost puede servir como fuente de materia orgánica para mantener o ayudar a la formación del humus del suelo.
El compost contiene valores apreciables de nutrientes como nitrógeno, fósforo y una variedad de elementos traza esenciales.
El compost es empleado en la remoción de olores y de compuestos orgánicos volátiles de plantas de tratamiento o procesos industriales.
Factores que influencian el Proceso de Compostaje.
Varios investigadores entre ellos Moreno y Moral (2007), entre otros coinciden en establecer algunos factores mínimos en la fabricación de un abono orgánico fermentado.
Composición de la materia inicial
El tipo de materia inicial seleccionada en el proceso de compostaje incide en la calidad del producto final obtenido, por lo que se hace necesario un análisis previo que permita establecer características específicas del mismo, tales como contenido en materia orgánica biodegradable, disponibilidad de microorganismos, pH, tamaño de partícula, contenido de nitrógeno, contenido de humedad y contenido de sales.
Es importante tener en cuenta, que la mejor opción al proyectar sistemas de compostaje es elaborar mezclas binarias o ternarias con materiales de diferente origen que tengan características complementarias, de este modo se consigue preparar sustratos con un equilibrio en el contenido de nutrientes, microorganismos y propiedades físicas y químicas que favorecen el proceso y permiten obtener una mejor calidad del compost.
Tamaño de partículas
El tamaño de las partículas influye en la densidad, la fricción interna, las características del flujo, las fuerzas de arrastre de los materiales, en la transferencia de oxígeno y en la velocidad de las reacciones bioquímicas, el tamaño de partículas grandes promueven espacios abundantes por los cuales se dan pérdidas significativas de humedad y menor transferencia de oxígeno lo que disminuye la actividad microbiológica, por su parte un tamaño excesivamente pequeño de partícula origina problemas de compactación impidiendo una adecuada ventilación.
El tamaño de partícula deseable está el rango de 1cm a 5cm y en el caso de los residuos sólidos estos deben ser troceados, desmenuzados o molidos para ser llevados al tamaño ideal.
Mezcla e Inoculación
Los materiales seleccionados deben ser homogenizados de manera manual o mecánica, para asegurar igualdad de condiciones del proceso. Se hace necesario verificar a través de análisis de laboratorio si la mezcla cumple con las condiciones de relación C/N y humedad establecidas.
Una forma de mejorar y agilizar el proceso de compostaje consiste en adicionar inóculos que contienen microorganismos como bacterias, hongos, levaduras y actinomicetos que aceleran la descomposición de la materia orgánica reduciendo el tiempo de biodegradación.
El estiércol es el inoculo tradicional de aporte de materia orgánica y nutrientes. Entre los estiércoles corrientemente utilizados están la gallinaza, que es un material orgánico parcialmente descompuesto resultante del estiércol de galpones y que contiene gran cantidad de microorganismos y nutrientes. Igualmente se emplean los estiércoles tradicionales de granja elaborados a base de paja y los purines obtenidos de diluir las excretas animales con el agua de limpieza de establos.
Humedad
El contenido óptimo de humedad de los materiales para el compostaje es 55-60%.Cuando el contenido de humedad está por debajo del 30% en peso, las reacciones biológicas en una pila de compost se retardan considerablemente y la elevación de temperatura se limita; por debajo del 12% cesa prácticamente toda actividad biológica, siendo el proceso extremadamente lento. En contraste una humedad superior al 60% causa la saturación de la materia orgánica, todos los espacios vacíos son ocupados por el agua, desencadenado olores desagradables, descenso de la
temperatura, lavado de nutrientes y prevalecen condiciones anaeróbicas, el agua solo se agrega en los momentos de la preparación, teniendo en cuenta que las partículas de la materia prima son finas y la humedad se va perdiendo a medida que aumenta la temperatura hasta lograr un equilibrio entre la aireación y la humedad.
Temperatura
La temperatura de la masa de los materiales sometidos a compostaje sufre alteraciones durante las diferentes fases del proceso debido a la interacción de diferentes grupos de microorganismos. En pocos días, de dos a seis, se llega a temperaturas mayores a 45 °C ya que el metabolismo de los microorganismos es exotérmico, por lo tanto en el proceso de descomposición hay liberación de calor originándose un aumento de la temperatura.
En el proceso de compostaje, la mayoría de los microorganismos se desarrollan a temperaturas entre 35 y 55°C, al alcanzar temperaturas entre 60 – 70ºC, se garantiza la eliminación de semillas de malezas y muchos patógenos que están presentes en el material a compostar.
Aireación
El aire suministrado en un proceso de compostaje cumple tres propósitos Fundamentales:
Satisfacer la demanda de oxígeno necesaria para la descomposición del material orgánico presente en el material compostado: la cantidad de oxígeno presente en el proceso de compostaje limita la velocidad de descomposición de los residuos ya que este es necesario para la respiración de los microorganismos aerobios y para oxidar determinadas moléculas orgánicas
de la masa de fermentación, por ende es un factor determinante en la calidad del compost final.
Una transferencia deficiente de oxígeno, lleva a la sustitución de los organismos aerobios por anaerobios, lo que retarda el proceso en tiempos hasta de 4 a seis meses. Adicionalmente se presentan problemas relacionados con la generación de olores.
Regular el contenido de humedad del sustrato a través del secado: el aire suministrado en el proceso arrastra parte de la humedad del material sometido a compostaje, ayudando a su secado. Este fenómeno es importante especialmente cuando se utilizan materiales de elevada humedad como lodos de plantas de tratamiento de aguas residuales.
Remoción del calor generado durante la descomposición orgánica con el propósito de controlar el proceso de aumento de temperatura. Un aumento incontrolado de la temperatura influencia la actividad microbiológica en el proceso de compostaje, ya que este depende de la evolución completa de todo un ecosistema microbiano y no de una especie única, por ejemplo a Temperaturas superiores a 70°C afectan a las bacterias termofílicas lo que no es benéfico para completar el ciclo del compost. La velocidad de una reacción enzimática varia al aumentar la temperatura, tal dependencia refleja un doble efecto de la temperatura: positivo a bajos valores, debido al incremento general que experimenta la velocidad de cualquier reacción química al hacerlo la temperatura, y negativo a valores altos, debido a la desnaturalización térmica de la enzima. Esto es, la velocidad de una reacción enzimática se incrementa al aumentar la temperatura dentro de un determinado rango, alcanzando un valor máximo a la denominada temperatura óptima. A valores superiores la actividad disminuye debido a que la enzima, como cualquier otra proteína, sufre procesos de desnaturalización y, por lo tanto, de inactivación.
pH
El valor del pH óptimo para el compostaje esta entre 6.5 y 8.0. Si el grado de descomposición no es adecuado, el pH puede caer a valores entre 4–5, retrasándose el proceso.
El pH del material fermentado varia en el desarrollo del proceso así: durante los primeros días del compostaje el pH cae a 5 o menos. Durante esta etapa el material orgánico se encuentra a temperatura ambiente, comienza la reproducción de microorganismos mesófilicos y sube rápidamente la temperatura. Entre los productos de esta etapa inicial están los ácidos orgánicos simples que causan la caída del pH. Después de aproximadamente tres días, la etapa llega a la temperatura termofílica y el pH debe subir de 8 a 8.5 unidades. El pH cae ligeramente durante la etapa de enfriamiento y llega a un valor entre 7 a 8 en el compost maduro.
Relación Carbono/Nitrógeno
En el proceso de compostaje el carbono es la fuente de energía utilizada por los microorganismos para la activación de sus procesos metabólicos, mientras que el Nitrógeno, es el material básico para la síntesis de material celular, por lo tanto la Relación C/N es uno de los aspectos más importantes en el balance nutricional del Compost.
Es deseable que la relación C/N este en el rango de 25:1 a 50:1 en la mezcla inicial. Un exceso de carbono asociado a valores altos de la relación C/N, limitan la síntesis de material celular por parte de los microorganismos disminuyendo su crecimiento y retardando el proceso
de estabilización de la materia orgánica. Si por el contrario, la pila está compuesta de elementos ricos en nitrógeno se puede presentar solubilidad y posterior pérdida de este compuesto en forma de amoniaco gaseoso, lo que no es conveniente ya que en el material final se pierde este valioso elemento. La relación C/N se considera como un indicador del grado de avance del proceso, así al inicio del proceso esta relación debe ser del orden de 30:1 y al final cuando se alcanza la maduración del compost puede ser de 10:1.
Los desechos disponibles para el compostaje con relaciones altas de C/N altas pueden ser mezcladas con el estiércol líquido de los establos, estierco de aves, cerdos, caballos harina de huesos, de pezuñas y cuernos, tortas de aceite y sangre seca, material vegetal verde ya que suministran nitrógeno, fosforo, potasio y elementos traza. García, (2004).
Nutrientes en el compostaje.
El proceso de compostaje depende de la acción de los microorganismos que requieren una fuente de carbono que les proporcione energía y material para nuevas células, junto a un suministro de nitrógeno para proteínas celulares. Hay un requerimiento menor de fosforo y de otros elementos. El nitrógeno es el nutriente más importante en general, si hay suficiente nitrógeno disponible en cantidades adecuadas. Es deseable que la relación carbono nitrógeno (C/N) este en rango de 25 a 35/1 en la mezcla inicial. Si es mucho más alta, el proceso requerirá un tiempo largo antes de que se elimine suficiente carbono por oxidación como dióxido de carbono; si es más bajo, entonces el nitrógeno, será eliminado como amoniaco. El fosforo es un nutriente menos importante en el compostaje que el nitrógeno pero se añade algunas veces a propósito. Hay alguna evidencia de que la perdida de nitrógeno como amoniaco de los montones
en compostaje con relaciones bajas C/N pueden ser parcialmente reducidas añadiendo material que contenga fosforo extra; esto puede no ser factible a causa del costo Restrepo, (1996).
Abono Orgánico Fermentado.
García, (2006). Los abonos orgánicos fermentados se obtienen mediante procesos de descomposición aeróbica y termofílica de residuos orgánicos a través de poblaciones de microorganismos, quimiorganotróficos, o sea, aquellos cuya fuente de energía son los compuestos orgánicos del carbono. Estos organismos son propios de los residuos en descomposición y se mantienen vivos bajo condiciones controladas.
Los actinomicetos juegan un papel muy importante en la formación de humus, fundamentalmente, por su capacidad para atacar sustancias resistentes como celulosa, hemicelulosa, queratina, quitina y acido oxálico. Los actinomicetos se ven afectados, en un número, cuando baja el nivel de materia orgánica, el nivel de humedad, el pH y temperatura;
siempre se encuentran en gran número durante los últimos estados de descomposición de la materia orgánica, porque son los responsables de la degradación de los tejidos más resistentes de las plantas y animales.
Ventajas de un abono orgánico fermentado.
Se distinguen las siguientes:
- Carece de gases tóxicos y malos olores.
- Los materiales para su fabricación se consiguen con facilidad, y los que no se encuentren pueden ser remplazados por otros similares que cumplen igual función.
- Produce abono a bajo costo, en corto plazo y sin traer al predio insumos extraños.
- Desactivación de agentes patógenos, muchos de ellos perjudiciales para los cultivos, a causa de la temperatura que adquiere en los primeros días.
- Hay un aporte de organismos propios o autóctonos, por usar el suelo de la misma finca.
- Hay una relación C/N, entre 25/1 y 35/1, debido a que los materiales ricos en carbono se usan en igual cantidad que el estiércol.
En el proceso de elaboración hay dos etapas bien definidas:
La primera etapa es la fermentación de los componentes del abono cuando la temperatura puede alcanzar hasta 70-75° C por el incremento de la actividad microbiana. Posteriormente, la temperatura del abono empieza a bajar por agotamiento o disminución de la fuente energética.
La segunda etapa es el momento cuando el abono pasa a un proceso de estabilización y solamente sobresalen los materiales que presentan mayor dificultad para degradarse acorto plazo para luego llegar a su estado ideal para su inmediata utilización.
Microorganismos del suelo
El suelo es un organismo vivo: en consorcio de células vivas en una matriz orgánico- mineral. Rara vez se modifican los suelos para alterar el crecimiento microbiano. No obstante, cuando se manipulan sus características de modo que afecten el crecimiento de las plantas, lo que constituye la esencia de la agricultura, estas medidas afectan también a los microorganismos.
Estos, a su vez, influyen en el crecimiento de las plantas. De hecho, existen muchas y variadas interacciones entre el suelo, los microorganismos y las plantas, que influyen en gran medida sobre el crecimiento y el desarrollo de estas últimas.
Los factores que influyen en la distribución microbiana del suelo pueden ser extrínsecos o intrínsecos. Los factores intrínsecos están relacionados con la estructura y la función de los microorganismos propiamente dichos. Los factores extrínsecos proceden del suelo y el ambiente.
Coyne, (2000)
El suelo constituye un sistema complejo que alberga una gran riqueza de microorganismos, los cuales establecen relaciones muy variadas y contribuyen a conformar las características propias del suelo, participan en los ciclos del carbono, nitrógeno, oxígeno, azufre, fósforo, hierro y otros metales; aportan a la fertilidad del suelo y a la degradación de compuestos xenobióticos (cuya estructura química en la naturaleza es poco frecuente o inexistente debido a que son compuestos sintetizados por el hombre). Además, el crecimiento de las plantas está condicionado por una amplia gama de microorganismos que viven en el suelo, alrededor de las raíces vegetales. Dentro del amplio grupo de microorganismos beneficiosos, tanto para cultivos agrícolas como forestales, se pueden diferenciar:
• Los que solubilizan o incrementan la absorción de nutrientes, aumentando la fertilidad del suelo y estimulando el crecimiento vegetal.
• Los que protegen a la planta o evitan el ataque de patógenos.
• Bacterias de vida libre o simbiótica que fijan nitrógeno.
• Hongos micorrícicos que se asocian con las raíces de plantas vasculares.
Actualmente se manifiesta una tendencia a favor del ambiente en cuanto a la reducción del uso de fertilizantes químicos y plaguicidas en general, y una mayor sensibilización social
sobre el potencial riesgo de su empleo indiscriminado. Esto ha abierto nuevas perspectivas en el empleo de productos biológicos para el manejo integrado de la agricultura, sobre todo en la protección de cultivos (biocontrol). En tal sentido, diferentes empresas e institutos de investigación vienen trabajando en el estudio de los microbios del suelo (microbiota), y en la compleja interacción planta-microorganismo. La integración de técnicas de estudio de la microbiología tradicional, junto con metodologías moleculares, incluyendo los avances en las técnicas de genómica, contribuirá a un mejor conocimiento del funcionamiento de las comunidades microbianas del suelo con el consiguiente potencial de aplicación biotecnológica.
Biodiversidad microbiana y su efecto en la calidad del suelo.
La calidad del suelo es definida por su capacidad para funcionar en un marco de ecosistema natural o modificado, sostener la productividad vegetal y animal, mantener o mejorar la calidad de agua y aire, y contribuir a la salud humana y habitabilidad. La calidad del suelo está fuertemente influenciada por los procesos microbianos que en él ocurren, y éstos, relacionados con la diversidad; por tanto, es muy probable que el mantenimiento de la estructura de la comunidad microbiana tenga la capacidad de servir como indicador temprano y de gran sensibilidad de la degradación o empobrecimiento del suelo Abril, (2003).
En los sistemas agrícolas la biodiversidad desempeña servicios ecológicos, más allá de la producción de alimento, fibra, combustibles e ingresos monetarios. Entre los ejemplos se incluyen el ciclado de nutrientes, control del microclima local, regulación de procesos hidrológicos locales, regulación de la abundancia de organismos indeseables y detoxificación de productos químicos nocivos. Estos procesos de renovación y servicios de los ecosistemas son en
gran parte microbiológicos, por lo tanto, su persistencia depende del mantenimiento de la biodiversidad microbiana nativa o exógena del suelo Altieri, (1994). El hecho de que en algunas situaciones sea el suelo, y en otras el tipo de plantas, el factor determinante de la diversidad microbiana del suelo, está relacionado con la complejidad de las interacciones microbianas en el mismo, incluyendo las interacciones microorganismos-suelo, y microorganismos plantas Garbeva et al., (2004).
Numerosos estudios muestran que diferentes manejos agrícolas modifican la biodiversidad y alteran la estructura de las comunidades microbiológicas del suelo. García de Salamone et al., (2006). Por ello, es indispensable implementar prácticas de manejo, como siembra directa e inclusión de mayor cantidad de gramíneas en la rotación con plantas leguminosas, que garanticen un balance positivo de nutrientes y el uso eficiente de los recursos del sistema suelo-planta, disminuyendo la degradación de la materia orgánica Grandy et al., (2006). Así, la fijación biológica de nitrógeno
En un gramo de suelo hay millones de bacterias cultivables, entre las cuales se encuentra una gran diversidad metabólica para transformar los elementos que forman parte de los nutrientes necesarios para todos los seres vivos. Su presencia no indica que todos los microorganismos participen activamente en la dinámica de esos elementos, ya que su contribución depende de su estado fisiológico, de su actividad enzimática y de la concentración y disponibilidad de los compuestos a utilizar. Se ha observado que diversas transformaciones microbianas como la oxidación aeróbica de metano y de amonio, así como la metanogénesis y la reducción de sulfatos, están generalmente comandadas por la actividad más que por el número de los microorganismos que intervienen específicamente en dichas transformaciones Roling, (2007). Esta actividad metabólica depende a su vez de las condiciones circundantes,
determinadas por las propiedades fisicoquímicas del suelo y por los otros organismos que comparten el hábitat.
Efecto de los microorganismos en el ciclado de nutrientes en el suelo
Muchos parámetros que se emplean para medir la calidad del suelo están directamente ligados a la actividad metabólica dependiente de los microorganismos, y esa actividad es la que permite el ciclado de nutrientes. Varias etapas del ciclado de nutrientes en el suelo son exclusivamente microbianas. Así, la degradación de la mayoría de los polímeros carbonados constituyentes de los tejidos vegetales, la producción y el consumo de metano, la fijación de nitrógeno o la oxidación de amonio a nitrito y posteriormente a nitrato, son procesos biológicos llevados a cabo sólo por microorganismos.
La principal fuente de carbono lábil en el suelo son las plantas, cuyos constituyentes principalmente son polímeros como la celulosa, hemicelulosa, lignina y proteínas, y por una pequeña fracción (alrededor del 10% del peso seco) de compuestos solubles de menor peso molecular Horwath, (2007). Estos compuestos vegetales constituyen la principal fuente de energía y carbono para los microorganismos del suelo. Los hongos, los actinomicetos y muchas bacterias son capaces de producir enzimas extracelulares que hidrolizan dichos polímeros Paul y Clark, (1989). Así, dan lugar a compuestos más sencillos que pueden ser utilizados por ellos y por otros que no poseen capacidad celulolítica o proteolítica y expanden el uso de los compuestos carbonados a un grupo más amplio de organismos del suelo. Los productos
resultantes de la degradación aerobia de compuestos carbonados son la biomasa de los organismos que oxidan estos compuestos y el dióxido de carbono, producto de la oxidación completa del carbono. En condiciones anaerobias, además de biomasa microbiana, se producen compuestos reducidos del carbono, como alcoholes y ácidos y, en ausencia de sulfato o nitrato, también puede producirse gas metano.
Mientras que la mayoría de los organismos del suelo dependen de las plantas para el suministro de carbono, el ingreso de nitrógeno en sistemas naturales depende fuertemente de los microorganismos. En particular, depende de algunas bacterias que tienen la capacidad de reducir el nitrógeno atmosférico, donde se encuentra como nitrógeno elemental de forma ilimitada, y de hacerlo disponible para los demás organismos del suelo y las plantas Atlas y Bartha, (1993). La fijación de nitrógeno es un proceso energéticamente costoso para las bacterias con esa capacidad, pero representa una gran ventaja competitiva para ellas, especialmente en suelos donde los compuestos oxidados o reducidos de nitrógeno son escasos.
Actividad de los microorganismos en la materia orgánica.
Burbano (1989), los microorganismos se clasifican según su nutrición en productores que son aquellas células que pueden utilizar las formas más simples de carbono procedente del medio ambiente, como el anhídrido carbónico. Posteriormente hay una cepa primaria de consumidores que se alimenta de los productores, seguida de otras cepas de consumidores. Por ultimo para cerrar el ciclo, están los desintegradores (bacterias y hongos) que adelantan la descomposición y putrefacción de los consumidores muertos y así devuelvan al suelo formas simples de carbono.
La materia orgánica presenta unas fases en su descomposición que dependen de la calidad de sus componentes, microorganismos presentes y condiciones ambientales. Según García (2004), inicialmente esta descomposición es muy rápida debido al incremento de la población microbiana, luego se hace más lenta al disminuir la disponibilidad de alimento para dicha población que desaparece, y solo quedan organismos especializados para degradar los materiales más resistentes como hemicelulosa, lignina, quitina, resina, grasas, ceras y otros.
Estos microorganismos necesitan alimentarse para dos propósitos: el primero como fuente de energía y el otro para conformar la unidad celular. Inicialmente recurren las siguientes alternativas, luz solar, energía liberada cuando se oxidan ciertos compuestos inorgánicos como amoniaco, nitrito, ácido sulfhídrico, entre otros. Burbano, (1989)
Clasificándolos como autótrofos o heterótrofos.
Los autótrofos según de donde toman la fuente energética pueden ser foto autótrofos, si utilizan la energía radiante o quimio autótrofos si oxidan materiales inorgánicos para tomarla.
Solo algunas bacterias que estarían presentes en los abonos son de la categoría de los quimio autótrofos. Según Burbano (1989), a ellas corresponden las oxidadoras de compuestos nitrogenados, (Nitrosomonas y Nitrobacter)
Los heterótrofos para obtener su fuente de energía solo pueden oxidar compuestos orgánicos y según el mismo autor, estos dependen de las actividades metabólicas de los autótrofos que producen compuestos orgánicos a partir del CO2
De acuerdo con el consumo de oxigeno los microorganismos se han clasificado en cuatro grupos:
- Aerobios. Solo crecen en presencia de oxígeno y dependen completamente de su respiración como una fuente de energía
- Anaerobios. Se inhiben o mueren por la presencia de oxígeno. Dependen de la fermentación o de la respiración anaeróbica como fuente de energía.
- Microaerofilos. Son aerobios obligados, pero se desarrollan mejor a bajas tensiones de oxígeno.
- Anaerobios facultativos. Son activos con o sin oxígeno.
En el caso de los AOF se presentan poblaciones microbianas como aerobios, mesofilos, termófilos celulíticos, proteolíticos entre otros, condicionados por la temperatura, pH, humedad, C/N, oxigeno; además como el abono se le da forma de montón, no en todos los sitios se presentarían las mismas cantidades de oxígeno.
Microorganismos promotores del crecimiento vegetal.
Dentro de la aparición de nuevas tecnologías para optimizar la implantación de los cultivos se encuentra el uso de los productos biológicos; es decir incorporar al sistema productivo organismos seleccionados por sus funciones en diversos procesos biológicos.
Dentro de este grupo se pueden citar a los Microorganismos Promotores del Crecimiento Vegetal (MPCV). Estos se definen como microorganismos habitantes de la rizósfera que estimulan significativamente el crecimiento de las plantas. Los mecanismos por los cuales los MPCV ejercen efectos positivos sobre las plantas son numerosos, entre ellos se pueden mencionar la fijación de N2 (ej. Azospirillum), la solubilización de fósforo P por la capacidad de producir ácidos orgánicos (oxálico, fumárico y cítrico) ej. Pseudomonas sp., o producción de
enzimas fosfatasas que facilitan la mineralización del P, celulasas para degradar celulosa proteasa para degradar proteína entre otros. Además, la promoción del crecimiento de las plantas puede asociarse a la producción de fitohormonas y a la protección contra hongos patógenos generada por la interacción microbiana Kloepper et al., (1989).
Microorganismos promotores más estudiados.
Azospirillum.
Azospirillum es el género de MPCV más ampliamente estudiado, es reconocido por su capacidad de promover el crecimiento vegetal en plantas de interés agrícola, especialmente en cereales. Esta bacteria fue aislada de la rizósfera y de la superficie de las raíces de una amplia variedad de plantas cultivadas y silvestres del mundo. La amplia distribución geográfica entre hospederos indica la versatilidad para adaptarse a condiciones edáficas diversas Okon, (1994).
Pseudomonas.
En el caso de P. fluorescens se ha obtenido un producto inoculante y este fue evaluado en los últimos 6 años en forma intensiva en particular por la estación experimental Agropecuaria Rafaela. INTA Pergamino. Según datos presentados por Ferraris y Couretot (2006) como promedio de 4 sitios, la respuesta media a la inoculación con Pseudomonas en los ensayos conducidos por este grupo de trabajo fueron realizados en sitios con baja disponibilidad de P, lo que podría haber contribuido favorablemente a la expresión de dicha respuesta.
En cambio el uso de Pseudomonas en trigo no produjo efectos significativos sobre la emergencia del cultivo así como tampoco sobre los rendimientos en un ambiente de alta disponibilidad de P, donde el efecto de Pseudomonas, que contribuye a solubilizar y volver disponible este nutriente, no habría sido trascendente para el rendimiento del cultivo.
Otros géneros.
La bibliografía internacional indica como microorganismos de alto potencial como promotores del crecimiento vegetal a los siguientes géneros:
Azotobacter: En el Instituto INTA se están aislando cepas nativas y seleccionando entre
estas las mejores para el desarrollo futuro de un inoculante para trigo y otras especies.
Colonias de Azotobacter en medio LG.
Rhizobium y Azorhizobium: Se están evaluando cepas presentes en la colección IMYZA
y su interacción con trigo.
Paenobacillus polymixa: Se han obtenido resultados positivos empleando una cepa de
colección en condiciones experimentales de campo en el cultivo de trigo en Castelar.
Penicillium bilai: Se han realizado numerosos experimentos con un producto comercial
importado. La respuesta estaría asociada a condiciones de muy bajos niveles de P y su respuesta acompaña a la fertilización con este elemento.
Inoculación combinada.
En el mercado existen productos compuestos con mezclas con Pseudomonas y Azospirillum. La respuesta observada en trigo es dispar, más favorables en ambientes con
