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Unesco 2015 compostaje residuos agroindustriales v1

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LII Curso Internacional de Edafología y Biología Vegetal

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Unesco 2015 compostaje residuos agroindustriales v1

  1. 1. 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
  2. 2.  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
  3. 3. ● 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
  4. 4. ● 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
  5. 5. ● 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
  6. 6. ● 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
  7. 7. ● 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
  8. 8.  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
  9. 9. ● 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
  10. 10. 2 5 0 4 1 5 PROBLEMÁTICA RESIDUOS PELIGROSOS: Grave impacto ambiental SOLUCIONES: - Reducir la producción en origen (la más difícil) - Reutilizar los residuos (la más práctica) Residuos orgánicos
  11. 11. 2 5 0 4 1 5 TIPOS DE RESIDUOS (según su naturaleza química): - ORGÁNICOS (BIODEGRADABLES) - INORGÁNICOS (POCO BIODEGRADABLES) Residuos orgánicos
  12. 12. 2 5 0 4 1 5 TIPOS DE RESIDUOS (según su naturaleza química): - ORGÁNICOS (BIODEGRADABLES) - INORGÁNICOS (POCO BIODEGRADABLES) Residuos orgánicos
  13. 13. 2 5 0 4 1 5 RESIDUOS ORGÁNICOS: - GRAN IMPACTO AMBIENTAL - GRAN VOLUMEN DE PRODUCCIÓN - FUENTE DE MATERIA ORGÁNICA - NECESIDAD DE TRATAMIENTO (COMPOSTAJE) Residuos orgánicos
  14. 14. 2 5 0 4 1 5 ¿QUÉ ES EL¿QUÉ ES EL COMPOSTAJE?COMPOSTAJE? Compostaje
  15. 15. 2 5 0 4 1 5 “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 agua CO2 y nutrientes - Producto estable con características húmicas llamado COMPOST Inicio del compostaje 8 semanas Maduro Compostaje
  16. 16. 2 5 0 4 1 5 - 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
  17. 17. 2 5 0 4 1 5 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
  18. 18. Microbiología
  19. 19. Tecnología
  20. 20. Tecnología
  21. 21. Tecnología
  22. 22. Tecnología
  23. 23. Tecnología
  24. 24. Tecnología
  25. 25. Tecnología
  26. 26. Tecnología
  27. 27. Tecnología
  28. 28. Tecnología
  29. 29. Tecnología
  30. 30. 2 5 0 4 1 5 USOS DELUSOS DEL COMPOSTAJECOMPOSTAJE Y DEL COMPOSTY DEL COMPOST (gracias al(gracias al conocimientoconocimiento científico)científico)
  31. 31. 2 5 0 4 1 5 LA CIENCIA DEL COMPOST GOZA DE BUENA SALUD
  32. 32. 2 5 0 4 1 5 R.S.U.
  33. 33. 2 5 0 4 1 5 - 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
  34. 34. 2 5 0 4 1 5 MATERIA ORGÁNICA PARA AGRICULTURA No solo como abono orgánico... MO en agricultura
  35. 35. 2 5 0 4 1 5 COMO ENMENDANTE DE SUELOS Enmiendas
  36. 36. 2 5 0 4 1 5 COMPOSTAJE DOMÉSTICO Manzana, 7 descargas de inodoro Hamburguesa, 17 baños Al año, caudal medio del río Mississippi Concienciación ciudadana: ¡¡Peppa Pig composta!! Compostaje doméstico
  37. 37. 2 5 0 4 1 5 Compostaje doméstico
  38. 38. 2 5 0 4 1 5 Otros usos
  39. 39. 2 5 0 4 1 5 Otros usos
  40. 40. 2 5 0 4 1 5 Otros usos
  41. 41. 2 5 0 4 1 5 Otros usos
  42. 42. 2 5 0 4 1 5 Otros usos Urban Death Project
  43. 43.  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
  44. 44. 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
  45. 45. 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?
  46. 46. 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
  47. 47. 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)
  48. 48. Objetivo del trabajo Viabilidad 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)
  49. 49. Sobre pesoSobre peso fresco (%)fresco (%) Sobre pesoSobre peso seco (%)seco (%) AL+GAL+G 51 + 4951 + 49 37 + 6337 + 63 AL+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 + 43 AL+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
  50. 50. Compostaje
  51. 51. ● 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
  52. 52. 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
  53. 53. 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)
  54. 54. Extraction Ratio (Weight to Volume) 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 TOC/TN 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
  55. 55. – 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+S AL+G y AL+S Ninguno (Fe y P): N, P y K AL+S Abonos sólidos
  56. 56. ● 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
  57. 57. ● 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
  58. 58. Experiencias con pimiento
  59. 59. Experiencias con pimiento
  60. 60. 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 PSPA(g) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Peso seco raíz (78 días) C DN+C DN Tratamiento PSR(g) 0 5 10 15 20 25 Peso seco parte aérea (104 días) C DN+C DN Tratamiento PSPA(g)
  61. 61. Experiencias con pimiento
  62. 62. 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) Frutos(g) DN C+DN C+DN (0.5) 0 0,5 1 1,5 2 Desarrollo vegetal PSPA/PSR Tratamientos PSPA/PSR
  63. 63. Experiencias con pimiento
  64. 64. Experiencias con pimiento DN C1+N C2+N C3+N 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Flores (nº) Flores por planta promedio (nº) Tratamiento Flores(número) DN C1+N C2+N C3+N 0 20 40 60 80 Desarrollo vegetal Tratamientos PFPA(g)
  65. 65. Experiencias con pimiento SN C1 C2 C3 Mn-SOD Fe-SOD CuZn-SOD I CuZn-SOD II
  66. 66. 66 0 10 20 30 40 50 60 70 Evolución de la temperatura Fecha del proceso Temperatura(ºC) Materiales y métodos experimentales 2) 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).
  67. 67. Biodiversidad bacteriana
  68. 68. Biodiversidad bacteriana
  69. 69. Biodiversidad bacteriana
  70. 70. Biodiversidad bacteriana
  71. 71. Biodiversidad bacteriana
  72. 72. Biodiversidad bacteriana
  73. 73. 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

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