Biocatálisis del compostaje en granjas.

Para optimizar el proceso de compostaje primero requerimos conocer qué

es el compostaje. Este proceso sucede de manera natural en el entorno;

imaginemos un bosque, donde los cientos de árboles renuevan sus hojas

periódicamente y éstas se acumulan en el suelo. Si estas hojas no fuesen

digeridas por hongos y bacterias, se acumularía una cantidad enorme de

materia orgánica que impediría el correcto desarrollo de las plantas,

ocasionando que eventualmente todo el ecosistema de nuestro bosque

modelo sufra daños. Esencialmente el compostaje es entonces la

transformación de materia orgánica no aprovechable por plantas a

materiales nutritivos mediante el metabolismo de organismos como hongos

y bacterias.


En las operaciones pecuarias se generan cantidades considerables de

materia orgánica que, siendo correctamente compostadas, pueden

incorporarse al ciclo productivo como fertilizantes o mejoradores de suelo

para la producción agrícola. No obstante, esta materia difiere

enormemente en su composición, pues encontramos materia vegetal y

desechos metabólicos en las heces, desechos de tejido animal ocasionados

por la mortalidad y, si se utilizan camas, materia vegetal adicional a la

encontrada en la heces. Esta diferencia en la composición del sustrato hace

que las necesidades para el compostaje sean específicas para el sustrato,

por lo que los procesos de optimización requerirán condiciones y organismos

específicos para cada situación.


La más abundante materia orgánica útil para el proceso de compostaje

generada por las operaciones pecuarias son las heces combinadas con

orines de los animales, mismas que presentan dificultades únicas, como su

desagradable olor por la volatilización de amoniaco y compuestos

azufrados, pero ¿qué se tienen estos olores?.

Todos los seres vivos requieren de ciertas moléculas para llevar a cabo sus

procesos metabólicos: carbohidratos, lípidos, proteínas y aminoácidos, las

llamadas macromoléculas. Estos compuestos son proporcionados años

organismos a través de la dieta, sin embargo, cuando existen excesos de los

mismos, deben ser almacenados o desechados. Son de especial interés

para los procesos de compostaje los aminoácidos que entran a la dieta

animal, pues ésta moléculas contienen grande cantidades de nitrógeno y

algunos de ellos, como la metionina y cisteina, contienen azufre. El exceso

de estos compuestos ocasionará que se deseche una gran cantidad de

nitrógeno y azufre, por ejemplo en cerdos cerca del 60% del nitrógeno

ingerido se desecha en orina y heces (Dourmad, et al., 1999), estando el 51%

de éste en orina como urea y ácido úrico, generando haya 5g de urea por

litro de cerdaza (Van Faassen & Van Dijk, 1987) que termina

descomponiéndose para dar lugar al amoniaco (Van ser P, et al., 1999).

Es por esto que las proteínas y aminoácidos ingeridos, terminan convirtiéndose

en amoniaco, ácidos grasos volátiles y compuestos azufrados como

mercaptanos e hidruro de azufre, que tienen olores detectables aún a muy

bajas concentraciones. Estas pérdidas de nitrógeno y otros compuestos

representan también pérdidas financieras, pues el nitrógeno es un recurso

valioso para las plantas, encontrándose en la estructura de la clorofila,

enzimas y bases nitrogenadas que conforman al ADN y ARN.

¿Cómo transformamos estos desechos? la respuesta está en los procesos de

descomposición que ya mencionamos: el compostaje. El nitrógeno puede ser transformado por bacterias nitrificantes, como Nitrobacter winogradskyi y Nitrosomonas eutropha, o por la bacterias oxidantes de amoníaco Rhodopseudomona palustris y Arthrospira globiformis.


Estas bacterias son capaces de transformar el amoníaco en

nitritos y posteriormente en nitratos, que es la forma de nitrógeno más

fácilmente asimilable por las plantas. Mediante el uso de estos

microorganismos es posible disminuir la emisiones de amoniaco, a la vez que

se aprovecha el nitrógeno para ser utilizado en procesos de fertilización.

La materia vegetal contiene grandes cantidades de polímeros compuestos

por carbohidratos, como la celulosa, un homopolímero de glucosa con

enlaces β-(1,4) que no puede ser metabolizada como tal por mamíferos, sin

embargo, existen microorganismos, como Cellulomonas spp., capaces de

producir enzimas, como celulasas, hemicelulasas y xilanasas que ayudan a

romper los enlaces de estos polímeros para generar unidades monoméricas

aprovechables por otros organismos.


El tejido animal también puede ser transformado en materia utilizable para

cultivos a través de su metabolización por microorganismos productores de

las enzimas queratinasas, lipasas y proteasas, como Bacillus licheniformis,

Bacillus pumilus y Aspegillus oryzae. Estos microorganismos ayudan a

degradar los tejidos animales de forma segura, permitiendo que otros

organismos continúen con la transformación de los mismos hasta composta.

Ahora quizá el lector se esté preguntando ¿no es peligroso utilizar las

bacterias mencionadas para el compostaje? Afortunadamente la respuesta

es NO. Existe una gran cantidad de bacterias completamente seguras para

el ser humano y otros animales, como la señaladas en este artículo, que nos

ayudan a optimizar los procesos de compostaje utilizando diferentes

sustratos. Sin embargo, existe también la necesidad de evitar que

microorganismos patógenos invadan las compostas, para lo cual podemos

utilizar el biocontrol, pero ¿qué es el biocontrol?.

El control biológico, o biocontrol, hace uso de la competencia natural entre

dos organismos para combatir plagas y agentes patógenos y es mucho más

eficiente y amigable al medio ambiente que los métodos químicos, pues no

genera sustancias costosas ni nocivas. Afortunadamente podemos contar

con la ayuda de microorganismos bastante seguros, como Bacillus subtilis,

Bacillus megaterium y Bacillus polymyxa, que ayudan a controlar E. coli,

Salmonella sp., Aspergillus flavus, Fusarium oxysporum, Botrytis cinérea,

Xanthomonas campestris y Ralstonia solanaceum, entre otros mediante la

inhibición por competencia y la producción de metabolitos secundarios con

acción inhibitoria de dichos patógenos.


Sumado al uso de los microorganismos seguros, es una buena práctica para

el proceso de compostaje el reducir la carga antibiótica que reciben los

animales, pues del 30 al 90% de los antibióticos suministrados se excretan en

heces y orina prácticamente intactos (Heberer, et al., 2002; Bound &

Voulvoulis, 2014), es decir, en formas activas que pueden ocasionar

problemas con la microflora sana de una composta.

Es importante mencionar que cada microorganismo tiene su función dentro

de las tres principales etapas de compostaje. En la etapa mesofílica (30 a

40°C, pH ~6.5) los microorganismos llevarán a cabo la descomposición de

materia orgánica, así como la nitrificación. En esta etapa la temperatura

aumentará hasta que se llega a la etapa termófila (40 a 65°C, pH ~7.7)

donde comienzan a morir bacterias patógena y se desarrollan los

microorganismos capaces de degradar de forma eficiente proteínas, lípidos

y polímeros de carbohidratos como la celulosa. Una vez que estas moléculas

altamente energéticas son metabolizadas, disminuye la actividad

microbiana y con ella la temperatura, para llegar a la etapa d maduración

(46 a 20°C, pH 7.0 a 8.6) donde las bacterias mesófilas y psicrófilas colonizan

el sustrato, es importante mantener una población sana de bacterias

benéfica en este punto para lograr una composta de calidad.

Haciendo uso de una combinación, o consorcio microbiológico, es posible

transformar los desechos de las operaciones pecuarias en composta de alta

calidad de una manera segura y eficiente, pidiendo generar ingresos a

partir de la venta de la misma, o haciendo uso de ella para la producción

agrícola. Ahora que conoces este proceso, está invitado a participar en las

buenas prácticas de compostaje, utilizando microorganismos seguros para

acelerar y mejorar dicho proceso.


Hugo Munguia

Coordinador Tecnico


Bibliografía

Bound, J. P. & Voulvoulis, N., 2014. Pharmaceuticals in the aquatic environment-a

comparison of risk assesment strategies.. s.l.:Chemosphere.

Dourmad, J. Y. y otros, 1999. Nitrogen consumption , utilisation and losses in pig

production in France, The Netherlands and Denmark. s.l.:Livest. Prod. Sci..

Heberer, T., Reddersen, K. & Mechlinski, A., 2002. From municipal sewage to

drinking water: fate and removal of pharmaceutical residues in the aquatic

environment in urban areas.. s.l.:Water Sci. Technol..

Van Faassen, H. G. & Van Dijk, H., 1987. Manure as a source nitrogen and

phosphorous in soils.. s.l.:Development in Plant and Soil Sciences.

Van ser P, y otros, 1999. Ammonia emissions from pig houses in The Nethelands,

Denmark and France.. s.l.:Livestock Production Sciences.


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